理论配合比设计

目录

一、课程设计的要求与条件…………………………………………………02 1、已知参数和设计要求…………………………………………………02 2、材料要求………………………………………………………………02 3、组员及任务分配………………………………………………………0错误！未定义书签。

二、理论配合比设计与计算…………………………………………………0错误！未定义书签。

1、C50基准混凝土理论配合比计算……………………………………01 2、C 50泵送粉煤灰混凝土理论配合比设计……………………………07 三、理论配合比设计结果……………………………………………………错误！未定义书签。

四、实验室试配配合比设计与试配后拌合物性能测试结果………………9 1、C50基准混凝土实验室试配配合比设计计算………………………9 2、C50粉煤灰泵送混凝土实验室试配配合比设计计算………………10 3、试配后拌合物性能测试结果…………………………………………11 五、强度测试原始记录与强度结果的确定…………………………………13 一、7d强度测试…………………………………………………………13

二、28d强度测试…………………………………………………………错误！未定义书签。

六、课程设计小结……………………………………………………………16

一、课程设计的要求与条件

1、已知参数和设计要求：

某工程需要C50商品混凝土，用于现浇钢筋混凝土梁柱。施工采用泵送方式（管径φ100），施工气温15～25℃。要求出机坍落度为190±30 mm，而且2 h坍落度损失不大于30 mm。为使混凝土有良好的可泵性并节约水泥，要求掺适量的优质粉煤灰。

2、材料要求

A、水 泥： 重庆拉法基水泥厂P·O 42.5R，fce=50.2MPa，ρc=3.10（g/cm3），堆积密度1560kg/m3；

B、细骨料：①特细砂Mx=0.98，ρs1=2.69（g/cm3），堆积密度1380kg/m3，含泥量1.4%，含水率7%；

②机制砂Mx=2.9，ρs2=2.70（g/cm3），堆积密度1530kg/m3，含粉量14%；

C、粗骨料：①石灰岩碎石 5～10，ρg=2.67（g/cm3），堆积密度1380kg/m3，含泥量0.7%；

②石灰岩碎石 10～25，ρg=2.67（g/cm3），堆积密度1400kg/m3，含泥量0.7%；

D、外加剂：聚羧酸缓凝高效减水剂（PCA-R），含固量23%，减水率29.5%，掺量1.5%

E、掺合料：Ⅱ级粉煤灰，ρF=2.42（g/cm3），细度22%，需水量比99%，烧失量4.72%，掺量8%~12%； F、拌合水：自来水。

二、理论配合比设计

1、C50基准混凝土理论配合比计算 （1）确定配制强度fcu,0

混凝土配制强度fcu,0的计算公式：fcu,0fcu,k1.645 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(MPa) σ——混凝土强度标准差(MPa)

由于无统计资料计算混凝土强度标准差，其值按现行国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204）的规定取用。而所要求设计的混凝土等级C50级在C50～C60级范围内，则取σ=6.0MPa， 由所设要求的混凝土等级为C50级可知fcu,k =50PMPa，由

fcu,0fcu,k1.645可知：

fcu,0fcu,k1.645501.6456.059.87MPa

（2）确定水灰比W/C

由所给材料情况中水泥为重庆拉法基水泥的P•O 42.5R，fce=50.2MPa，ρc=3.10（g/cm3），堆积密度1560kg/m3；

而所要要求配制的基准混凝土强度等级为C50级小于C60级时，混凝土水灰比应按下式计算公式：

W/Cαafcebfcu,0αaαfce

式中：αa 、αb——回归系数；fce——水泥28d抗压强度实测值，MPa 根据重庆地区所使用的水泥、集料，回归系数αa=0.482、αb=0.269。

混凝土强度等级为C50＜C60,其混凝土水灰比为：

W/Cafce0.48250.2fcu,0abfce59.870.48250.20.3645

取W/C=0.36

（3） 确定单位用水量 mw0 所给材料情况：普通自来水

设计要求：出机坍落度为190±30 mm，且2 h坍落度损失不大于30 mm。且碎石的最大粒径为25mm

图1 表4.2 塑性混凝土的用水量

表4.2用水量系采用中砂时的平均值，则细骨料中特细砂和机制砂配合后，其细度模数应该在（2.3 , 3.0）范围内。常用特细砂与机制砂的比例为3:7或5:5.

当特细砂：机制砂=5:5时，Mx0.980.52.90.5不符合要求，舍弃。

当特细砂：机制砂=3:7时，Mx符合要求。

1.94(2.3,3.0)，

0.980.32.90.72.32(2.3,3.0)，

∴选定渠河砂与歌乐山机制砂按质量比为3:7配制细骨料，此时即可得到中砂。

由于要求坍落度为19±3cm ，则按照《混凝土工程与技术》课本P79表4.2（如上图图1所示）选取基准坍落度为90mm为基础，当石灰岩碎石5～25mm，即最大粒径为25mm时, 单位立方米用水量mw为:

mw1 =200kg

（4） 确定每立方米混凝土的水泥用量mc0

mc0mwa0W/C2000.36555kg，

结合摘自JCJ/T 55—96的图2可知，水灰比W/C=0.36和水泥用量mc0=555kg满足要求。

图2 混凝土的最大水灰比和最小水泥用量

（5）确定粗集料单位立方米用量mg0和细集料单位立方米用量ms0

《机制砂,混合砂混凝土应用技术规程》中表5.0.3 混合砂混凝土砂率(%) 碎石最大粒径(mm) 水灰比(W/C) 16 20 40 0.35 0.45 0.55

26-31 29-34 32-37

25-30 28-33 31-36

23-28 26-31 29-34

0.65 34-39 33-38 31-37 注:1,只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时,砂率应适当增大, 2,对薄壁构件,砂率取偏大值.

混合砂作细骨料配制抗渗混凝土和泵送混凝土时,砂率宜控制在30～38%之间。由插入法有：

30%s0202530%28%2040 即得：s029.5%

混合砂大流动性,泵送混凝土砂率,可取上表的上限,以坍落度为60mm为基准，经试验,根据混凝土拌合物的坍落度按每增加20mm,砂率增加1%予以调整，则：

s29.5%19060201%36%

由mc0mw0ms0mg00.01cwsg4503.11621ms012.69ms022.70mg02.671，1可知：

1011000，sms01ms02ms01ms02mg036% ， 而

且ms01: ms02=3:7

∴细骨料的单位立方米质量为ms01=176.8kg,ms02=413.2kg,为实验时称量方便近似取整为ms01=177kg,ms02=413kg,ms0=590kg。细集料密度为：s0.3s10.7s20.32.690.72.702.697g/cm3。粗骨料的单位

立方米质量为mg0 =1041kg，粗骨料中大小石子按65%：35%分，则小石子为mg0 1=366.6kg,mg0 3=682.4kg，为实验时称量方便近似取整为mg01=367kg,mg03=682kg。

实际用砂量：ms01=177/（1-0.007）=178kg,实际用水量：

mwmw1ms017%2001787%187.54kg

即mcp=2394kg/m3，满足每立方米质量在2350~2450kg的条件。

综上所述，C50基准混凝土理论配合比设计如下表：

材料名称 水泥 177 细骨料 特细砂 每m3用量 555 /kg 质量比

机制砂 粗骨料/ mm 小石子 大石子 367 682 水 外加剂 粉煤灰 其他 200 0.36 / / / / / / 413 1.063 1．000 1.890 2、C50泵送粉煤灰混凝土理论配合比设计

根据粉煤灰混凝土配合比设计规范， C50泵送粉煤灰混凝土理论配合比设计是在C50基准混凝土理论配合比基础上进行设计计算的。 确定粉煤灰单位立方米用量mf

所给材料情况：掺合料：Ⅱ级粉煤灰，细度22.0%，需水量比102%。烧失量4.72%,掺量8%~12%。

暂取取代率f=10%，则C50泵送粉煤灰混凝土中水泥单位立方米用量mcf为： mcfmc0(1f)555(110%)499.5kg。

为实验时称量方便近似取整为:mcf=500kg

而其中取代水泥的粉煤灰是按超量取代法添加的，在GBJ 146—90中夜对粉煤灰的超量系数有如下规定：

图3 粉煤灰的超量系数

则超量系数K范围为1.3～1.7，在此暂取K =1.5进行计算。 所以，所要求设计的C50泵送粉煤灰混凝土中粉煤灰单位立方米用量mf为：mfKmc0f1.555510%83.25kg。

则超量粉煤灰的质量为mfe为：

mfe(K1)mc0f(1.51)55510%27.75kg

此时，减水剂的量为：（500+83.25）×1.5%=8.75kg (7)确定添加粉煤灰后骨料的单位立方米用量mse a、添加粉煤灰后细骨料的单位立方米用量mse为：

msemsmsfsF59027.752.6972.42559.1kg

特细砂和机制砂按照质量比为mse1: mse2 =3:7来配制试验用细骨料，

mse1=167.7kg,mse2=391.4kg。 为实验方便，近似取: mse1=168kg,mse2=391kg。

b、添加粉煤灰后粗骨料的单位立方米用量仍与C50基准混凝土理论配合比计算中粗骨料的单位立方米用量相同，分配比例也相同，则小石子为mg0 1=367kg,mg0 3=682kg。

实际用砂量：ms01=168/（1-0.07）=169kg,实际用水量：

mwmw1(ms017%)8.75(123%)200-11.76-6.5625181.7kg

即mcp=2399kg/m3，满足每立方米质量在2350~2450kg的条件。

综上所述，C50掺粉煤灰混凝土理论配合比设计如下表：

材料名称 水泥 167 细骨料 特细砂 每m3用量 500 /kg 质量比 1．000 机制砂 粗骨料/ mm 小石子 大石子 367 682 水 外加剂 粉煤灰 其他 200 8.75 83.25 / / 391 1.116 2.098 0.4 0.018 0.167 三、理论配合比设计结果

综合以上配合比设计结果，C50基准混凝土理论配合比和C50泵送粉煤灰混凝土理论配合比如下表：

细骨料 粗骨料 材料名称 水泥 水 外加剂 粉煤灰 特细砂 机制砂 小石子 大石子 C50基准 每m3用量（kg） 555 177 413 367 682 200 / / 混凝土 质量比 1.000 1.063 1.890 0.36 / / C50泵送粉 每m3用量（kg） 500 167 391 367 682 200 8.75 83.25 煤灰混凝土 质量比 1.000 1.116 2.098 0.4 0.018 0.167 / / / / / 四、实验室试配配合比设计与试配后拌合物性能测试结果

适配环境：重庆大学材料学院工艺实验室于2011年11月29日下午

实验所用仪器：小电子秤：最大量程100Kg最小量程400g，精度为20g；大电子称：最大量程150Kg最小量程1Kg，精度为50g；振动

；

台 1m2；模具用的是100mm×100mm×100mm的三联模。

1、C50基准混凝土实验室试配配合比设计计算 综上所述，C50基准混凝土理论配合比设计如下表：

材料名称 水泥 177 细骨料 特细砂 每m3用量 555 /kg 质量比 1．000 机制砂 粗骨料/ mm 小石子 大石子 367 682 水 外加剂 粉煤灰 其他 200 0.36 / / / / / / 413 1.063 1.890 实验室材料含水情况：特细砂含水率7%。

调整后单位用水量=原单位用水量-原单位特细砂用量×含水率

=200-177×7%=187.54㎏

实验室用粗骨料由大碎石和小碎石按65:35的比例配合而成，因含水率的影响调整后C50基准混凝土实验室试配配合比如下：

材料名称 水泥 细骨料 特细砂 每m3用量/kg 555 质量比 1．000 177 机制砂 粗骨料/ mm 小石子40% 大石子60% 水 外加剂 粉煤灰 其他 187.54 0.338 1.87 / / / / / / / / / 413 367 1.890 3.67 682 1.063 1.77 4．13 10L用量（㎏） 5.55 6.82 实验时,在搅拌过程中发现拌合物太干不能满足坍落度4～6cm的要求,因此在实验过程中额外加了0.18kg水(实际情况应该是按照水灰比W/C=0.36按比例加入水泥和水搅拌后的水泥浆，为赶时间，由老师指导直接单纯添加了水)。因此实际用的配合比为：

材料名称 水泥 细骨料 粗骨料 水 外加剂 粉煤灰 其他 特细砂 每m3用量/kg 质量比 10L用量（㎏） 555 1．000 5.55 177 机制砂 小石子 大石子 413 367 682 205.54 0.369 2.05 / / / / / / / / / 1.063 1.77 1.890 6.82 4．13 3.67 2、C50粉煤灰泵送混凝土实验室试配配合比设计计算 综上所述，C50掺粉煤灰混凝土理论配合比设计如下表：

材料名称 水泥 167 细骨料 特细砂 每m3用量 500 /kg 质量比 1．000 机制砂 粗骨料/ mm 小石子 大石子 367 682 水 外加剂 粉煤灰 其他 200 8.75 83.25 / / 391 1.116 2.098 0.4 0.018 0.167

实验室材料含水情况：特细砂含水率7%。

调整后单位用水量=原单位用水量-原单位特细砂用量×含水率-减水剂中的水=200-177×7%-8.75×（1-23%）=180.8㎏

实验室用粗骨料由大碎石和小碎石按65:35的比例配合而成，因含水率的影响调整后C50泵送粉煤灰混凝土实验室试配配合比如下：

材料名称 水泥 细骨料 特细砂 每m3用量/kg 500 质量比 1．000 167 机制砂 粗骨料/ mm 小石子40% 大石子60% 水 外加剂 粉煤灰 其他 180.8 8.75 83.25 0.361 0.018 0.167 1.80 0.0875 0.08325 / / / 391 367 2.098 3.63 682 1.116 1.67 3.91 10L用量（㎏） 5.00 6.82 3、试配后拌合物性能测试结果 （1）坍落度和扩展度

宏观均无离析泌水现象。坍落度和扩展度的数据记录：

项目 基准混凝土/mm 粉煤灰混凝土/mm

（2）混凝土拌合物的表观密度

坍落度 50 230 扩展度 —— 640/620 混凝土的表观密度测试的数据记录：

项目 基准混凝土/kg 粉煤灰混凝土/kg ｍ１ 玻璃板+容量 m2 玻璃板+容量+水 m3 玻璃板+容量+混凝土 2.42 2.42 07.50 7.50 m3m1m2m114.56 14.76 拌合料的表观密度实测值： ×103kg/m3）

w（水的密度为ρw=1.0

A、C50基准混凝土拌合料的表观密度实测值为

c,tm3m1m2m1w14.562.427.502.4210002390kg/m

3

实际混凝土的体积：

555／3100＋590／2697＋1049／2700＋205／1000＋0.01=1.001 表观密度计算值：

ρc,c =﹙555＋590＋1049＋200﹚／1.001＝2392㎏/m3 ︱ρc,t-ρc,c︱/ρc,c×100%=︱2390-2392︱/2392×100%=0.084% 基准混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值没有超过计算值的2%。

B、C50粉煤灰泵送混凝土拌合料的表观密度实测值为

c,tm3-m1m2-m1w14.762.427.502.4210002427kg/m3

实际C50粉煤灰泵送混凝土的体积为：

83.75/2420+500/3100+558/2697+1049/2700+180/1000+0.01=0.9813 表观密度计算值： ρ

c,c

=﹙83.75＋500＋1049＋558+180﹚／0.9813＝2416㎏/ m3

c,t

︱ρ-ρ

c,c

︱/ρ

c,c

×100%=︱2427-2416︱/2416 ×100%=0.46%

C50粉煤灰泵送混凝土的表观密度实测值与计算值之差的绝对值没有超过计算值的2%。

综上所述，计算得：

基准混凝土的表观密度为2390kg/m3： 粉煤灰混凝土的表观密度为2427kg/m3

五、强度测试原始记录与强度结果的确定

试件成型日期：2011年11月29日 试件拆模日期：2011年11月30日 7d 测强日期：2011年12月06日 28d测强日期：2011年12月27日

本次试验采用的是100mm×100mm×100mm的立方体试件 强度计算：混凝土立方体抗压强度计算公式: P=式中P— 混凝土立方体试件抗压强度(MPa) ;

F— 试件破坏荷载(N);A— 试件承压面积(mm2). 对于非标准的试件要乘以折算系数K：

FA

100mm立方体试件抗压强度折算系数K

fcu（MPa） ≤55 56～65 66～75 强度折算系数 K 0.95 0.94 0.93 fcu（MPa） 76～85 86～95 ≥96 强度折算系数 K 0.92 0.91 0.90 一、7d强度测试

强度测试环境：重庆大学建筑材料性能实验室于2011年12月6日混凝土的表面情况：基准混凝土的表面更灰暗，掺了粉煤灰的则显得更灰白

强度测试仪器：压力机 最大量程200t，精度0.5t

在试验过程中应连续均匀地加荷，混凝土强度等级< C30时，加荷速度取每秒钟0.3一0.5MPa;混凝土强度等级>C30且C60时，取每秒钟0.8-1.OMPa。

实验过程：在实验过程中，加压速度大于0.8MPa，所测的实验数据应该偏大

项 目 C50基准混凝土/kN 折算前 C50基折算后 准混凝土强度平均值 /MPa 相对误差% C50粉煤灰泵送混凝土/kN 折算前 C50粉折算后 煤灰泵平均值 送 相对误差 7d抗压强度的数据记录 1 2 420 420 42.0 42.0 39.9 39.9 39.4 1.27 1.27 445 440 44.5 44.0 42.3 41.8 41.2 2.66 1.46 3 405 40.5 38.5 2.28 415 41.5 39.4 4.37 混凝土立方体抗压强度计算应精确至0.1MPa。

计算时以三个试件的折算后的强度平均值作为该组试件的强度实验结果。三个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15%时，则把最大及最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值;如最大值和最小值与中间值的差均超过中间值的15%，则该组试件的试验结果无效。

按上所诉内容可计算并验证7d混凝土抗压强度的值（折算后的值）：

基准混凝土的强度为：39.4MPa

粉煤灰泵送混凝土的强度值为：41.2MPa

二、28d强度测试

强度测试环境：重庆大学建筑材料性能实验室于2011年12月6日混凝土的表面情况：基准混凝土的表面更灰暗，掺了粉煤灰的则显得更灰白

强度测试仪器：压力机 最大量程200t，精度0.5t

在试验过程中应连续均匀地加荷，混凝土强度等级< C30时，加荷速度取每秒钟0.3一0.5MPa;混凝土强度等级>C30且C60时，取每秒钟0.8-1.OMPa。

实验过程：在实验过程中，加压速度大于0.8MPa，所测的实验数据应该偏大。

项 目 C50基准混凝土/kN C50基折算前 28d抗压强度的数据记录 1 2 430 461 43.0 46.1 3 480 48.0 准混凝土强度/MPa 折算后 平均值 相对误差% C50粉煤灰泵送混凝土/kN 折算前 C50粉折算后 煤灰泵平均值 送 相对误差 40.9 0.9 505 50.5 48.0 1.8 43.8 43.4 6.2 525 52.5 50.0 49.6 5.8 45.6 10.6 535 53.5 50.8 7.9 混凝土立方体抗压强度计算应精确至0.1MPa。

计算时以三个试件的折算后的强度平均值作为该组试件的强度实验结果。三个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15%时，则把最大及最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值;如最大值和最小值与中间值的差均超过中间值的15%，则该组试件的试验结果无效。

按上所诉内容可计算并验证7d混凝土抗压强度的值（折算后的值）：

基准混凝土的强度为：43.4MPa

粉煤灰泵送混凝土的强度值为：49.6MPa

六、课程设计小结

1、数据分析：