（一）设计要求
大、中型渠道防渗工程混凝土的配合比，应按SD105—82《水工混凝土试验规程》进行试验确定。小型渠道混凝土的配合比，可参照当地类似工程的经验采用。选择混凝土的配合比时，应根据其工程环境条件，分别满足抗压、抗渗、抗冻、抗裂（抗拉）、抗冲耐磨、抗风化、抗侵蚀等设计要求，以及施工和易性的要求，并采取措施合理降低水泥用量。
（二）设计原则
混凝土配合比设计应遵循如下原则：
1.最小单位用水量原则
水灰比是决定混凝土强度和耐久性（特别是抗渗性和抗冻性）的主要因素，在满足和易性的条件下，力求单位用水量最小。
2.最大石子粒径和最多石子用量原则
根据混凝土防渗结构的断面和钢筋的稠密程度以及施工设备等情况，在满足和易性的条件下，应选择尽可能大的石子粒径和最多用量。
3.最佳配料级配的选定
应选择空隙率较小的级配，同时也要考虑料场的天然级配，尽量减少弃方。
4.水泥品种和标号的选择
（三）设计步骤
1.混凝土强度的设计
混凝土的设计强度不应低于表4-31中的数值。严寒和寒冷地区的冬季过水渠道，抗冻标号应比表内数值提高一级。渠道流速大于3m/s，或水流中挟带较多推移质泥沙时，混凝土的强度不应低于15MPa。
2.配制强度的确定
为了使混凝土具有足够的保证率，须使其配制强度高于所设计的强度等级。因此，在选择混凝土配合比时，可按式（4-4）计算配制强度，即
式中：Rp为混凝土的配制强度，MPa；R0为混凝土设计强度等级，MPa；t为保证率系数，其值见表4-32；Cv为离差系数，可参照表4-33选用；K为系数，其值见表4-34。
表4-31 混凝土强度的最小允许值
注 t系最冷月月平均气温。
表4-32保证率和保证率系数的关系
表4-33 离差系数Cv值
表4-34 K值表
3.水灰比的确定
混凝土的水灰比，应以骨料在饱和面干状态下的混凝土单位用水量与单位胶凝材料用量的比值为准。单位胶凝材料用量为每立方米混凝土中水泥与混合材质量的总和，应根据配制强度和耐久性选定。
（1）根据配制强度选择水灰比。在水泥用量一定的条件下，混凝土强度与水灰比的倒数即灰水比（C/W）成直线关系。在适用范围内，可选用3～5个灰水比（2.5～1.3），在一定条件下通过试验，建立强度与灰水比的关系式或图表。根据强度与灰水比关系，选择相应于配制强度的水灰比。
在无试验资料的情况下，对于不掺混合材和外加剂的混凝土，可参考式（4-5）选择水灰比，即
式中：Rp为混凝土的配制强度，MPa；Rc为水泥软练号，MPa；A、B为系数，参考表4-35选用。
表4-35 A、B系数参考值
（2）根据设计要求的抗渗、抗冻标号选择水灰比。混凝土抗渗标号及抗冻标号与水泥品种、水灰比、混凝土龄期、外加剂及混合材的品种、掺量等因素有关，应通过试验建立相应的试验成果关系式或图表，以选择水灰比。在没有试验资料时，可参考表4-36和表4-37选择水灰比。
（3）最后选定的水灰比应既能满足配制强度的要求，又能满足抗渗、抗冻等特性的要求，同时还必须符合水工混凝土施工规范对混凝土最大水灰比允许值（见表4-38）的规定。
表4-36 抗渗标号与水灰比的关系
注 未掺混合材和外加剂。
表4-37 抗冻标号允许的最大水灰比
注 有抗冻要求的混凝土，建议优先采用引气剂和普通硅酸盐水泥配制的混凝土。
表4-38 水灰比最大允许值
注 1.在环境水有侵蚀性的情况下，水灰比最大允许值应减小0.05。2.在采用减水剂和引气剂的情况下，经过试验论证，水灰比最大允许值可增加0.05。3.寒冷地区，系指最冷月月平均气温在-3℃以下的地区。
4.砂率和用水量的选择
影响用水的因素较多，应根据石子最大粒径、坍落度和外加剂以及适宜的砂率通过试拌确定。混凝土的坍落度，可参照表4-39选定，尽可能采用小的坍落度。
试拌用水量及砂率，可分别参考表4-40和表4-41先行选用。试拌过程中，再根据混凝土拌和物的和易性和坍落度情况进行必要的调整。调整方法是：保持水灰比不变，坍落度每增、减1cm，每立方米混凝土用水量相应增、减2～3kg；砂率每增、减1%，每立方米用水量相应增、减1.5kg。试拌后，选出满足和易性和坍落度要求的最小用水量及其对应的砂率（即最佳砂率）。
表4-39 不同浇筑部位混凝土的坍落度 单位：cm
注 1.低温季节施工时，坍落度宜适当减小；高温季节施工时，宜适当增大。2.采用衬砌机施工时，坍落度不大于2cm。
表4-40 混凝土用水量 单位：kg/m3
注 1.表中值适用于卵石、中砂和普通硅酸盐水泥拌制的混凝土；2.用火山灰水泥时，用水量一般增加15～20kg/m3；3.用细砂时，用水量一般增加5～10kg/m3；4.用碎石时，用水量一般增加10～20kg/m3；5.用减水剂时，用水量一般增加10～20kg/m3。
表4-41 混凝土的砂率
注 石料常用两级配，即粒径5～20mm的占40%～45%，20～40mm的占55%～60%。(www.xing528.com)
5.水泥用量的计算
根据最后确定的水灰比和用水量按式（4-6）计算水泥用量，即
式中：C为水泥用量，kg/m3；W为用水量，kg/m3；W/C为水灰比。
按式（4-11）计算得出的水泥用量还应符合下列规定：大、中渠道所用的混凝土，其胶凝材料的最小用量不宜少于225kg/m3；严寒地区不宜少于275kg/m3。上述数值，用人工捣固时，应增加25kg/m3；当掺用外加剂时，可减少25kg/m3。强度低于10MPa的混凝土，可不受此限制。
6.砂、石用量的计算
用已选定的用水量、水泥用量和砂率，根据“绝对体积法”计算1m3混凝土中的砂、石用量。绝对体积法，就是假定混凝土拌和物的体积等于各组成材料的绝对体积（实体积）与空气体积的总和。单位体积混凝土中砂、石的绝对体积为：
砂用量为
石子用量为
式中：VN为单位体积混凝土中砂、石的绝对体积，L；W为单位体积混凝土中的用水量，kg；C为单位体积混凝土水泥用量，kg；S为单位体积混凝土砂用量，kg；G为单位体积混凝土石子用量，kg；r为砂率，%；ρC、ρS、ρG分别为水泥密度和砂、石饱和面干表观密度，g/cm3；α为混凝土含气量，%，未掺引气型外加剂的混凝土含气量是1%。
7.试配调整
混凝土配合比初步计算出来以后，还需通过试配进行调整，即用施工时所用的原材料拌以少量混凝土进行试验，以验证其和易性、坍落度、密度和强度是否符合要求。经过调整，适当增减用水量、水泥用量、砂率和水灰比，以确定施工配合比。
（四）掺外加剂混凝土配合比设计
（1）根据式（4-7）和式（4-8）计算出所要求的混凝土配制强度Rp和水灰比值，对有抗渗和抗冻要求的混凝土，水灰比值尚应满足表4-37和表4-38的要求。同时还必须满足表4-40的要求。
（2）根据骨料品质、外加剂类型及掺量、施工要求的坍落度，按式（4-10）选定每立方米混凝土的用水量，即
式中：W为每立方米基准混凝土（未掺外加剂混凝土）中的用水量，见表4-46；βα为外加剂的减水率，无减水作用的外加剂，βα=0；Wa为每立方米掺外加剂混凝土中的用水量。
（3）按式（4-11）计算水泥用量Ca
计算所得的水泥用量，如小于前述规定的最小水泥用量值，则应取规定的最小水泥用量。
（4）根据骨料最大粒径和水灰比，按表4-41选用砂率。
（5）在已知砂率后，砂、石骨料的用量可用绝对体积法求得。
以计算所得的各种材料用量进行混凝土试拌，如不满足要求，则对材料用量进行调整，重新计算和试拌，直到满足要求为止。
小型渠道混凝土的外加剂掺量，可按表4-42选定。
表4-42 常用的混凝土外加剂及其掺量
（五）掺粉煤灰混凝土配合比设计
以基准混凝土（未掺粉某灰的混凝土）配合比为基础，按等稠度、等强度等级原则，用超量取代法（即指粉煤灰掺量大于所取代的水泥量）进行调整，设计步骤如下。
（1）按设计要求，用（三）中配合比设计方法，进行基准混凝土配合比设计。
（2）选择粉煤灰取代水泥率βF，公式为：
式中：C为每立方米基准混凝土的水泥用量，kg；CF为每立方米粉煤灰混凝土的水泥用量，kg。
粉煤灰取代水泥率βF可按表4-43选用。
表4-43 粉煤灰取代水泥百分率
注 1.以425号水泥配制成的混凝土取表中下限值，以525号水泥配制成的混凝土取上限值。2.C20以上的混凝土宜采用Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰，C15以下的混凝土可采用Ⅲ级粉煤灰。3.在预应力混凝土中的取代水泥率：普通硅酸盐水泥不大于15%，矿渣硅酸盐水泥不大于10%。
（3）按所选用的粉煤灰取代水泥率βF，求出每立方米粉煤灰混凝土的水泥用量CF，公式为
（4）选择粉煤灰超量系数KF，公式为
式中：F为每立方米混凝土中粉煤灰掺量，kg。粉煤灰超量系数KF按表4-44选用。
表4-44 粉煤灰超量系数KF
（5）确定粉煤灰掺量F。由超量系数KF，求出每立方米混凝土的粉煤灰掺量F，公式为
小型渠道混凝土的粉煤灰掺量，也可按表4-45选定。
（6）按材料比密度计算每立方米粉煤灰混凝土中水泥、粉煤灰、砂的绝对体积，并求出粉煤灰超出水泥部分的体积。
（7）按粉煤灰超出水泥部分的体积，扣出同体积的砂用量。
（8）粉煤灰混凝土的用水量，按基准混凝土配合比的用水量取用。
（9）用绝对体积法计算每立方米粉煤灰混凝土各组成材料的用量，通过试配，在保证设计所需和易性和坍落度的基础上，进行混凝土配合比的调整。
（10）试配调整后，提出现场用粉煤灰混凝土配合比。
表4-45 粉煤灰掺量F
注 粉煤灰掺量为水泥与粉煤灰总重的百分数。
掺粉煤灰混凝土，要达到与基准混凝土等稠度、等强度，选择适当的粉煤灰超量系数KF是个关键。所以，上述配合比设计方法，又称为超量系数法。
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