《道路建筑与养护材料》能力训练三 普通水泥混凝土组成设计

能力训练三普通水泥混凝土组成设计普通水泥混凝土的组成设计训练目的：掌握水泥混凝土设计的方法、步骤训练要求：根据所给的已知材料，确定出水泥混凝土的配合比训练指导：一、普通水泥混凝土配合比设计的目的确定出满足工程技术经济指标的混凝土各组成材料的用量。二、普通混凝土配合比设计依据：普通水泥混凝土配合比设计规程（JGJ55-2000）三、普通水泥混凝土配合比设计条件：混凝土配合比设计前必须具备下列条件，才能进行设计。1．混凝土强度等级2．工程部位和施工方法3．原材料的选择和试验资料四、普通水泥混凝土配合比设计方法(抗压强度为指标的计算方法)（一）初步配合比的计算1．确定混凝土的配制强度fcu,0为了使所配制的混凝土具有必要的强度保证率(即P=95％)，要求混凝土配制强度必须大于其标准值。按下式确定：(1-1)混凝土标准差()按下式计算混凝土强度标准差()可根据近期同类混凝土强度资料求得，其试件组数不应少于25组。当混凝土强度等级为C20和C25级，其强度标准差计算值小于2．5MPa时，计算配制强度时的标准差应取不小于2．5MPa；当混凝土强度等级等于或大于C30级，其强度标准差计算值小于3.0MPa时，计算配制强度时的标准差应取不小于3.0MPa。若无历史统计资料时，强度标准差可根据要求的强度等级按下表规定取用标准差值2．计算水灰比(W/C)1)按混凝土要求强度等级计算水灰比和水泥实际强度,根据已确定的混凝土配制强度fcu,o,由式1-2计算水灰比:(1-2)式中:fcu,o—混凝土配制强度(MPa)；---混凝土强度回归系数.根据使用的水泥和粗、细集料经过试验得出的灰水比与混凝土强度关系式确定,若无上述试验统计资料时,可查表一数值；回归系数选用表表一集料类别回归系数碎石0.460.07卵石0.480.33C/W-混凝土所要求的灰水比；fce---水泥的实际强度值(MPa)，由下式1-3确定；(1-3)在无法取得水泥实际强度时,采用的水泥强度按式1-4计算；(1-4)式中：fce,k---水泥强度等级的标准值（MPa）；rc----水泥强度等级值的富裕系数，该值按各地区实际统计资料确定，通常取1.00－1.13。2)按耐久性校核水灰比按式(1-3)计算所得的水灰比，系按强度要求计算得到的结果。在确定采用的水灰比时，还应根据混凝土所处环境条件，耐久性要求的允许最大水灰比按《普通水泥混凝土配合比设计规程》（JGJ55－2000）进行校核。如按强度计算的水灰比大于耐久性允许的最大水灰比，应采用允许的最大水灰比。3．确定单位用水量(mw)1)水灰比在0．40～0．80范围时，根据粗集料的品种、粒径及施工要求的混凝土拌合物稠度，其用水量可按《普通水泥混凝土配合比设计规程》（JGJ55－2000）要求选取。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。3)流动性和大流动性混凝土的用水量则以1）中坍落度90mm的用水量为基础，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg，计算出未掺外加剂时的混凝土的用水量。当掺外加剂时，混凝土用水量可按式(3-13)计算。（1－5）4．计算单位水泥用量(mco)1)按强度要求计算单位用灰量每立方米混凝土拌合物的用水量(mwo)选定后，即可根据强度或耐久性要求和已求得的水灰比(W/C)值计算水泥单位用量。mco=mwo/W/C（1－6）2)按耐久性要求校核单位用灰量根据耐久性要求，普通水泥混凝土的最小水泥用量，依结构物所处环境条件规定见《普通水泥混凝土配合比设计规程》（JGJ55－2000）。按强度要求由式(1-6)计算得的单位水泥用量，应不低于《普通水泥混凝土配合比设计规程》（JGJ55－2000）规定的最小水泥用量。5．选定砂率(βs)1)坍落度为10～60mm的混凝土砂率，可根据粗骨料品种、最大粒径和混凝土拌合物的水灰比，按《普通水泥混凝土配合比设计规程》（JGJ55－2000）进行选择。2)坍落度大于60mm的混凝土砂率，可按经验确定，也可在1）的基础上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1％的幅度予以调整。3)坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。6．计算粗、细集料单位用量(mgo：mso)粗、细集料的单位用量，可用质量法或体积法求得。1)质量法质量法又称假定表观密度法。该法是假定混凝土拌合物的表观密度为一固定值，混凝土拌合物各组成材料的单位用量之和即为其表观密度。在砂率值为已知的条件下，粗、细骨料的单位用量可由式(1-7)得：（1－7）混凝土假定湿表观密度参考表表六2）体积法又称绝对体积法。该法是假定混凝土拌和物的体积等于各组成材料的绝对体积和混凝土拌和物中所含空气体积之总和。在砂率已知的条件下，粗、细集料的单位用量可由式（1－8）关系求得：（1－8）式中：2005）测定。以上两种确定粗、细集料单位用量的方法，一般认为，质量法比较简便，不需要各种组成材料的密度资料，如施工单位已积累有当地常用材料所组成的混凝土假定表观密度资料，亦可得到准确的结果。体积法由于是根据各组成材料实测的密度来进行计算的，所以获得较为精确的结果。初步配合比为mco:mwo:mso:mgo（二）试配、调整提出基准配合比1.试配1)试配材料要求试配混凝土所用各种原材料，要与实际工程使用的材料相同，粗、细集料的称量均以干燥状态为基准。如不是用干燥集料配制，称料时应在用水量中扣除集料中超过的含水量值，集料称量也应相应增加。但在以后试配调整时配合比仍应取原计算值，不计该项增减数值。2)搅拌方法和拌合物数量混凝土搅拌方法，应尽量与生产时使用方法相同。试配时，每盘混凝土的数量一般应不少于表七的建议值。如需进行抗折强度试验，则应根据实际需要计算用量。采用机械搅拌时，其搅拌量应不小于搅拌机额定搅拌量的1／4。混凝土试配的最小搅拌量表七2.校核工作性，确定基准配合比．按计算出的初步配合比进行试配时，以校核混凝土拌合物的工作性（坍落度或维勃稠度试验检验）。如试拌得出的拌合物的坍落度(或维勃稠度)不能满足要求，或粘聚性和保水性能不好时，应在保证水灰比不变的条件下相应调整用水量或砂率，直到符合要求为止。然后提出供混凝土强度校核用的“基准配合比”，即mca：mwa：msa：mga（三）检验强度、确定试验室配合比1.制备试件、检验强度为校核混凝土的强度，至少拟定三个不同的配合比。当采用三个不同的配合比时，其中一个为按上述得出的基准配合比，另外两个配合比的水灰比值，应较基准配合比分别增加及减少0．05(或O．10)，其用水量应该与基准配合比相同，砂率可分别增加及减少1％。制作检验混凝土强度试验的试件时，应检验混凝土拌合物的坍落度(或维勃稠度)、粘聚性、保水性及拌合物的表观密度，并以此结果表征该配合比的混凝土拌合物的性能。为检验混凝土强度，每种配合比至少制作一组(三块)试件，在标准养护28d条件下进行抗压强度测试。2.确定试验室配合比根据“强度”检验结果和“湿表观密度”测定结果，进一步修正配合比，即可得到“试验室配合比设计值”。1)根据强度检验结果修正配合比①确定用水量(mwb)取基准配合比中的用水量(mwa)，并根据制作强度检验试件时测得坍落度(或维勃稠度)值加以适当调整确定。②确定水泥用量(mcb)取用水量乘以由“强度一灰水比”关系定出的，为达到配制强度(ƒcu,0)所必须的灰水比值。③确定粗、细集料用量(msb和mgb)，取基准配合比中的砂、石用量，并按定出的水灰比作适当调整。2)根据实测拌合物湿表观密度校正配合比①根据强度检验结果校正后定出的混凝土配合比，计算出混凝土的“计算湿表观密度”，即（1－9）②校正系数是将混凝土的实测表观密度值除以计算湿表观密度值得出；（1－10）③当混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的2％时，则mcb:msb:mgb:mwb即为试验室配合比；当二者之差超过2％时，应将配合比中每项材料用量均乘以校正系数，即得最终确定的试验室配合比设计值。（1－11）即：mcb:mwb:msb:mgb（四）施工配合比换算试验室最后确定的配合比，是按绝干状态集料计算的。而施工现场砂、石材料为露天堆放，都有一定的含水率。因此，施工现场应根据现场砂、石的实际含水率的变化，将试验室配合比换算为施工配合比。设施工现场实测砂、石含水率分别为a％、b％。则施工配合比的各种材料单位用量：（1－12）施工配合比为mc:ms:mg:mw五、普通水泥混凝土配合比设计示例普通混凝土配合比设计（质量法）一、配合比设计条件设计强度使用地点及部位拌和方法振捣方法浇注方式要求稠度备注C25某桥墩台机械拌和机械振捣推车运送混凝土30mm-50mm二、材料情况名称产地种类及规格堆积密度表观密度水泥－P.O32.51.313.10g/cm3实际强度32.5×1.17=38砂－中砂1.422.65g/cm3含泥量0.9%石－5－40mm碎石1.512.71g/cm3含泥量0.5%水－饮用水外加剂－掺量-掺和料－掺量-备注三、配合比计算（依据JGJ55-2000）四、配合比试拌1.fcu.o=fcu.k+1.645=25=1.645×5=33.2MPamco=343×0.026=8.92kg2.W/C=0.46×38/33.2+0.46×0.07×38=0.51mso=638×0.026=16.59kg3.mwo=(查表)=175kgmgo=1294×0.026=33.64kg4.mco=mwo/W/C=175/0.51=343kgmwo=175×0.026=4.55kg5.mso+mgo=2450-343-175=1932kg混凝土密度=26.0-1.80/10=2420kg/m36.砂率查表的33%拌合物稠度=35mm7.mso=(mso+mgo)×33%=1932×33%=638kgmco:mwo:mso:mgo=8.92kg:4.55kg:16.59kg:33.6kg或mco:mso:mgo=1:1.86:3.77;W/C=0.518.mgo=(mso+mgo)-mso=1932-638=1294kg即：mco:mwo:mso:mgo=343kg:175kg:638kg:1294kg五、每方混凝土用量mco=2420/(1+1.86+3.77+0.51)=2420/7.14=339kgmso=mco×1.86=339×1.86=631kgmgo=mco×3.77=339×3.77=1278kgmwo=mco×0.51=339×0.51=173kg六、混凝土抗压强度f726.3MPaf2835.5MPa作业：根据所给的已知材料，要求详细写出水泥混凝土设计各步骤的计算过程。试计算某严寒地区大桥下部结构用混凝土的配合比。原始资料：(1)要求设计强度fcu,k=30MPa,坍落度要求4-5cm;