混凝土初步配合比设计方法

任务目标

能够进行混凝土初步配合比设计。

基本知识

按我国建设部颁布标准《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）的有关规定，混凝土初步配合比设计方法及步骤如下。

1.确定配制强度

当混凝土设计强度等级小于C60，即fcu，k＜60时，配制强度按下式计算：

fcu,0≥fcu,k+1.645σ

当混凝土设计强度等级不小于C60，即fcu，k≥60时，配制强度按下式计算：

fcu,0≥1.15fcu,k

式中　fcu，0——混凝土配制强度（MPa）；

fcu，k——混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）；

σ——混凝土强度标准差（MPa）。

其中，混凝土强度标准差可以根据同类混凝土统计资料计算确定，也可按相关规定取值。当根据同类混凝土统计资料计算确定时，确定该值的强度试件组数不应少于30组。当混凝土强度等级不大于C30级，其强度标准差计算值小于3.0 MPa时，计算配制强度时的标准差应取3.0 MPa；当混凝土强度等级大于C30且小于C60级，其强度标准差计算值小于4.0 MPa时，计算配制强度时的标准差应取4.0 MPa。当施工单位不具有近期的同一品种混凝土强度资料时，其混凝土强度标准差可参考经验取用，见表3-17。

表3-17　标准差σ值

1.计算水胶比（W/B）

混凝土水胶比值按下式计算：

式中，αa、αb为回归系数，应根据工程使用的水泥、骨料，通过试验由水胶比与混凝土强度的关系式确定。当不具备试验条件时，对碎石混凝土，αa可取0.53，αb可取0.20；对卵石混凝土，如可取0.49，αb可取0.13。当胶凝材料为水泥与矿物掺合料的混合料时，此处为水胶比（W/B），相关参数算法参见《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）。

fce为水泥的实际强度（MPa）。无水泥实际强度数据时，fce值可按下式计算：

fce=γc×fce,k

式中　fce，k——水泥强度等级值；

γc——水泥强度等级值的富余系数，该值可按实际统计资料确定。

水泥强度等级值的富余系数当缺乏实际统计资料时，可按经验选用，当水泥强度等级值为32.5、42.5和52.5时，其富余系数分别为1.12、1.16和1.10。

需要注意的是，根据混凝土使用条件，计算出的水胶比应满足耐久性对最大水胶比的要求，将计算确定的水胶比与耐久性要求的最大水胶比进行比较，取两者中的较小值。

2.确定每立方米混凝土用水量

水胶比在0.40～0.80范围内时，在确定干硬性和塑性混凝土用水量时，可根据粗骨料的品种、粒径及施工要求的混凝土拌合物的流动性指标，来查找相关表格选取，见表3-18和表3-19。

表3-18　干硬性混凝土的用水量　kg/m3

表3-19　塑性混凝土的用水量　kg/m3

在确定流动性和大流动性混凝土用水量时，以相关表格中坍落度90 mm的用水量为基础，按坍落度每增大20 mm用水量增加5 kg，计算出未掺外加剂时的混凝土用水量。其中，流动性混凝土是指拌合物的坍落度为100～150 mm的混凝土；大流动性混凝土则指拌合物坍落度等于或大于160 mm的混凝土。

水胶比小于0.40及采用特殊成型工艺的混凝土，其用水量可通过试验确定。

在确定掺外加剂时的混凝土用水量时，可按下式计算确定：

式中　mw0——掺外加剂混凝土每立方米的用水量（kg）；

——未掺外加剂混凝土每立方米的用水量（kg）；

β——外加剂的减水率，经试验确定。

3.计算每立方米混凝土水泥用量

根据已确定的混凝土用水量和水胶比可计算出水泥用量，按下式计算：

需要注意的是，根据混凝土使用条件，计算出的水泥用量应满足耐久性对最小水泥用量的要求，将计算确定的水泥用量与耐久性要求的最小水泥用量进行比较，取两者中的较大值。当胶凝材料为水泥与矿物掺合料的混合料时，需考虑矿物掺合料用量，相关参数算法参见《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）。

4.确定砂率

混凝土的砂率为砂子的质量占砂与石子总质量的百分比。合理砂率的选择一般可根据本单位的使用经验或通过试验来确定。当没有历史资料可参考时，可根据骨料的种类、规格及混凝土的水胶比查找相关表格来，见表3-20。(www.xing528.com)

表3-20　混凝土的砂率%

需要注意的是，本表格适用混凝土拌合物坍落度大于等于10 mm，同时小于等于60 mm的情形，当坍落度大于60 mm时，可按试验确定，也可在表格的基础上，坍落度每增大20 mm砂率相应增大1%处理；当坍落度小于10 mm时，其砂率应根据试验确定。

5.确定粗细骨料用量

砂、石用量的计算有质量法和体积法两种方法。

（1）当采用质量法时，按下式计算：

式中　mc0——每立方米混凝土的水泥用量（kg/m3）；

mg0——每立方米混凝土的粗骨料用量（kg/m3）；

ms0——每立方米混凝土的细骨料用量（kg/m3）；

mw0——每立方米混凝土的用水量（kg/m3）；

βs——砂率（%）；

mcp——每立方米混凝土拌合物的假定重量（kg）；其值可取2 350～2 450 kg。

（2）当采用体积法时，按下式计算：

式中　ρc——水泥密度（kg/m3），一般可取2 900～3 100 kg/m3；

ρs——细骨料的表观密度（kg/m3）；

ρg——粗骨料的表观密度（kg/m3）；

ρw——水的密度（kg/m3），一般可取1 000 kg/m3；

α——混凝土的含气量百分数，在不使用引气性外加剂时，α可以取为1。

需要注意的是，当胶凝材料为水泥与矿物掺合料的混合料时，需考虑矿物掺合料用量，相关参数算法参见《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）。

《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）中还规定了其他一些混凝土配合比设计中基本参数的选取原则。外加剂和掺合料的掺量应通过试验确定，并应符合现行国家标准《混凝土外加剂应用技术规范》（GB 50119—2013）的规定。长期处于潮湿和严寒环境中的混凝土，应掺用引气剂或引气减水剂。引气剂的掺入量应根据混凝土的含气量并经试验确定。

7.确定初步配合比

经过上述计算，即可确定混凝土初步配合比，确定的混凝土配合比可以用两种方法表示；一种是以1 m3混凝土中各组成材料的质量表示，如某混凝土配合比可表示：水泥300 kg、水180 kg、砂720 kg、石1 200 kg、掺合料60 kg、外加剂3.6 kg；另一种是以水泥的质量为1，其他各种材料与水泥质量之比表示。如上面的混凝土配合比还可以表示：水泥∶砂∶石∶掺合料=1∶2.4∶4.0∶0.2，W/B=0.6，外加剂为1%。

混凝土配合比设计，实质上就是确定四种材料用量之间的三个比例关系，即水与水泥之间的比例关系，用水胶比W/B表示；砂与石之间的比例关系，用砂率βs表示；水泥浆与骨料之间的比例关系，常用单位用水量mw表示。通常把水胶比、砂率和单位用水量称为混凝土配合比的三大参数；这三个参数与混凝土的各项性能之间有着密切的关系，正确地确定这三个参数，就能使混凝土满足各项技术经济指标。

任务准备

计算机、演示文稿等。

任务组织

（1）五人一组，其中一名学员担任组长，负责组织其余学员在日常生活、学习中，通过网络收集不同工程环境及其对混凝土耐久性地要求、不同混凝土设计强度、不同混凝土用水泥强度和不同混凝土用骨料情况的图片。

（2）每组按照各自收集到的不同工程环境及其对混凝土耐久性的要求、不同混凝土设计强度、不同混凝土用水泥强度和不同混凝土用骨料情况的图片，有针对性地进行混凝土初步配合比设计。

（3）完成设计计算之后，师生及时点评纠错。

注意事项

（1）主讲人注意着装、语言组织与表达、体态表达。

（2）注意组员之间的团队协作与沟通。

（3）鼓励团队构思创意、自主创新，在遇到问题时可以打破常规，寻求解决问题的新路径。

（4）注意在能力训练过程中追求精益求精，培养工匠精神。

微课：混凝土初步配合比设计方法与步骤

任务训练流程

实训项目：混凝土初步配合比设计

问题情景

某工程制作室内用的钢筋混凝土大梁，混凝土设计强度等级为C20，施工要求坍落度为35～50 mm，采用机械振捣。该施工单位无历史统计资料。

采用材料：普通水泥，42.5级，实测强度为34.8 MPa，密度为3 100 kg/m3，中砂，表观密度为2 650 kg/m3，堆积密度为1 450 kg/m3；卵石，最大粒径为20 mm，表观密度为2.73 g/m3，堆积密度为1 500 kg/m3；自来水。试设计混凝土的配合比（按干燥材料计算）。若施工现场中砂含水率为3%，卵石含水率为1%。试进行混凝土的配合比设计。