配合比设计确定步骤|建筑材料第2版

按照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2000）的规定，普通混凝土配合比设计可分为以下四个步骤：

第一步：根据原材料的技术性质和设计要求通过计算求出混凝土的初步配合比；

第二步：经实验室的试配、调整得出和易性满足要求的基准配合比；

第三步：经混凝土强度、混凝土拌和物表观密度校核后，得出强度和表观密度都满足要求的实验室配合比（也称为设计配合比）；

第四步：根据现场砂石实际含水量进行配合比的调整，得出施工配合比。

1）初步配合比的计算步骤和方法

（1）确定混凝土的配制强度（fcu，o）

式中：fcu，o——混凝土的配制强度；

fcu，k——混凝土的设计强度等级；

σ——混凝土强度标准差。

（2）求水灰比（W／C）

水灰比可由混凝土强度经验公式求得，计算公式如下：

水灰比求得后，还应进行混凝土耐久性方面的校核，如求得的水灰比大于表4－8规定的最大水灰比值时，应取表中规定的最大水灰比值。

（3）确定单位用水量（Wo）

根据粗骨料的种类、最大粒径和设计要求的塌落度值，查表4－6确定。

（4）求水泥用量（Co）

水泥用量求得后，还应进行混凝土耐久性方面的校核，如求得的水泥用量小于表4－8规定的最小水泥用量时，应取表中规定的最小水泥用量。

（5）确定合适的砂率值（Sp）

砂率的确定应在保证混凝土黏聚性和保水性的前提下，尽量选用较小的砂率，以减少水泥用量。确定砂率的方法通常有查表法、计算法和试验法。

①查表法

根据粗骨料的种类、最大粒径和混凝土水灰比值，查表4－7确定。如表中没有对应的粗骨料最大粒径值或混凝土水灰比值，则可用插值法求出合适的砂率值。

②计算法

计算法的基本思想是混凝土的砂率应以细骨料体积填充粗骨料空隙后稍有富余为原则来确定，以保证有足够的砂浆使混凝土拌和物获得必要的和易性。砂率具体的计算公式如下：

式中：——分别为砂、石的堆积体积（cm3）；

——分别为砂、石的堆积密度（g／cm3）；

——石子的空隙率（%）；

β——砂浆剩余系数，又称拨开系数，一般取1．1～1．4。

③试验法

对于有特殊性能要求的混凝土或混凝土的用量很大时，为获得更好的技术经济效果，可在查表或计算的基础上，通过试验方法来进一步确定混凝土的砂率。具体做法如下：拌制五组以上不同砂率的混凝土拌和物，各组用水量和水泥用量相同，而砂率值每组相差2%～3%。试验时应测定每组拌和物的坍落度，并检查黏聚性和保水性。一般砂率过大，拌和物的流动性较小，且黏聚性也不易保证；而砂率过小，因砂浆量不足，也会降低拌和物的流动性，且保水性会较差。因此可绘制出混凝土拌和物的砂率与坍落度的关系曲线图和砂率与水泥用量的关系图，在图中找出对应坍落度最大值时的砂率和对应水泥用量最少时的砂率，确定出合理砂率的范围，在此范围内，再结合查表法和计算法综合确定出合理砂率值。

（6）求砂用量（So）和石用量（Go）

求砂用量和石用量有两种方法，一种方法是体积法，另一种方法是重量法，其中体积法为最基本的方法。

①体积法

体积法的基本原理是：捣实后的混凝土拌和物的体积等于各组成材料的绝对体积及混凝土拌和物内空气体积之和。据此原理，就有如下公式：

再根据砂率的定义有：

式中：Co，Wo，So，Go——分别表示水泥、水、砂、石的用量（kg）；

ρc，ρw，ρos，ρog——分别表示水泥的密度、水的密度、砂的表观密度和石的表观密度（g／cm3）；

α——混凝土含气量的百分数（%），当不使用引气型外加剂时，可取1。

将公式（4－19）、（4－20）联立起来，就可求出So和Go。

②重量法

重量法的基本原理是：当混凝土所用的原材料种类不变时，则捣实后混凝土拌和物的表观密度基本保持不变。据此原理，预先假定出混凝土拌和物的表观密度（ρoc），就可得到下式：

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式中：ρoc——假定的混凝土拌和物的表观密度（kg／m3），可根据本单位积累的资料确定，如缺乏资料，可根据骨料的表观密度、粒径和混凝土强度等级，在2 400～2 450kg／m3范围内选取。

将公式（4－20）、（4－21）联立起来，就可求出So和Go。

（7）计算外加剂用量（Ao）

外加剂的掺量以占水泥质量的百分数计，所以外加剂的用量等于水泥的质量乘以外加剂的掺量，即：

式中：r——外加剂掺量（g）。

（8）正确写出混凝土配合比

2）配合比的试配和调整

第1）部分是通过计算来求出混凝土配合比，通常叫初步配合比。由于初步配合比是根据经验公式和经验数据求得的，所以按初步配合比配制出的混凝土拌和物的和易性和混凝土强度等性能还不一定能满足设计要求。由初步配合比到工地现场采用的混凝土施工配合比还需经过不断试配和调整过程。

（1）和易性的调整（得出基准配合比）

当粗骨料的最大粒径不大于31．5mm时，按初步配合比至少试拌15L混凝土拌和物，当粗骨料的最大粒径为37．5mm时，按初步配合比至少试拌25L混凝土拌和物，然后对混凝土拌和物的和易性进行测定。如混凝土拌和物的和易性不满足要求时则应进行调整，直至拌和物的和易性满足要求为止。混凝土拌和物和易性调整的方法如下：

①当坍落度小于设计要求时，应保持水灰比不变，增加水泥浆的用量。

②当坍落度大于设计要求时，应保持砂率不变，增加砂、石用量（相当于减少水泥浆的用量）。

③当黏聚性和保水性不好时（通常是砂用量偏少），可适当增加砂用量（即增大砂率）。

④当拌和物中砂浆数量显得过多时，可单独加入适量的石子（即降低砂率）。

混凝土拌和物的和易性满足要求后的混凝土配合比就叫基准配合比。

（2）混凝土拌和物强度、表观密度的校核（得出实验室配合比）

按基准配合比配制的混凝土的强度不一定满足设计要求，为此还必须进行混凝土强度的校核。校核步骤如下：

①至少成型三组混凝土立方体试件（三个试件为一组），混凝土立方体试件的边长应不小于150mm×150mm×150mm。其中第一组试件为基准配合比；第二组试件的水灰比较基准配合比中的水灰比增大0．05，用水量与基准配合比相同，根据拌和物的和易性，砂率可比基准配合比中砂率增大1%；第三组试件的水灰比较基准配合比中的水灰比减小0．05，用水量与基准配合比相同，根据拌和物和易性，砂率可比基准配合比中砂率减小1%。

②将三组试件放在标准条件下养护，至28d时测定其抗压强度。

③用作图法或计算法求出与混凝土配制强度（fcu，o）相对应的灰水比值，并按下列原则确定1m3混凝土中各组成材料的用量：

用水量——取基准配合比中的用水量；

水泥用量——用水量乘以与配制强度相对应的灰水比而得；

粗、细骨料用量——取基准配合比中的粗、细骨料用量，并按与配制强度相对应的灰水比进行试拌调整。

a．作图法

以混凝土强度为纵坐标、灰水比为横坐标画一个坐标图，根据每组试件的灰水比值和强度值在坐标图上描绘出三点，通过这三点作直线L1（根据混凝土强度经验公式，这三点应在同一条直线上），再在纵坐标上找出与混凝土试配强度相对应的点，然后通过该点引一条与横坐标平行的直线L2，直线L2与直线L1的交点对应的灰水比值就是与混凝土配制强度相对应的灰水比值。

b．计算法

根据混凝土强度经验公式，混凝土的配制强度与灰水比成直线关系，于是可设：

然后将每组试件的灰水比值和强度值分别代入该公式，可得到三个方程，将这三个方程中的任何两个方程随机组合即可得到三个方程组，由这三个方程组可得到三个A值、三个B值，取其平均值得到，将代入公式（4－23）得到：

最后将设计要求的混凝土试配强度代入公式（4－24）并可求得对应的灰水比值。

④按初步配合比配制的混凝土拌和物还必须进行表观密度的校核，否则将出现“负方”或“超方”现象，即按初步配合比配制出来的1m3混凝土拌和物，其实际体积少于或多于1m3。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，则无需进行表观密度的调整。当需要进行表观密度调整时，调整的方法如下：

a．根据混凝土初步配合比算出混凝土拌和物的表观密度计算值（ρoc，j），即：

式中：mc、mw、ms、mg——分别表示初步配合比中水泥、水、砂和石的用量。

b．按初步配合比试配混凝土，测出混凝土拌和物表观密度的实测值（ρoc，s）。

c．算出表观密度校正系数δ，即：

d．将初步配合比中各组成材料的用量均乘以δ，这时的配合比即为正式配合比，也叫实验室配合比。

（3）混凝土施工配合比的确定

混凝土初步配合比、基准配合比和实验室配合比中砂、石材料的用量都是以干燥状态下质量为基准的，但工地现场的骨料通常会含有水分，因此必须将实验室配合比换算为考虑骨料含水量的施工配合比。

设施工配合比中水泥、水、砂、石的用量分别为，并设工地现场砂、石含水率分别为a%、b%，则有：

工地现场的骨料由于是露天堆放，其含水率是经常变动的，因此要经常测定砂、石骨料的含水率，并及时调整混凝土施工配合比，避免骨料含水量的变化导致混凝土质量波动。