普通混凝土配合比设计 2011.3.15课件

普通混凝土配合比设计主讲教授：周士琼1）满足混凝土结构设计的强度要求，以保证建筑物能安全地承受各种设计荷载；2）满足混凝土施工所要求的和易性，以便硬化后能得到均匀密实的混凝土；3）具有与工程环境相适应的耐久性，以保证建筑物在所处环境中经久耐用；4）技术经济性，节能、节约资源、降低成本等。

一、配合比设计的基本要求二、砼性能简介1.力学性能：强度与变形强度：压、拉、弯拉、剪、握裹强度。变形：弹性模量、徐变抗压强度的影响因素1）水灰比（W/C）、水泥强度及骨料表面特征fcu=αa•fce(C/W–αb

)fcu——混凝土强度

fce——水泥实测强度C/W——灰水比

鲍罗米公式中的回归系数养护温度的影响a)养护条件（温湿度）、龄期fn=f282).其他因素c）化学外加剂

(ChemacalAdmixture)d）矿物掺合料

(MineralAdmixture)

b）试验条件：试件尺寸、加载速度

2.和易性：

施工工艺性能，要求砼在整个施工过程中以及硬化前拌合物的均匀性丧失最小，不致产生较大的成分离析而又易于施工。目前尚未给和易性下一个完整的定义。它是一项综合的施工工艺性质，也具有相对的概念，它必须要与施工工艺相适应。和易性包括：①流动性，在其自重或施工机械振捣作用下产生流动的性能；②粘聚性，指各组成材料之间有一定粘聚力，以此力维持拌合物的均匀性，从而阻止重力及外力作用下拌合物发生离析，失去连续性和均匀性；③保水性，砼中各固体组分材料吸附水的能力。骨料水可见泌水内泌水钢筋沉降裂缝水囊混凝土表面分层离析（2）和易性的测定方法坍落筒法：适用于塑性砼维勃稠度法：适用于干硬性砼（3）影响和易性的主要因素：（4）改善和易性的措施：①选用合理砂率;②改善砂石级配;③尽可能选用较粗的砂石;④合理采用外加剂、掺合料;⑤坍落度调整---过大,则Sp不变,加S、G；过小,则W/C不变,加C、W.

抗渗性、抗冻性、耐蚀性、抗碳化能力、碱骨料反应、耐磨性、耐冲刷性等。

3.砼的耐久性JGJ/T193-2009砼耐久性检验评定标准

GB/T50082-2009试验方法

冰岛一港口盐冻路面受盐冻剥落钢筋锈蚀－结构冻融破坏－材料平行于表面开裂冻融破坏－结构碱-骨料破坏－材料碱-骨料破坏－结构硫酸盐侵蚀－材料硫酸盐侵蚀－结构1、抗渗性对于高强高性能砼采用Cl-渗透试验评定抗渗性氯离子渗入砼内达到一定浓度，会使钢筋表面钝化膜局部破坏，引起钢筋锈蚀。2、碳化碳化：Ca（OH）2+CO2+nH2O

＝CaCO3+（n+1）H2O又称中性化①碳化收缩：原因不明，可能引起开裂②表层砼强度增加：生成CaCO3填充于孔隙中，放出水，有利于水化。③引起砼碱度降低：砼中的钢筋表层的钝化膜因失去碱性而剥落破坏，引起钢筋锈蚀。影响碳化的主要因素：

空气中CO2浓度、相对湿度（在50%~75%时碳化最快，水中和干燥环境碳化停止）砼的密实度、水泥品种、掺合料等。3、碱－集料反应（AAR）（1）定义：砼中的碱与集料中的活性组分间发生的破坏性膨胀反应。此反应被称为砼的“癌症”（2）分类①碱－硅酸（氧化硅）反应ASR：集料有蛋白石、燧石、鳞石英、黑硅石、方石英、玻璃质火山岩、玉髓或变质石英等。②碱－碳酸盐反应ACR：集料为白云石质石灰岩等。③碱－硅酸盐反应集料为粘土质岩石、千板岩等。（3）反应机理：

砼中的碱与集料中的活性组分反应生成的碱硅胶会吸收微孔中的水分导致体积膨胀，而周围水泥石已硬化致使膨胀受到约束产生膨胀压力引起砼开裂。（4）抑制措施：①采用非活性骨料②控制砼中总碱含量：低碱水泥、控制外加剂含碱量③掺用活性混合料：FA、矿渣、硅灰等。④防止外部水渗入。4、提高砼耐久性的措施（1）合理选择水泥品种和砂石。（2）提高砼自身的密实度，限制最大水灰比和最小水泥用量保证施工质量。（3）使用外加剂或掺合料。（4）表面防护处理：涂憎水性化学剂、聚合物表面浸渍、沥青涂层等。三、砼配合比设计的任务根据原材料的技术性能、设计要求及施工条件，确定出能满足工程所要求的技术经济指标的各项组成材料用量。四、砼配合比的表示方法1m3砼中各项材料用量、质量比。五、配合比设计的原理及设计参数的确定要求出四项基本材料的用量，也就是要求四个未知数，必须要建立四个关系式。这四个关系式应体现出硬化砼及其混合物性能的变化规律，以满足配合比设计的基本要求。设计参数的确定：六、配合比设计（一）检验原材料并提供设计数据

1.水泥检测：GB175-2007通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥的性能比较

水泥名称硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥主要成分硅酸盐水泥熟料，0-5%混合材料，适量石膏硅酸盐水泥熟料，5%-20%混合材料，适量石膏硅酸盐水泥熟料，20%~70%粒化高炉矿渣，适量石膏硅酸盐水泥熟料，20%~40%火山灰质混合材料，适量石膏硅酸盐水泥熟料，20%~40%粉煤灰，适量石膏硅酸盐水泥熟料，20%~50%两种及以上混合料，适量石膏特性强度等级高；快硬早强；抗冻耐磨性好；水化热大；耐腐蚀性较差；耐热性较差早期强度较高；抗冻性较好；水化热较大；耐腐蚀性差；耐热性差1.强度早期低，后期增长较快；2.强度发展对温度、湿度敏感；3.水化热较低；4.耐软水、海水、硫酸盐腐蚀性较好；（氧化铝含量较高的除外）5.耐热性较好；6.抗冻、抗渗性较差1.抗渗性较好，耐热不及矿渣水泥，干缩大，耐磨性差；2.耐硫酸盐腐蚀与混合材料种类有关3.其他同矿渣水泥1.干缩性较小，抗裂性较好；2.其他同矿渣水泥1.早期强度较高；2.其他性能与所掺主要混合材料的水泥接近适用范围1.高强混凝土；2.预应力混凝土；3.快硬早强水泥；4抗冻混凝土1.一般混凝土；2.预应力混凝土；3.地下与水中结构；4.抗冻混凝土1.一般耐热要求的砼；2.大体积砼；3.蒸汽养护构件；4.一般砼构件；5.一般耐软水、海水、硫酸盐腐蚀的砼（氧化铝含量较高的除外）1.水中、地下、大体积砼，抗渗砼；2.耐硫酸盐腐蚀与混合料种类有关；3.其他同矿渣水泥1.地上、地下与水中，大体积砼；2.其他同矿渣水泥1.早期强度较高的砼；2.其他与所掺主要混合料的水泥类似不适用范围大体积混凝土；易受腐蚀的混凝土1.早期强度要求较高的混凝土；2.严寒地区及处在水位升降范围内的混凝土1.干燥环境及处在水位变化范围内的砼；2.耐磨要求的砼；3.其他同矿渣水泥1.抗碳化要求的砼；2.基本同火山灰水泥与所掺主要混合材料的水泥类似2.粗细集料：GB/T14684-2001建筑用砂、GB/T14685-2001建筑用卵石、碎石、JTGE42-2005公路工程集料试验规程3.拌和及养护用水：JGJ63-2006混凝土用水标准。4.外加剂：砼搅拌之前或拌制过程中掺入的，用以改善新拌砼和（或）硬化砼性能的材料。GB50119-2003,GB8076-2008（1）砼外加剂的分类改善砼拌合物和易性的外加剂，各种减水剂、引气剂、泵送剂。调节砼凝结时间和硬化性能的外加剂，早强剂、速凝剂、缓凝剂。改善砼耐久性的外加剂，引气剂、防水剂、阻绣剂和矿物外加剂等。

d.改善砼其他性能的外加剂，加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂等。（2）外加剂产品技术性能指标：

减水率、泌水率比、凝结时间差、抗压强度比、收缩率比、1h经时变化量、相对耐久性（3）减水剂a.定义

普通减水剂waterreducingadmixture

在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少8%以上拌和用水量的外加剂。

高效减水剂superplasticizer

在混凝土坍落度基本相同的条件下，能大幅度减少拌和用水量（不少于15%）的外加剂。b.常用剂种不同减水剂的减水率木质素磺酸盐5~15%密胺树脂5~25%萘磺酸盐甲醛缩合物15~25%聚丙烯酸盐20~30%聚羧酸脂25~40%

c.掺用减水剂的技术经济效益(1)W不变，SL增大，100~200mm。(2)SL不变，W减小10％~15％(普通混凝土)、fcu增大

15％~40％。(3)SL,fcu不变，C减小10％~15％。(4)W减小，泌水和骨料离析现象改善，抗渗性增加40％~60％。(5)早期水化放热速度减小，增强大体积混凝土的抗裂性。备注：SL—坍落度；C—水泥用量；W—用水量d.使用外加剂需注意的问题（1）称量必须准确（2）使用前应进行与水泥相容性试验和试配试验，以确定其最佳掺量5.掺合料（矿物外加剂）：GB/T18736-2002高强高性能混凝土用矿物外加剂

在混凝土制备直接加入，用于改善新拌和硬化混凝土性能的矿物质称为混凝土掺合料（矿物外加剂）。1.粉煤灰（FA）GB/T1596-2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰

CaO＞10%高钙粉煤灰

FACaO＜10%低钙粉煤灰FA的主要化学成分为SiO2、Al2O3、CaO、MgO、SO3

超细粉煤灰的形貌FA的三大主要效应：（1）活性效应（火山灰效应）

粉煤灰中的活性SiO2及Al2O3与水泥水化生成的Ca（OH）2发生反应，生成具有水硬性的低碱度水化硅酸钙和水化铝酸钙，从而起到了增强作用并改善耐久性。（2）形态效应粉煤灰颗粒大部分为玻璃体微珠，掺入混凝土中可减小拌合物的内摩阻力，起到减水、分散、匀化作用。（3）微集料效应粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充空隙和毛细孔，改善了混凝土的孔结构，增加了密实度。2.磨细矿渣粉：GB/T18046-2008用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉

矿渣的主要成分为SiO2、Al2O3、CaO、MgO

在水泥和砼中的效应与FA相似，但其火山灰效应更强，而形态效应比FA较弱。3.硅灰

主要成分为无定型SiO2

其粒径为水泥颗粒的

1／100，比表面积高达15000~25000m2/kg。其活性最高；适用于高强和超高强砼。存在问题：价格贵，有开裂现象。MicrosilicaGrains（二）配合比设计的步骤：JGJ55-2000普通砼配合比设计规程

初步配合比的计算：根据原材料性能、经验图表公式计算。基准配合比：满足砼和易性的配合比。试验室配合比：满足四项基本要求的配合比，砂石以干料计。施工配合比：考虑到砂、石含水率校正的配合比。

介绍几个优化配合比设计1）加拿大联盟大桥：设计寿命为100年加拿大联盟大桥ConfederationBridge,Canada

长度12.9km，跨越诺森伯兰海峡，建于1993～1997设计寿命：

100年结构材料：

钢筋混凝土与预应力钢筋混凝土主跨度：

44个桥墩，单跨一般长250米，共计11000米.2）青马大桥：设计寿命为120年引桥桥墩：70%普硅水泥+25%FA+5%微硅粉TsingMaBridge,HongKong

香港青马大桥Highway&LightRailwayBridge

高速公路轻轨铁路两用桥Totallength

总长度 2,167mMainspan

主跨长度 1,377mTowerheight

主塔高度 200mTriplebinderconcrete

三组份混凝土方量400,000cu.mServiceLife

使用寿命(锈蚀开始) 120years.3）东海大桥海工高性能砼大桥塔座.4）中南大学C50铁路预应力梁优化配合比.5）优化配合比的建议

低水胶比

尽可能低的水泥用量

适量的矿物外加剂（掺合料）

适量的高效减水剂七、砼质量控制GB50107-2010砼强度检验评定标准GB50164-92砼质量控制标准GB50204-2002砼结构物工程施工质量验收规范为保证混凝土配合比的正确实施，必须加强施工过程的质量控制。（1）混凝土的质量波动混凝土的质量波动是不可避免的，如抗压强度是一个随机变量，但是可以加以控制的。混凝土是一种多孔、多相、不均匀的材料。（一）砼质量初步控制配料和计量：最主要的是W/C拌合：均匀程度运输：离析否浇灌和捣实程度养护（T.RH）2)施工工艺3)试验条件引起质量波动的主要因素：水泥：fce骨料：级配、含水状态外加剂和掺合料1)材料组成（2）评定混凝土质量的统计方法

概念：一般采用混凝土试件强度值来评定混凝土的质量，而且，强度值的分布遵循正态分布。主要的统计参数：平均值、标准差、变异系数、强度保证率。正态分布数据的最优值是“算术平均值”，作为强度平均值；标准差或变异系数表达数据在平均值两侧分散的程度；强度保证率即数据中大于或等于强度等级的概率，表示强度的合格率。

1)2)同样本测定值推算总体的标准差时，采用。或3)σ1σ2概率密度强度fcuσ和Cv可评定强度波动的大小.4)、强度保证率：≥的概率常用“不低于规定强度等级(fcu,k)的百分率”简化表示（％）。m：强度低于fcu,k的组数。n：总组数。P/%tσ概率密度P/%tσ概率密度混凝土的配制强度则P=50%,达不到要求.故必须提高配制强度fcu,0∵∴或P=95%时,t=1.645故有若（二）、混凝土质量控制针对引起混凝土质量波动的主要因素，采取相应措施加以控制。混凝土质量的初步控制

混凝土质量的生产控制绘制质量波动图

混凝土质量控制包括：1、混凝土质量的初步控制(1)、组成材料的质量检验（水泥、砂石、水、外家剂和掺合料）是否达