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天津市市政工程质量检测中心

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天津市市政工程质量检测中心隶属于天津市交通科学研究院(原天津市市政工程研究院,2015年4月起更名),为独立事业法人单位,是从事市政、公路、桥梁、房建工程材料和实体的质量检测、鉴定验收、法律仲裁、技术咨询的综合性第三方专业检测服务机构。

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《普通混凝土配合比设计规程》  

2014-06-22 13:25:05|  分类: 混凝土理论知识 |  标签: |举报 |字号 订阅

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《普通混凝土配合比设计规程》

配合比计算

某高层办公楼的基础底板设计使用C30等级混凝土,采用泵送施工工艺。根据《普通混凝土配合比设计规程》(以下简称《规程》)JGJ 55的规定,其配合比计算步骤如下:

1、原材料选择

结合设计和施工要求,选择原材料并检测其主要性能指标如下:

(1)水泥

选用P.O 42.5级水泥,28d胶砂抗压强度48.6MPa,安定性合格。

(2)矿物掺合料

选用F类II级粉煤灰,细度18.2%,需水量比101%,烧失量7.2%。

选用S95级矿粉,比表面积428m2/kg,流动度比98%,28d活性指数99%。

(3)粗骨料

选用最大公称粒径为25mm的粗骨料,连续级配,含泥量1.2%,泥块含量0.5%,针片状颗粒含量8.9%。

(4)细骨料

采用当地产天然河砂,细度模数2.70,级配II区,含泥量2.0%,泥块含量0.6%。

(5)外加剂

选用北京某公司生产A型聚羧酸减水剂,减水率为25%,含固量为20%。

(6)水

选用自来水。

2、计算配制强度

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)


混凝土强度标准值

≤C20

C25~C45

C50~ C55

Σ

4.0

5.0

6.0


 

采用《规程》中公式4.0.1-1计算配制强度如下:

                        (4.0.1-1)

式中:fcu,0——混凝土配制强度(MPa);

fcu,k——混凝土立方体抗压强度标准值,这里取混凝土的设计强度等级值(MPa);

σ——混凝土强度标准差(MPa)。

 

计算结果:C30混凝土配制强度不小于38.3MPa。

3、确定水胶比

(1)矿物掺合料掺量选择(可确定3种情况,比较技术经济)

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粉煤灰掺量。

表3.0.5-1  钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量


矿物掺合料种类

水胶比

最大掺量(%)

采用硅酸盐水泥时

采用普通硅酸盐水泥时

粉煤灰

≤0.40

45

35

>0.40

40

30

粒化高炉矿渣粉

≤0.40

65

55

>0.40

55

45

钢渣粉

30

20

磷渣粉

30

20

硅灰

10

10

复合掺合料

≤0.40

65

55

>0.40

55

45


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。

综合考虑:方案1为C30混凝土的粉煤灰掺量30%。

方案2为C30混凝土的粉煤灰掺量30%,矿粉掺量10%。

方案3为C30混凝土的粉煤灰掺量25%,矿粉掺量20%。

(2)胶凝材料胶砂强度

胶凝材料胶砂强度试验应按现行国家标准《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》GB/T 17671规定执行,对3个胶凝材料进行胶砂强度试验。也可从《规程》中表5.1.3选取所选3个方案的粉煤灰或矿粉的影响系数,计算fb。

表5.1.3  粉煤灰影响系数(gf)和粒化高炉矿渣粉影响系数(gs)


掺量(%)                  种类

粉煤灰影响系数gf

粒化高炉矿渣粉影响系数gs

0

1.00

1.00

10

0.85~0.95

1.00

20

0.75~0.85

0.95~1.00

30

0.65~0.75

0.90~1.00

40

0.55~0.65

0.80~0.90

50

-

0.70~0.85


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实测掺加30%粉煤灰的胶凝材料28d胶砂强度为35.0MPa。

方案2根据表5.1.3选取粉煤灰和矿粉影响系数,计算胶凝材料28d胶砂强度fb=0.70×1.0×48.6=34.0MPa

方案3根据表5.1.3选取粉煤灰和矿粉影响系数,计算胶凝材料28d胶砂强度fb=0.75×0.98×48.6=35.7MPa

 

(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:

                 (5.1.1)

式中:  W/B——混凝土水胶比;

      aa、ab——回归系数,按本规程第5.1.2条的规定取值;

 fb——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/T 17671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aa、ab。

 

 

表5.1.2  回归系数(aa、ab)取值表

        粗骨料品种

系数

碎石

卵石

aa

0.53

0.49

ab

0.20

0.13

 

计算结果:方案1掺加30%粉煤灰时混凝土的水胶比为0.442;

方案2掺加30%粉煤灰和10%矿粉时混凝土的水胶比为0.430;

方案3掺加25%粉煤灰和20%矿粉时混凝土的水胶比为0.450。

4、计算用水量

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)


拌合物稠度

卵石最大公称粒径(mm)

碎石最大公称粒径(mm)

项目

指标

10.0

20.0

31.5

40.0

16.0

20.0

31.5

40.0

坍落度

(mm)

10~30

190

170

160

150

200

185

175

165

35~50

200

180

170

160

210

195

185

175

55~70

210

190

180

170

220

205

195

185

75~90

215

195

185

175

230

215

205

195


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5 kg/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

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:

                     (5.2.2)

 

计算结果:混凝土单位用水量为174kg/m3。

5、计算胶凝材料用量

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:

                            (5.3.1)

式中:mw0——计算配合比每立方米混凝土的用水量(kg/m3);

m′w0——未掺外加剂时推定的满足实际坍落度要求的每立方米混凝土用水量(kg/m3),以本规程表5.2.1-2中90mm坍落度的用水量为基础,按每增大20mm坍落度相应增加5 kg/m3用水量来计算;

β——外加剂的减水率(%),应经混凝土试验确定。

计算结果:方案1混凝土的胶凝材料用量为394kg/m3;

方案2混凝土的胶凝材料用量为405kg/m3;

方案3混凝土的胶凝材料用量为387kg/m3。

6、计算外加剂用量

选定C30混凝土的A型减水剂掺量为1.0%,根据《规程》中公式5.2.3计算外加剂用量如下:

                           (5.2.3)

式中: ma0 ——计算配合比每立方米混凝土中外加剂用量(kg/m3);

mb0 ——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;

βa——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3.94kg/m3;

方案2混凝土的外加剂单位用量为4.05kg/m3;

方案3混凝土的外加剂单位用量为3.87kg/m3。

7、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:

                           (5.3.2)

式中:mf0 ——计算配合比每立方米混凝土中矿物掺合料用量(kg/m3);

βf——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118kg/m3;

方案2混凝土的粉煤灰和矿粉用量分别为122kg/m3和41kg/m3。

方案3混凝土的粉煤灰和矿粉用量分别为97kg/m3和77kg/m3。

8、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:

                          (5.3.3)

式中:mc0 ——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276kg/m3;

方案2混凝土的水泥用量为243kg/m3。

方案3混凝土的水泥用量为213kg/m3。

9、计算砂率

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  混凝土的砂率(%)


水胶比

卵石最大公称粒径(mm)

碎石最大粒径(mm)

10.0

20.0

40.0

16.0

20.0

40.0

0.40

26~32

25~31

24~30

30~35

29~34

27~32

0.50

30~35

29~34

28~33

33~38

32~37

30~35

0.60

33~38

32~37

31~36

36~41

35~40

33~38

0.70

36~41

35~40

34~39

39~44

38~43

36~41


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。

10、计算粗细骨料用量

根据《规程》规定的质量法计算混凝土配合比,假定C30混凝土容重为2400kg/m3。则粗、细骨料用量应按式(5.5.1-1)计算;砂率应按式(5.5.1-2)计算:

              (5.5.1-1)

                (5.5.1-2)

式中:mg0——计算配合比每立方米混凝土的粗骨料用量(kg/m3);

ms0——计算配合比每立方米混凝土的细骨料用量(kg/m3);

βs——砂率(%);

mcp——每立方米混凝土拌合物的假定质量(kg),可取2350 kg/m3~2450 kg/m3。

计算结果:方案1混凝土的砂和石子用量分别为678kg/m3和1154kg/m3。;

方案2混凝土的砂和石子用量分别为673kg/m3和1147kg/m3。

方案3混凝土的砂和石子用量分别为680kg/m3和1158kg/m3。

11、调整用水量

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171kg/m3;

方案2混凝土的调整用水量为171kg/m3;

方案3混凝土的调整用水量为171kg/m3。

12、试拌配合比(共计3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

序号

强度等级

胶凝材料

水泥

粉煤灰

矿粉

粗骨料

细骨料

减水剂

1

C30

394

276

118

0

1154

678

3.94

171

2

C30

405

243

122

41

1147

673

4.05

171

3

C30

399

213

97

77

1158

680

3.87

171

13、技术经济比较

14、试配

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