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一、设计依据

普通混凝土配合比设计规程《JGJ55-2011》

二、设计目的和要求

（1）设计坍落度180±20mm；

（2）混凝土设计强度为30MPa。

三、原材料

（1）水泥：P.042.5，28d胶砂抗压强度48.6MPa，安定性合格；

（2）砂：II区中砂，细度模数2.6；

（3）碎石：最大粒径25mm,连续级配；

（4）外加剂：聚羧酸高性能减水剂，固含量12%，掺量1.8%，减水率25%；

（5）粉煤灰：F-II级粉煤灰，细度18.3%，需水量比99%；

（6）粒化高炉矿渣粉：S95级，流动度比98%，28d活性指数101%；

（7）拌和水：饮用水。

四、配合比设计计算

(一)计算配制强度(f_cu,0)

由于缺乏强度标准差统计资料，因此根据《规程》表4.0.2选择强度标准差σ为5.0MPa。

表4.0.2 标准差σ值（MPa）

根据公式f_cu,0≥f_cu,k+1.645δ

式中：f_cu,0——混凝土试配强度（MPa）

      f_cu,k——设计强度（MPa）

      δ——标准差，取5

试配强度：f_cu,0= f_cu,k+1.645σ≥30+1.645×5≥38.2(MPa)

(二)混凝土水胶比（W/B）

（1）确定矿物掺合料掺量

应根据《规程》中表3.0.5-1的规定，并考虑混凝土原材料、应用部位和施工工艺等因素来确定矿物掺合料掺量。

表3.0.5-1 钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量

注：1 采用其它通用硅酸盐水泥时，宜将水泥混合材掺量20%以上的混合材量计入矿物掺合料；

2 复合掺合料各组分的掺量不宜超过单掺时的最大掺量；

3 在混合使用两种或两种以上矿物掺合料时，矿物掺合料总掺量应符合表中复合掺合料的规定。

矿物掺合料的选用及掺量应通过试验确定，确定用量前可先设计多个掺量方案，根据强度、耐久性要求计算水胶比、胶凝材料用量。使用掺合料时应考虑不同掺合料的优点和缺点，如粉煤灰可以改善混凝土拌合物的工作性、抗硫酸盐、抗氯离子性能，但用量大会降低混凝土早期强度，同时也不利于抗冻性和抗碳化性能。

依据规程，确定两种掺量方案：

方案1：粉煤灰掺量30%；

方案2：粉煤灰掺量20%，矿粉掺量20%。

（2）计算胶凝材料胶砂强度

胶凝材料胶砂强度既可以按现行国家标准《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》GB/T17671对3个胶凝材料进行胶砂强度试验，也可以依据《规程》表5.1.3选取对应的粉煤灰或矿粉影响系数，计算f_b。

表5.1.3 粉煤灰影响系数（g_f）和粒化高炉矿渣粉影响系数（g_s）

注：1 采用Ⅰ级粉煤灰宜取上限值。

2 采用S75级粒化高炉矿渣粉宜取下限值，采用S95级粒化高炉矿渣粉宜取上限值，采用S105级粒化高炉矿渣粉可取上限值加0.05。

3 当超出表中的掺量时，粉煤灰和粒化高炉矿渣粉影响系数应经试验确定。

检测或计算结果：

方案1：

根据粉煤灰活性试验，测得掺加30%粉煤灰的胶凝材料28d胶砂强度为35.3MPa。

方案2：

根据表5.1.3选取粉煤灰和矿粉影响系数，矿粉、粉煤灰双掺，各掺20%，影响系数：粉煤灰取0.8矿粉取0.98。则胶凝材料强度为：48.6×0.8×0.98＝38.1MPa；

（3）水胶比计算

利用《规程》中公式5.1.1计算实际水胶比如下：

W/B=ɑ_a×f_b/(f_cu,0+ɑ_a×ɑ_b×f_b)    （5.1.1）

式中： W/B——混凝土水胶比；

a_a、a_b——回归系数，按本规程第5.1.2条的规定取值；

f_b——胶凝材料28d胶砂抗压强度（MPa），可实测，且试验方法应按现行国家标准《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》GB/T17671执行；也可按本规程第5.1.3条确定，由于没有回归系统统计资料，所以按《规程》中表5.1.2选取a_a、a_b。

表5.1.2 回归系数（a_a、a_b）取值表

计算结果：

方案1：掺加30%粉煤灰时混凝土的水胶比为0.446，取0.45；

方案2：掺加20%粉煤灰和20%矿粉时混凝土的水胶比为0.474，取0.47；

（三）确定用水量

确定坍落度设计值为180mm。根据《规程》第5.2节规定计算用水量步骤如下：

（1）塑性混凝土单位用水量

根据《规程》中表5.2.1-2选择单位用水量。满足坍落度90mm的塑性混凝土单位用水量为210kg/m³（插值）。

表5.2.1-2 塑性混凝土的用水量（kg/m³）

注：1 本表用水量系采用中砂时的取值。采用细砂时，每立方米混凝土用水量可增加5kg～10kg；采用粗砂时，可减少5kg～10kg。

2 掺用矿物掺合料和外加剂时，用水量应相应调整。

（2）推定未掺外加剂时混凝土用水量

以满足坍落度90mm的塑性混凝土单位用水量为基础，按每增大20mm坍落度相应增加5kg/m³用水量来计算坍落度180mm时单位用水量m′_w0＝（180-90）/20*5+210＝232.5kg/m³。

（3）掺外加剂时的混凝土用水量

高性能减水剂的具有较高的减水率，可以通过增加用量提高减水率，甚至可以把用水量降的很低，在选择混凝土用水量时应满足混凝土工作性对浆体的要求。混凝土浆体应能充分填充骨料间空隙并包裹在骨料表面起到“润滑”作用。骨料空隙率及混凝土拌合物的工作性不同需要的浆体量也是不同的，因而对用水量也不同。确定混凝土配合比时，应注意外加剂用量与用水量的匹配。

利用《规程》中公式5.2.2计算掺外加剂时的混凝土用水量如下：

m′_w0＝m_w0（1-β） （5.2.2）

掺外加剂用水量：232.5×（1－25%）＝174kg/m³。

（四）胶凝材料用量

根据上述水胶比和单位用水量数据，根据《规程》中公式5.3.1计算胶凝材料用量如下：

m_b＝ m_w0÷（W/B）（5.3.1）

计算结果：

方案1:混凝土的胶凝材料用量为386.6kg/m³，取387kg/m³；

方案2:混凝土的胶凝材料用量为370.2kg/m³；取370kg/m³；

（1）计算矿物掺合料用量

根据上述确定的粉煤灰和矿粉掺量，根据《规程》中公式5.3.2分别计算粉煤灰和矿粉用量如下：

m_f0  ＝ m_b0×β_f（5.3.2）

式中：m_f0 ——计算配合比每立方米混凝土中矿物掺合料用量（kg/m³）；β_f——矿物掺合料掺量（%），可结合本规程3.0.5条和5.1.1条的规定确定。

计算结果：

方案1:混凝土的粉煤灰用量为116kg/m³；

方案2:混凝土的粉煤灰和矿粉用量分别为74kg/m³和74kg/m³。（2）计算水泥用量

根据胶凝材料用量、粉煤灰用量，根据《规程》中公式5.3.3计算水泥用量如下：

m_c0＝ m_b0－m_f0 （5.3.3）

式中：m_c0 ——计算配合比每立方米混凝土中水泥用量（kg/m³）。

计算结果：

方案1：混凝土的水泥用量为271kg/m³；

方案2：混凝土的水泥用量为222kg/m³。

（五）外加剂用量

选定C30混凝土的A型减水剂掺量为1.8%，根据《规程》中公式5.2.3计算外加剂用量如下：

m_a0  ＝ m_b0×β_a（5.2.3）

式中： m_a0 ——计算配合比每立方米混凝土中外加剂用量（kg/m³）；m_b0 ——计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量（kg/m³）,计算应符合本规程5.3.1条的规定；β_a——外加剂掺量（%）,应经混凝土试验确定。

计算结果：

方案1:混凝土的外加剂单位用量为6.96kg/m³，取7.0kg/m³；

方案2:的外加剂单位用量为6.66kg/m³；取6.7kg/m³。

（六）调整用水量

外加剂固含量12%，扣除液体外加剂的水份， C30混凝土实际单位用水量计算结果为：

方案1：混凝土的调整用水量为168kg/m³；

方案2：混凝土的调整用水量为168kg/m³。

（六）计算砂率

（1）确定砂率

根据《规程》中表5.4.2的规定，初步选取坍落度60mm时砂率值为31%（插值）。随后按坍落度每增大20mm、砂率增大1％的幅度予以调整，得到坍落度180mm混凝土的砂率βs＝（180-60）/20+31%＝37%。即，计算结果：坍落度180mm的C30混凝土砂率为37%。

表5.4.2 混凝土砂率（％）

注：1 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；

2 采用人工砂配制混凝土时，砂率可适当增大；

3 只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率应适当增大。

很多情况下，会发现通过查表确定的砂率往往感觉砂率较实际偏小。砂率与混凝土工作性、骨料粒径和空隙率、砂的粗细等因素有关，通过查表确定的砂率仅仅是初步的，需要在试配中调整确定最终砂率。

（2）计算粗细骨料用量

假定C30容重2380 kg/m³，根据砂率37%，计算砂、石用量为：

方案1：混凝土的砂和石子用量分别为673kg/m³和1145kg/m³；

方案2：混凝土的砂和石子用量分别为679kg/m³和1156kg/m³。

（七）试拌配合比（共计两个方案的配合比）

综上所述，计算得到C30混凝土的试拌配合比如下表所示：

表计算试拌配合比,kg/m³

五、试配

（1）配合比调整

试拌是试配的第一步，其目的一方面是使混凝土拌合物满足施工要求，另一方面是优化外加剂、砂率和胶凝材料用量。在试拌调整过程中，要保持水胶比不变，通过调整外加剂用量和砂率时混凝土拌合物满足施工要求。

试配的第二步是在试拌的基础上进行混凝土强度试验。采取三个不同的配合比，其中一个应为上述确定的试拌配合比，另外两个配合比的水胶比宜较试拌配合比分别增加或减少0.05，用水量与试拌配合比相同，砂率可分别增加和减少1%（以上两种方案配合比调整略）。

试配的第三步是调整配合比，首先依据第二步的3个胶水比混凝土强度试验结果绘制强度和水胶比关系图，或采用插值法选用略大于试配强度的胶水比做进一步调整。

试配第四步是进行试验验证，主要试验耐久性是否符合要求。例如设计的氯离子含量、抗水渗透、抗氯离子渗透、抗冻、抗碳化和抗硫酸盐侵蚀等耐久性要求，设计中没有规定要求混凝土耐久性能可以不做验证。

（2）配合比校正

当混凝土拌合物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，调整的配合比可维持不变；当二者之差超过2％时，应将配合比中每项材料用量均乘以校正系数δ。