建筑材料与检测教案模块三-单元五-配合比设计-单元六-其它混凝土

《建筑材料与检测》课程教案PAGEPAGE54单元五混凝土的配合比设计混凝土配合比——组成混凝土各种材料的用量比例。混凝土配合比表示方法——单位用量表示法——以每1m3混凝土中各种材料的用量（Kg）表示；相对用量表示法——以水泥的质量为1，其它材料的用量与水泥相比较，并按“水泥：细集料：粗集料；水灰比”的顺序表示。一、配合比设计的基本要求1、施工工作性的要求满足拌和、运输、浇筑、捣实等要求。2、设计强度的要求应满足结构设计或施工进度所要求的强度和其它有关力学性能的要求。3、耐久性的要求满足抗冻性、抗渗性等耐久性的要求。4、经济性的要求在满足技术要求的前提下，节约水泥，合理利用原材料，降低混凝土的成本。配合比设计方法及步骤1、三个参数及其确定原则①水灰比；②砂率；③单位用水量。（1）原材料情况①水泥品种和实际强度、密度。②砂、石特征。品种、表观密度、堆积密度、含水率、级配；细度模数、最大粒径、压碎值。③拌和水水质及水源。④外加剂品种、名称、特性、适宜剂量。图5-31混凝土配合比三个参数的确定原则（2）混凝土强度等级图5-31混凝土配合比三个参数的确定原则（3）工程耐久性要求混凝土所处的环境条件、抗渗、抗冻、耐磨等性能。（4）施工条件及工程性质包括搅拌和振捣方式、要求的坍落度、施工单位的施工及管理水平、构件形状及尺寸、钢筋的最小净距等。三、配合比设计的方法与原理１、体积法的基本原理（5-21）2、质量法的基本原理混凝土假定湿表观密度参考表表5—34混凝土强度等级≤C15C20～C30≥C35假定湿表观密度（Kg/m3）2300～23502350～24002450四、混凝土配合比设计的步骤混凝土配合比设计分四步进行，此过程共需确定四个配合比。第一步：计算——确定初步配合比。第二步：试配、试验、调整——确定基准配合比。第三步：成型、养护、测定强度——确定实验室配合比。第四步：换算——确定施工配合比。（一）计算——确定初步配合比1、确定混凝土的配制强度（）（1）计算配制强度≥+1.645σ（5—22）（2）混凝土强度标准差σ的确定①计算（5—23）②查表标准差σ值表5-35强度等级(MPa)＜C20C20～C35＞C35标准差(MPa)4.05.06.02、计算水灰比()（1）按混凝土要求强度等级计算水灰比（5—24）（5—25）回归系数的选用表表5-36石子品种系数碎石卵石0.460.480.070.33（2）按混凝土要求的耐久性校核水灰比3、选定单位用水量()(1)水灰比在0.40～0.80范围时，塑性混凝土的用水量(kg／m3)表5-38拌和物稠度卵石最大粒径(mm)碎石最大粒径(mm)项目指标102031.540162031.540坍落度(mm)10～3019017016015020018517516535～5020018017016021019518517555～7021019018017022020519518575～90215195185175230215205195(2)水灰比小于0.40的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土用水量应通过试验确定。4、计算单位水泥用量()（1）计算（5—27）(2)按耐久性要求校核5、选定砂率()（1）试验——确定合理砂率（2）查表——无使用经验，可根据粗骨料品种、最大粒径和混凝土拌和物的水灰比按下表确定。混凝土的砂率（%）水灰比卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）W/C1016203031.540162031.5400.3023～2922～2821～270.4026～3225～3124～3024～3030～3529～3428～3327～320.5030～3528～3428～3328～3333～3832～3731～3630～350.6033～3832～3731～3631～3636～4135～4034～3933～380.7036～4135～4035～3934～3939～4438～4337～4236～416、计算粗、细集料单位用量(、)粗、细集料的单位用量，可用质量法或体积法求得。质量法：（2）体积法：二、试配、调整，测定和易性，确定基准配合比试配的要点混凝土试配应满足《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55一2000）的规定，详见表5-40。2、工作性不符的调整新拌混凝土工作性不符的调整方法表5—41试配混凝土的实测情况调整方法混凝土较稀，实测坍落度大于设计要求保持砂率不变，增加骨料，每减少10mm坍落度，约增加骨料2%～5%；或保持水灰比不变，减少水和水泥。混凝土较稠，实测坍落度小于设计要求保持水灰比不变，增加水泥浆，每增大10mm坍落度，约需增加水泥浆5%～8%。由于砂浆过多，引起坍落度过大降低砂率砂浆不足以包裹石子，粘聚性、保水性不良单独加砂，即增大砂率。3、基准配合比的确定计算混凝土的基准配合比（以1m3混凝土各材料用量计，Kg）。（5-30）基准配合比——和易性合格后各材料之间的用量比例。可作为检验混凝土强度的依据。三、强度的检验与调整1、强度的测试及调整混凝土强度的测试及调整要点序号项目要点1试块制作以符合工作性要求的配合比为标准，制作三组试块：一组按基准配合比；另两组水灰比分别增加和减少0.05（或0.10），用水量不变，砂率可增加或减少1%。2养护①标准养护28d②可用强度早期推定法推定3调整满足要求选择符合要求的一组的配比为试验室配比强度较低绘制（C/W—fcu，28）的关系曲线（应为一直线）；或通过计算，求出与要求的混凝土配制强度（fcu，o）相对应的灰水比（C/W）。其中用水量W｀基=基准配合比中的用水量；水泥用量（C｀基）=用W｀基乘以选定的灰水比；粗、细骨料用量（、）=取基准配合比中的粗、细骨料用量，并按选定的灰水比做适当的调整。强度过高2、表观密度的调整当经试配确定配合比后，四种材料的体积之和不一定等于1m3，还应进行校正：①计算混凝土的湿表观密度（）=+++②计算混凝土的校正系数｀③试验室配合比的确定以1m3混凝土的材料用量计为：=；=；=；=四、换算——确定施工配合比设施工现场砂、石含水率分别为a%、b%，则施工配合比的各种材料单位用量（以1m3混凝土计）：==.（1+a%）=.（1+b%）=-.a%-.b%（5—32）【配合比设计例题】[题目1]试设计钢筋混凝土结构用混凝土配合比。[原始资料](1)已知混凝土设计强度等级为C30。无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30～50mm。结构所在地区属寒冷地区。(2)组成材料：可供应硅酸盐水泥，强度等级为42.5级；密度ρc=3.10g/cm3，强度富裕系数=1.1；砂为中砂，表观密度=2.65g/cm3；碎石最大粒径为31.5mm，表观密度=2.70g/cm3。[设计要求]（1）按题给资料计算出初步配合比。（2）按初步配合比在实验室进行材料调整得出实验室配合比。[设计步骤]1、计算初步配合比1）确定混凝土配制强度（）无历史统计资料，查表，取标准差=5.OMPa。=+1.645=30+1.645×5.0=38.2MPa2）计算水灰比（）①计算水泥实际强度=·=1.1×42.5=46.75MPa②计算水灰比=（2）按耐久性校核水灰比3）确定单位用水量()拌和物坍落度30～50mm，碎石最大粒径为31.5mm。查表=185kg／m3。4）计算单位水泥用量()（1）按强度计算单位用灰量kg／m3（2）按耐久性校核单位用灰量5）选定砂率()按碎石、最大粒径31.5mm，水灰比W／C=0.54。查表砂率取33%。6）计算砂石用量（、）（1）采用质量法=343Kg/m3；=185Kg/m3；=616Kg/m3；=1256Kg/m3按比例法表示为：水泥：砂：石：水=1：1.80：3.66：0.54。（2）按体积法计算：解得：=613kg／m3；=1251kg／m3。用体积法解得的混凝土初步配合比以质量法表示为：=343Kg/m3；=185Kg/m3；=613Kg/m3；=1251Kg/m3以比例法表示为：水泥：砂：石：水=1：1.79：3.65：0.54。2、调整工作性，提出基准配合比（1）计算试拌材料用量考虑粗集料的最大粒径为31.5mm，混凝土拌和物的最少搅拌量为15L。按体积法计算的初步配合比计算试拌15L拌和物各种材料的用量。水泥343×0.015=5.15kg；水185×0.015=2.78kg；砂613×0.015=9.20kg；碎石1251×0.015=18.77kg；（2）调整工作性测定坍落度为10mm，保持水灰比不变，增加5%的水泥浆。满足施工和易性要求。各组成材料实际用量为：水泥5.15×（1+5%）=5.41kg；水2.78×（1+5%）=2.92kg；砂=9.20kg；碎石=18.77kg；（3）提出基准配合比根据调整工作性后，混凝土拌和物的基准配合比为：：：=5.41：9.20：18.77=1：1.70：3.47；=0.54。检验强度、确定实验室配合比（1）检验强度采用水灰比分别为0.49、0.54、0.59的三组配合比，分别拌制凝土。标准条件下养护28d后，按规定方法测定其立方体抗压强度值，列于下表。不同水灰比的混凝土强度值组别水灰比（W/C）灰水比（C/W）28d立方体抗压强度（MPa）A0.492.0445.3B0.541.8539.5C0.591.6934.2（2）确定实验室配合比计算湿表观密度=353+194+603+1230=2380Kg/m3；实测湿表观密度=2450Kg/m3；修正系数=2450/2380=1.02×100%=×100%=2.1%＞2%；故需按实测湿表观密度校正各种材料用量：水泥用量==353×1.02=360Kg/m3。水用量==194×1.02=198Kg/m3。砂用量==603×1.02=615Kg/m3。碎石用量==1230×1.02=1255Kg/m3。实验室配合比为：：=360：615：1255；=0.55图5-32混凝土28天强度与灰水比的关系图5-32混凝土28天强度与灰水比的关系4、换算施工配合比根据工地实测，砂的含水率5％，碎石的含水率1％，各种材料的用量为：水泥用量=砂用量=.（1+a%）=615×（1+5%）=646Kg/m3；碎石用量=.（1+b%）=1255×（1+1%）=1268Kg/m3；水用量=-.a%-.b%=198-（615×5%+1255×1%）=154Kg/m3；施工配合比为：：：=1：1.79：3.52：0.43。单元六其它混凝土一、泵送混凝土定义泵送混凝土——坍落度不小于80mm，在混凝土泵的推动下沿输送管道进行输送并在管道出口处直接浇注的混凝土。特点——能一次完成垂直运输和水平运输，生产效率高、节省劳动力，是国内外建筑施工广泛采用的一种混凝土。适用范围——适于狭窄的施工场地、大体积混凝土结构物、高层建筑的施工。（二）对组成材料的要求1、水泥宜选用普通水泥、矿渣水泥或粉煤灰水泥，而不宜采用火山灰质水泥。2、粗骨料采用连续级配，针、片状颗粒含量不宜大于10％；最大粒径与输送管径之比宜符合下表的规定。粗骨料最大粒径与输送管径之比粗骨料品种泵送高度（m）粗骨料最大粒径与输送管径之比碎石＜5050～100＞100≤1：3.1≤1：4.0≤1：5.0卵石＜5050～100＞100≤1：2.5≤1：3.0≤1：4.03、细骨料宜选中砂，小于0.315mm的颗粒应大于15％，小于0.16mm的颗粒应大于等于5％。4、外加剂及掺合料应掺入适量的泵送剂或减水剂，并要掺入一定比例的粉煤灰或其它活性的外掺剂，外加剂或外掺剂的具体掺量由试验确定。（二）泵送混凝土的配合比设计1、坍落度的确定（1）拌合物入泵坍落度不宜小于100mm。泵送混凝土入泵坍落度泵送高度（m）＜3030～6060～100＞100坍落度（mm）100～140140～160160～180180～200（2）试配时的坍落度值Tt=Tp+ΔT2、配合比设计的基本步骤——与普通水泥混凝土的配合比设计基本相同。3、配合比设计的注意事项（1）用水量/（水泥+矿物掺合料）不宜大于0.60。（2）(水泥+矿物掺合料)不宜小于300Kg/m3。。（3）砂率值应高于普通混凝土，每增加20mm的坍落度，砂率值提高1%，一般为35%～45%。（4）掺引气型外加剂，其含气量不宜大于4%。二、抗渗混凝土1、定义——抗渗等级不低于P6、兼有防水和承重两种功能的不透水性混凝土。2、原材料要求1）水泥须满足GB175-2007《通用硅酸盐水泥》规定，要满足抗水性好、泌水性小、水化热低，并具有一定的抗侵蚀性的要求。2)粗集料——连续级配，最大公称粒径不宜大于40㎜，含泥量不得大于1.0%，泥块含量不得大于0.5%。3)细集料——宜用中砂，含泥量不得大于3.0%，泥块含量不得大于1.0%。4)水——同普通水泥混凝土对水的要求。5)其他材料可根据工程需要掺入引气剂、减水剂等外加剂，其掺量和品种应经试验确定；掺引气剂的含气量宜控制在3.0%～5.0%。可掺入一定数量的磨细粉煤灰，粉煤灰等级应为Ⅰ级或Ⅱ级。3、抗渗混凝土的配合比要求1）抗渗水压值应比设计值提高0.2MPa。2）混凝土中的水泥和矿物掺合料的总量不宜小于320㎏/m3。3）宜采用级配良好的中砂，砂率不宜小于35％～45%，对于厚度较小、钢筋稠密、埋设件较多等不易浇捣施工的工程可提高到40%。4）粗骨料最大公称粒径不宜大于40mm。5）抗渗混凝土的最大水胶比见表3-59。表3-59抗渗混凝土的最大水胶比抗渗等级最大水灰比C20～C30混凝土C30以上混凝土P60.600.55P8～P120.550.50P12以上0.500.45三、高性能混凝土以耐久性和混凝土材料的可持续发展为基本要求，并适合工业化生产和施工的混凝土，用符号HPC表示。（一）高性能混凝土的技术要求硬化混凝土高的抗渗、抗冻和抗腐蚀性；混凝土使用的长久性能，良好的高体积稳定性。（二）高性能混凝土的原材料1、水泥以42.5或42.5R硅酸盐水泥为主，也可选用某些特种水泥。但应控制水泥的用量及细度，避免出现混凝土硬化后期的微裂缝。

2、集料集料宜选择必须符合国家标准，要求坚洁，粒径、粒形、级配和强度与工作性有关，宜先经过试验。工地必须改变不重视集料的坏习惯。

3、活性细掺料掺加优质活性细掺料如硅灰或粉煤灰、沸石粉以及磨细矿渣粉等材料，复合掺加效果更好。

4、外加剂高性能混凝土通常使用复合外加剂。5、应用——桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出其独特的优越性。四、预拌混凝土又称商品混凝土——指水泥、集料、水以及根据需要掺入的外加剂、矿物掺合料等组分按一定比例，在搅拌站经计量、拌制后出售的、并采用运输车在规定时间内，运送至使用地点的混凝土拌合物。（一）预拌混凝土的特点1、材料计量较精确，混凝土质量波动小。2、集中生产，集中供应，加快了施工进度。3、减少建筑材料贮运损耗和生产工艺损耗；比分散生产可节约10％以上；减少了工地用工和各种管理费用。4、减少了噪音污染、粉尘污染和道路污染问题，综合社会效益较高。（二）预拌混凝土的技术要求1、强度与普通混凝土相同，预拌混凝土的强度可以是中强混凝土，亦可以是高强混凝土。2、和易性预拌混凝土的和易性包含较高的流动性及良好的粘聚性和保水性，以保证混凝土在运输、浇筑、捣固及停放时不出现离析、泌水现象；同时还要保证混凝土具有良好的可泵性。坍落度实测值和合同规定的坍落度值之差应符合表3-60的规定：3、含气量混凝土的含气量与购销合同规定值之差不应超过±1.5%4、其他要求氯离子总含量、放射性核素等的有关要求，按相关的规范执行。（三）预拌混凝土的分类根据其组成和性能要求——通用品、特质品。1、通用品——同时满足下列规定且无其他特殊要求的预拌混凝土。1）强度等级：不大于C50。2）坍落度（㎜）：25、50、80、100、120、150、180。3）粗骨料最大公称粒径（㎜）：20、25、31.5、40。2、特质品——任一项指标超出通用品规定范围或有特殊要求的预拌混凝土。混凝土强度等级、坍落度、粗集料最大公称粒径除通用品规定的范围外，还可在下列范围内选取。1）强度等级：C55、C60、C65、C70、C75、C80。2）坍落度（㎜）：大于180㎜。3）粗骨料最大公称粒径（㎜）：小于20㎜、大于40㎜。（四）产品符号标记1、符号含义（1）通用品用A表示，特质品用B表示（2）混凝土强度等级用C和强度等级值表示（3）坍落度以毫米为单位的混凝土坍落度值表示（4）粗集料最大公称粒径用GD和粗集料最大公称粒径值表示（5）水泥品种用其代号表示（6）当有抗冻、抗渗及抗折强度要求时，应分别用F及抗冻强度值、P及抗渗强度值、Z及抗折强度等级值表示。抗冻、抗渗及抗折强度直接标记在强度等级之后。2、标记表达形式XCXXX-XXX-GDXXX-P·X水泥品种粗集料最大公称粒径坍落度强度等级、抗冻、抗渗或抗折强度等级值预拌混凝土类别如产品1标记释义：AC30-150-GD31.5-P·S标记含义：通用品预拌混凝土，强度等级为C30，坍落度为150㎜，粗骨料最大公称粒径为31.5㎜，采用矿渣水泥，无其他特殊要求。如产品2标记释义：BC35F50P8-180-GD31.5-P·O标记含义：特制品预拌混凝土，强度等级为C35，抗冻等级为F50，抗渗等级为P8，坍落度为180㎜，粗骨料最大公称粒径为31.5㎜，采用普通硅酸盐水泥五、轻骨料混凝土轻骨料混凝土——用轻粗骨料、轻砂(或普通砂)、水泥和水配制而成的表观密度不大于1950kg／m3的混凝土。（一）轻骨料的种类及技术要求1、轻骨料的种类轻骨料——轻粗骨料+轻细骨料。轻粗骨料——粒径大于4.75mm，堆积密度小于1000kg／m3的轻质骨料；轻细骨料(或轻砂)——粒径小于4.75mm，堆积密度小于1200kg／m3的轻质骨料。（1）按性能分堆积密度不大于500kg／m3的保温用或结构保温用超轻骨料；堆积密度大于510kg／m3的轻骨料；强度等级不小于25Mpa的结构高强轻骨料。（2）按来源分①天然轻骨料在火山喷发等天然因素作用下形成的多孔岩石，经破碎、筛分而得到的轻骨料，如浮石、火山渣等。②人造轻骨料以天然矿物为主要原料经加工制粒、烧胀而成的轻骨料，如页岩陶粒、粘土陶粒、膨胀珍珠岩及其轻砂。③工业废料轻骨料以粉煤灰、煤渣、煤矸石等工业废料为原料加工制得的轻骨料，如粉煤灰陶粒、自燃煤矸石、煤渣及其轻砂；轻骨料按其粒形可分为圆球型，如粉煤灰陶粒；普通型，如页岩陶粒、膨胀珍珠岩；碎石型，如自燃煤矸石、浮石等。2、轻骨料的技术要求(1)堆积密度轻骨料按其堆积密度划分密度等级。轻粗骨料分为200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100十个密度等级；轻细骨料分为500、600、700、800、900、1000、1100、1200八个密度等级。密度等级与堆积密度范围见表3-61轻骨料堆积密度的大小，将影响轻骨料混凝土的表观密度和性能。(2)粗细程度与颗粒级配粗细程度——视不同结构确定。保温及结构保温轻骨料混凝土用的轻粗骨料，其最大粒径不宜大于40mm；结构轻骨料混凝土用的轻粗骨料，其最大粒径不宜大于20mm。轻砂的细度模数——不宜大于2.3～4.0；其大于4.75mm的累计筛余量不宜大于10％。轻骨料的颗粒级配应符合有关规范的规定。轻粗骨料的自然级配的空隙率不应大于50％。(3)强度筒压强度——采用筒压法测定轻粗骨料的强度，称筒压强度。（《轻骨料混凝土技术规程》(JGJ51-2002)规定）测定方法——将轻骨料装入一带底圆筒内，上面加冲压模(如图3-23)，取冲压模压入深度为20mm时的压力值，除以承压面积，即为轻粗骨料的筒压强度值。图3-23图3-23筒压强度测定方法示意图：单位(mm)强度等级——某种轻粗骨料配制混凝土的合理强度值，所配制的混凝土的强度不宜超过此值。轻粗骨料的强度越高，其强度等级也越高，适用于配制较高强度的轻骨料混凝土。(4)吸水率规程规定，轻砂和天然轻粗骨料的吸水率不作规定；其它轻粗骨料的吸水率不应大于22％。(5)有害物质含量及其它性能轻骨料中严禁混入煅烧过的石灰石、白云石及硫化铁等不稳定的物质。轻骨料的有害物质含量和其它性能指标应不大于表3-62所列的规定值。（二）轻集料混凝土的分级分类及技术性能1、分级分类轻骨料混凝土按其立方体抗压强度标准值划分为十一个强度等级：CL5.0、CL7.5、CL10、CL15、CL20、CL25、CL30、CL35、CL40、CL45、CL50。（1）轻骨料混凝土按其用途可分为三大类。见教材表3-63。（2）轻骨料混凝土按表观密度范围分级见表3-64.表3-64轻集料混凝土的密度等级(JGJ51-2002)密度等级干表观密度的变化范围（㎏/m3）密度等级干表观密度的变化范围（㎏