混凝土配合比确定方案

混凝土配合比的确定，需根据混凝土结构物的特点及部位、工作条件、施工方法，满足强度、抗渗、抗冻、耐久性、和易性等技术要求，并尽量节约水泥，以降低工程投资。为确保混凝土质量，工程所用混凝土的配合比，必须通过试验确定。

（一）确定混凝土配合比的步骤

（1）了解设计对混凝土的要求（如混凝土强度等级、强度保证率、抗冻、抗渗标号），确定水泥品种及砂石种类；

（2）通过试验掌握原材料性能的必要数据，如砂石的粒径、密度、容重、空隙率；

（3）根据已知各种数据计算初步配合比；

（4）根据和易性的要求，对初步配合比进行多次试验，调整材料用量，制作试件，测定试件的抗压强度，经过分析确定合适的配合比（即理论配合比）；

（5）根据现场实际情况（砂石料的实际含水量）修正理论配合比，作为施工使用。

（二）混凝土配合比设计步骤及材料用量参考数

1.混凝土试配强度（f cu）的确定

从理论上计算试配强度能满足设计强度等级的混凝土，应充分考虑到实际施工条件与实验室条件的差别。fcu可按下式计算

式中　f cu——混凝土试配强度，MPa；

f cuk——设计混凝土强度标准值，MPa；

σ——混凝土强度标准差。可按表12-18 取值。

2.确定水灰比（W/C）

式中　fce——水泥的实际强度，MPa；

表12-18　σ 取值表

C/W——灰水比；

A、B——经验系数，当采用碎石时，A = 0.46，B = 0.52；当采用卵石时，A =0.48，B = 0.61。

当无法取得水泥实际强度时，可用下式代入

式中——水泥标号，MPa；

Kc——水泥强度富余系数，一般取1.13。

混凝土的水灰比不应超过规范规定，水工混凝土水灰比的最大允许值见表12-19。

有抗渗要求的混凝土，其最大水灰比见表12-20；有抗冻要求的混凝土，其最大水灰比见表12-21；混凝土的最大水灰比和最小水泥用量见表12-22。

表12-19　水工混凝土水灰比最大允许值

表12-20　抗渗混凝土的最大水灰比

表12-21　抗冻混凝土的最大水灰比

表12-22　混凝土的最大水灰比和最小水泥用量

注　1.当用活性掺和料取代部分水泥时，表中的最大水灰比及最小水泥用量即为替代前的水灰比和水泥用量。
2.配制C15 级及其以下等级的混凝土，可不受本表限制。

3.选用单位用水量（W0）

混凝土拌和用水量与骨料最大粒径、砂率、坍落度和是否掺用混合材料及外加剂有关，可按有关规范选定。最后应通过试验来确定。

JGJ55—2000《普通混凝土配合比设计规程》中单位用水量基本参数见表12-23、表12-24。

表12-23　干硬性混凝土的用水量（kg/m3）

表12-24　塑性混凝土的用水量（kg/m3）

注　1.本表用水量系采用中砂的平均取值。采用细砂时，每立方米混凝土用水量可增加5～10kg；采用粗砂时，可减少5～10kg。
2.掺用各种外加剂或掺和料时，用水量应相应调整。

在无试验资料时，可参照经验数据来计算，见表12-25。

表12-25　混凝土试拌用水量参考表

表12-25是按水灰比为0.55，卵石、砂子细度模数为2.7，坍落度为6cm的条件拟定的。当条件变化时，可进行调整，调整值列于表12-26。

表12-26　不同条件混凝土用水量调整表

4.计算单位水泥用量（C0）

普通混凝土最小单位水泥用量可参考表12-22；水工大体积混凝土水泥用量可参考表12-27；水利水电工程混凝土水泥用量，还可参考现行《水电工程概（预）算定额》中的附录“混凝土砂浆配合比及材料用量”。

5.选用合理砂率（SP）

根据水灰比及骨料的种类和规格，按规定选取。

普通混凝土的砂率可参考表12-28，水工混凝土的砂率可参考表12-25。

6.计算砂石用量（S0 及G0）

（1）体积法。假定混凝土拌和物的体积等于各组成材料绝对体积和拌和物中的空气体积的总和。联立方程式如下

式中　C0、W0、S0、G0——分别为每立方米所用的水泥、水、砂、石子的重量；

ρC、ρW、ρs、ρg——分别为水泥、水、砂、石子的密度；

a——混凝土含气量百分数，在不使用引气型外加剂时a 取100%。

（2）重理法。假定混凝土拌和物在振实状态下的容重为定值，见表12-29，联立方程式如下：

表12-27　混凝土配合比

续表

注　表内水泥标号指硬练水泥标号。

表12-28　混凝土的砂率（%）

注　1.本表中的砂率系指砂与骨料总量的重量比。
2.本表数值系中砂的选用砂率，对细砂或粗砂，可相应地减少或增大砂率。
3.只用一个单粒径粗骨料配制混凝土时，砂率应适当增大。
4.对薄壁构件，砂率取偏大值。
5.坍落度大于60 mm 时，每增大20 mm，砂率增大1 %。
6.坍落度小于10 mm 的混凝土，其砂率应经试验确定。

表12-29　混凝土强度等级与容重的关系

混凝土容重应通过试验求得，在确定水灰比及用水量后，试拌时也可参考表12-30计算其砂石料用量。

表12-30　新拌混凝土容重参考值

根据上述计算，求得材料用量配合比。

7.试拌调整混凝土配合比

混凝土配合比设计，实质上就是确定4 项材料用量之间的3 个对比关系，即水与水泥、砂与石子、水泥浆与骨料这3个关系确定了，混凝土配合比就可以确定了。(www.xing528.com)

水与水泥之间的对比关系，用水灰比表示；砂与石子之间的对比关系，用砂率表示；水泥浆与骨料之间的对比关系，用单位用水量来反映。确定混凝土配合比的3个参数的原则，如图12-1 所示。

（三）掺粉煤灰混凝土配合比材料用量的简化计算方法

图12-1　混凝土配合比3 个参数关系示意图

1.掺粉煤灰混凝土的配合比设计

掺粉煤灰混凝土的配合比设计方法繁多，不少问题需要进一步试验研究，在工程概算编制中，采用配合比计算的简化方法即可满足投资宏观控制的要求，概算定额中的掺粉煤灰混凝土材料配合表就是根据简化方法求得的，这里介绍当粉煤灰用量不同于定额配合比中的数值时，如何计算材料用量。

配合比设计的简易方法有以下几种：

（1）等量取代法：粉煤灰取代等量水泥。

（2）超量取代法：粉煤灰混凝土与基准混凝土在等强度条件下，粉煤灰量超过其取代的水泥量。

（3）外加法：粉煤灰混凝土与基准混凝土具有相同的水泥量（粉煤灰不取代水泥），掺入一定量的粉煤灰。

这里仅介绍超量取代法（超量系数法）。

2.超量系数法配合比设计

按与基准混凝土（《水电工程概算定额》附录中称作纯混凝土）等稠度、等标号的原则，用超量取代法对基准混凝土中的材料量进行调整，调整系数称作粉煤灰超量系数，故得名为超量系数法。

（1）超量系数法的计算要点。

1）以纯混凝土配合比作为计算基础；

2）根据取代系数k、水泥取代百分率f，求掺和料混凝土水泥用量C 及掺粉煤灰用量F；

3）按与纯混凝土容重相等的原则，求砂、石用量（S 及G）；

4）按占水泥（C）的百分率求外加剂用量（Y）。

（2）超量系数的基本公式。

1）粉煤灰取代系数（k）。根据JGJ28—86《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》，粉煤灰取代（超量）系数k 值见表12-31。

表12-31　粉煤灰取代（超量）系数k 值表

取代系数

其中

式中　F——粉煤灰掺量，kg；

CO——纯混凝土水泥用量；

C——粉煤灰混凝土水泥用量，kg；

k——取代（超量）系数，粉煤灰掺入量（F）与取代水泥量（CO-C）之比。

2）水泥取代百分率（f）。取代水泥量（水泥节约量）与基准混凝土水泥用量（CO）之比值。

式中　f——水泥取代百分率，%。

不同水泥标号、水泥品种粉煤灰的取代百分率见表12-32。

3）砂、石用量计算。

式中　r—— 砂率，% ；

——砂的体积；

VN——砂和石的体积；

N——掺粉煤灰混凝土的砂、石重量，kg；

SO、GO——纯混凝土砂、石用量，kg。

当Ps ≈Pg 时，有r = SO÷NO（%），NO = SO + GO，其中Ps 为砂子的容重，Pg为石子的容重。

表12-32　粉煤灰取代水泥百分率（f）参考表

注　425 号水泥以上取下限，525 号水泥以上取上限；200 号以上混凝土宜采用Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰，150 号以下的素混凝土可采用Ⅲ级粉煤灰。

当Pg ≈Pn 时，有G=N-S，其中Pn为砂、石的平均比重。

4）用水量（W）计算。

式中　WO——纯混凝土用水量，kg。

5）外加剂（Y）用量计算。

外加剂用量可按水泥用量的0.2%～0.3%计算，概算定额按0.2%计。

根据上述公式，可计算不同的超量系数k 及不同的粉煤灰取代百分率（f）时的掺粉煤灰混凝土的材料用量。

按规范，重力坝与重力拱坝的水位变化区的混凝土，拱坝、堆石坝、混凝土面板堆石坝等坝的混凝土，高强混凝土，钢筋混凝土，抗冲耐磨混凝土，抗侵蚀和抗碱活性骨料反应的混凝土，应采用不低于Ⅱ级的粉煤灰。经试验论证，也可采用Ⅲ级粉煤灰。

水泥标号与混凝土强度等级比值较大及临时建筑物的混凝土可采用Ⅲ级粉煤灰。

等级较高的Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰，具有较大的减水增强和显著改善混凝土各种性能的效果，因此宜优先选用等级较高的粉煤灰，以获取更大的技术经济效益。

（四）埋石混凝土材料用量的计算

式中　［1-埋石率（%）］——材料用量调整系数。

埋石率由施工组织设计确定。

块石折方系数　1块石实体方=1.67码方埋石增加的人工工时（见表12-33）。

表12-33　埋块石混凝土浇筑定额应增加的人工工时

注　不包括块石运输及影响浇筑的工时。

埋块石混凝土的“混凝土”材料，应分成“混凝土”与“块石”（以码方计）二项，二者的用量均可由埋石率求得。上述调整后的“混凝土”，其基价仍用未埋块石的混凝土基价。“块石”在浇筑定额中的计量单位以码方计，相应块石开采，运输单价的计量单位亦以码方计。

（五）碾压混凝土的配合比

（1）碾压混凝土的配合比应满足工程设计的各项指标及施工工艺要求。

（2）配合比设计参数选定。

1）掺和料掺量：掺和料的掺量应综合考虑水泥、掺和料和砂子品质等因素，并通过试验确定，宜取30%～65%（掺和料掺量中应包括水泥中已掺的混合材料量），掺量超过65%时，应做专门试验论证。

2）水胶比：应根据设计提出的混凝土强度和耐久性要求确定水胶比，其值宜小于0.70。

3）砂率：应通过试验选取最佳砂率值。使用天然砂石料时，三级配碾压混凝土砂率宜为28%～32%，二级配宜为32%～37%；使用人工砂石料时，砂率应增加3%～6%。

4）单位用水量：单位用水量可根据施工要求的工作度（VC 值）、骨料的种类及最大粒径、砂率等选定三级配碾压混凝土，单位用水量宜为80～115 kg/m3。

（3）碾压混凝土拌和物的VC值，机口值宜在5～15 s范围内选用。

（4）大体积建筑物内部碾压混凝土的胶凝材料用量，不宜低于130 kg/m3，其中水泥熟料不宜低于45 kg/m3。

国内几个碾压混凝土工程实际使用的配合比，见表12-34。

表12-34　国内几个碾压混凝土工程实际使用的配合比

注　a = G + S，G 为石子用量，S 为砂用量。