混凝土配合比设计（混凝土配合比的设计与优化选择）

混凝土配合比设计(混凝土配合比设计及优化选择)

混凝土作为一种重要的建筑施工材料，大多用于建筑工程的重要部位。优化混凝土配合比设计不仅对保证工程质量、方便工程施工，而且对节约材料都具有重要意义。

2混凝土配合比设计和原材料选择概述

混凝土是由水泥、沙子、砾石和水等组成的。混凝土中各组分之间的比例关系称为混凝土配合比，确定这种定量比例关系的工作称为混凝土配合比设计。混凝土配合比设计是实现预拌混凝土性能的重要过程，也是保证预拌混凝土质量的重要环节。混凝土的施工配合比是在试验配合比的基础上确定的，混凝土的试验配合比强度确定后，按规范设计确定。

2.1混凝土配合比设计依据

混凝土配合比应参照现行《普通混凝土配合比设计规范》(JGJ55-2011)，通过设计和试配确定。施工中实际使用的原材料应在试验中使用。配制的混凝土拌合物的和易性和凝结时间应符合《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080-2016)中相应条款的要求，配制的混凝土试件应符合强度、耐久性等质量要求。

2.2混凝土配合比设计要求

混凝土的配合比设计应满足以下四个基本要求，即:①满足结构设计的强度等级要求和混凝土的试拌强度；(2)满足混凝土施工所需的坍落度和和易性；(3)满足工程环境对混凝土耐久性的要求；④符合经济性原则，即节约水泥以降低混凝土成本。

2.3原材料的选择

水泥

水泥是决定混凝土强度等级的主要胶凝材料，能粘结和填充粗骨料之间的空隙空。同时，为了降低成本，在强度满足施工要求的情况下，尽量减少水泥用量。本设计选用河北严新P.O42.5水泥，检测指标符合相关规范的技术要求。

骨料

骨科必须坚硬、致密、耐用、无裂纹。混凝土细骨料:粒径为0.16 ~ 5 mm的骨料，根据形成条件可分为天然砂和人工砂。按细度模数可分为粗砂、中砂、细砂、特细砂。本次设计选用涞水天然砂、中砂，含泥量≤3%。混凝土粗骨料:粒径大于5mm的骨料。卵石和碎石通常用作普通混凝土的粗骨料。本设计选用涞水5 ~ 25mm连续级配的碎石，含泥量≤1%。

外加剂

外加剂包括粉煤灰和矿粉。在混凝土中加入外加剂可以降低混凝土的水化热，防止裂缝，同时减少胶凝材料中水泥的用量，节约成本。本设计选用ⅱF级粉煤灰和S95高炉渣粉。

外加剂

为了改善混凝土的施工性能，加快施工进度，改善混凝土拌合物的和易性，可以在混凝土中加入少量的外加剂。本设计选用聚羧酸高性能减水剂。

2.4混凝土配合比设计原则

混凝土的配合比设计是确定水泥、水、砂、石用量之间的比例关系。水胶比、单位用水量和砂率是混凝土配合比设计的三个基本参数。确定基本参数的原则:在满足混凝土强度和耐久性的基础上确定混凝土的水胶比，在满足混凝土施工和易性要求的基础上根据粗骨料的种类和规格确定单位用水量；砂率应根据骨料中的砂量填满石空间隙并略有剩余的原则确定。

3混凝土配合比的计算

混凝土的配合比设计是根据1m3混凝土中各组分材料的用量进行计算，计算时以干骨料为准。本文以C25混凝土配合比为例进行设计计算。

3.1确定试验强度。

当混凝土的设计强度等级小于C60时，试配强度应按下列公式确定:fcu，0≥fcu，k+1.645σ(1)

式中:fcu，0——混凝土搅拌强度(MPa)；

Fcu，k——混凝土立方体抗压强度的标准值，取混凝土的设计强度等级值(MPa)；

σ-混凝土强度的标准偏差(MPa)。

设计强度等级为C25时，σ为5.0，经计算试验强度为33.2MPa。

3.2计算水胶比

当混凝土的设计强度等级小于C60时，混凝土的水胶比应按下式计算:

式中:W/B-混凝土的水胶比；

α，αb——回归系数，根据规范分别为0.53和0.20；

Fb——水泥砂浆28d抗压强度(MPa)。

fb=γfγsfce(3)

式中:γf，γs——粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数，查表分别取0.85和1.00；

Fce——水泥砂浆28d抗压强度(MPa)。

当水泥砂浆的28d抗压强度(fce)无实测值时，可按下式计算:

fce=γcfce，g (4)

式中:γc——水泥强度等级的过剩系数，查表取1.16；

Fce，g——水泥强度等级值(MPa)。

经计算，水胶比为0.59。

3.3选择用水量(mw0)

根据碎石最大粒径25mm，坍落度180±20mm的要求，查表选择用水量:MW0′= 230kg/m3。

外加剂减水率:β=25%，则MW0 = MW0′(1-β)(5)

经计算，MW0′= 172kg/m3。

3.4胶凝材料用量(mb0)

mb0=mw0W/B (6)

根据计算，mb0=292kg/m3

3.5水泥和外加剂的用量

当粉煤灰含量为20.0%，粉煤灰含量=292×20.0%=58kg/m3，矿粉含量= 292× 20.0% = 58 kg/m3时，水泥含量为176kg/m3。

3.6外加剂的用量

添加剂含量:βa=2.0%，则

ma0=mb0βa (7)

经计算，ma0=5.84kg/m3。

3.7选择砂率(βs)

根据砾石最大粒径25mm，水胶比0.59，以及以往试配经验，选择砂率βs=44%。

3.8确定砂石的重量(质量法)

mf0+mc0+mg0+ms0+mw0=mcp (8)

式中:MF0——每立方米混凝土中外加剂的用量；

Mc0——每立方米混凝土的水泥用量；

Mg0——每立方米混凝土中粗骨料的数量；

Ms0——每立方米混凝土中细骨料的数量；

MW——每立方米混凝土的用水量；

Mcp——每立方米混凝土拌合物的假定重量，可为2350 ~ 2450 kg/m3。

Mcp=2400kg/m3，砂石重量分别为852kg/m3和1084kg/m3。

3.9设计理论配合比的确定

试拌后混凝土拌合物和易性好，不泌水、不离析，坍落度符合设计要求。因此，设计的理论配合比确定为基准配合比。

4试拌调整和配合比确定

4.1搭配和混合

混凝土配合比的优化设计应采用三种不同水胶比的配合比，另外两种应分别比基准配合比增加和减少0.05的水胶比。用水量应与基准配合比相同，砂率可分别增加和减少1%，以获得表2所示不同水胶比的配合。

4.2试衣结果

试拌后，三种水胶比的配合比和混合料的和易性良好。试拌结果见表3，不同水胶比的28d抗压强度见图1。从试配结果来看，三个试配比的抗压强度与水胶比有很好的相关性，试配号为01，28天龄期抗压强度不能满足配制强度的要求。试验编号为02的配合比略大于配制强度；试号为03的配合比，水泥用量大，不利于节约工程成本。因此，选择02号试拌作为本工程的实际施工配合比。

混凝土的配合比是决定混凝土强度的重要技术指标。合理的配合比设计应在满足相关规范对强度、耐久性、和易性和经济性要求的前提下，确定各种材料的用量，以获得最经济适用的混凝土配合比。混凝土配合比优化设计是在理论和经验指导下的实践过程。为了满足不同工程对混凝土的要求，有必要对混凝土配合比设计进行深入系统的研究，使其设计更加科学合理。

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