水泥混凝土配合比设计精讲课件.ppt
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1、1,道路建筑材料,西华大学交通与汽车工程学院交通运输系交通工程教研室,主讲教师:李慧,2,普通混凝土设计要求与主要内容 普通混凝土是由水泥、砂、粗集料和水组成的一种复合材料,组成设计是确定这些材料的质量或体积之间的比例关系,有时需要注明外加剂用量,组成设计统称为混凝土配合比设计。设计任务:根据设计目标、施工条件和原材料性质,确定出各种组成材料的用量,使混凝土在满足经济条件下达到如下性能:工作性、结构强度等级、耐久性、经济性等,水泥混凝土设计,3,普通混凝土的配合比设计,(1)配合比的定义:指的是混凝土组成材料中各组成材料(水泥、水、砂子和石子)用量之比;(2)配合比的表示方法:通常用1m3混凝
2、土各材料的质量来表示,如1m3混凝土中,水泥:300kg,水:180kg,砂子:720kg,石子:1200kg;或以各种组成材料用量的比例来表示:水泥:砂:石=1:2.4:4,水灰比为0.60,其中水泥为300kg,水泥混凝土设计,4,(3)普通混凝土设计的基本要求:,(a)满足混凝土拌合物和易性的要求;(b)满足结构要求的强度等级;(c)满足与使用环境相适应的耐久性要求(d)满足经济性要求,水泥混凝土设计,5,(1)混凝土的设计强度;(2)混凝土的耐久性设计要求;(3)结构断面尺寸及钢筋配筋情况;(4)混凝土施工方法及管理水平;(5)原材料的品种以及物理性质:水泥:水泥品种,实测强度,密度;
3、砂子:级配和粗细情况,表观密度;石子:品种(卵石或碎石)、最大粒径、表观密度;水:来源(自然水或天然水)、密度,配合比设计所需要的基本资料,水泥混凝土设计,6,(4)配合比设计的三个重要参数:(a)水灰比W/C:表示水与水泥的用量之比;(b)单位用水量:指的是1m3混凝土中水的用量(c)砂率:,水泥混凝土设计,7,水泥混凝土设计,8,普通混凝土配合比设计的方法与步骤混凝土配合比设计一般分三步:,一、初步配合比的设计:主要是利用经验公式或经验资料而获得的初步配合比;二、实验室配合比的设计:由初步配合比出发,经过实验调整,得出满足和易性要求的配合比(基准配合比);强度等要求的配合比(试验室配合比)
4、;三、施工配合比的设计:考虑砂、石的含水率,计算出满足施工要求的配合比,水泥混凝土设计,9,一、初步配合比的设计:,1,确定水灰比W/C:(1)定义:水灰比表示混凝土中水的用量与水泥用量之比;(2)影响:水灰比的大小直接影响到混凝土的强度和耐久性。(3)水灰比越小,强度越高,而且耐久性越好,但水灰比过小,则耗用水泥过多,不但提高了成本,而且在混凝土硬化过程中增大了水化热;(4)因此,确定水灰比应分别根据强度和耐久性两方面来考虑:,水泥混凝土设计,10,水泥混凝土设计,11,混凝土的配制强度:,我国目前规定,设计要求的混凝土配置强度保证率为95%,t=1.645(保证率系数),即混凝土的配置强度
5、计算公式:,水泥混凝土设计,12,如果施工企业具有25组以上混凝土设计强度历史统计资料时,可以按如下公式计算,第i组试件强度,n组试件平均强度,水泥混凝土设计,13,混凝土的配置强度计算公式:,水泥混凝土设计,14,水泥混凝土设计,15,水泥混凝土设计,16,P72 表3-10,水泥混凝土设计,17,混凝土最大水灰比和最小水泥用量的规定(JGJ552000),18,2 确定单位用水量 mwo:,单位用水量:是指1m3混凝土中水的用量;单位用水量主要控制了混凝土拌合物的流动性,而流动性主要以坍落度来表示;单位用水量的确定:应根据混凝土施工要求的坍落度和已知的粗颗粒的种类以及最大粒径Dmax查P7
6、4,表3-12可得。,水泥混凝土设计,19,塑性混凝土的单位用水量,kg,水灰比在0.400.80范围内时,根据粗集料的品种、粒径及施工要求的坍落度,按下表选取。(本表适应中砂),20,干硬性混凝土的单位用水量,kg,21,3 确定混凝土的单位水泥用量mC0:,(a)首先根据水灰比的定义:,(b)再根据结构的类型和使用的环境,查表可得混凝土的最小水泥用量;,(c)比较两者大小,取二者的最大值作为单位水泥用量mC0,水泥混凝土设计,22,4 确定混凝土的砂率,主要根据水灰比、骨料的类型(卵石或碎石)以及最大粒径确定;砂率主要通过查表法确定:查P75表3-13混凝土砂率选用表。,水泥混凝土设计,2
7、3,混凝土砂率,,24,5 确定1m3混凝土中砂、石的用量mso、mgo:两种方法:质量法和体积法,(1)质量法:也称表观密度法,就是在计算时,先假定所配置的混凝土的表观密度为一定值,然后根据水泥、水、砂和石的总质量等于表观密度乘以总体积的原理来求解砂和石的质量,即:,水泥混凝土设计,25,水泥混凝土设计,26,(2)体积法原理:假定混凝土拌合物的总体积(1m3)等于各组成材料的绝对体积以及拌合物中所含空气的体积之和.,水泥混凝土设计,27,通过上述5步,求出了单位体积(1m3)混凝土中水泥、水、砂和石的用量分别为:mco、mwo、mso和mgo,于是混凝土的初步配合比为:水泥、水、砂和石的用
8、量之比为:mco:mso:mgo,水灰比W/C=mwo:mco从初步配合比的设计步骤来看,许多参数都是通过查表或经验公式求得;因此、由初步配合比配置而成的混凝土拌合物可能达不到和易性和强度的要求;故必须进一步调整和确定配合比即进行所谓的实验室配合比设计。,水泥混凝土设计,28,实验室配合比的设计主要对初步配合比进行和易性的调整及强度的校核。,(1)和易性的调整:调整的目的:a)使和易性满足施工的要求;b)使水灰比满足强度和耐久性的要求;调整的方法及步骤:按初步配合比计算出各组成材料用量,试制15L(或25L)混凝土拌合物,配置成混凝土拌合物;测量该拌合物的流动性(坍落度法),并观察拌合物的粘聚
9、性和保水性,如不满足要求,则需进行调整配合比。,水泥混凝土设计,29,在测定混凝土拌和物的和易性时,可能存在以下四种情况:,a)流动性比要求的小:调整办法:保持W/C不变,增大水、水泥用量;b)流动性比要求的大:调整办法:保持砂率不变,增大砂、石用量;,水泥混凝土设计,30,c)砂浆不足引起粘聚性和保水性不良时:调整办法:单独增加砂的用量,适当增大砂率;d)砂浆过多引起粘聚性和保水性不良时:调整办法:单独减少砂的用量,适当降低砂率;,水泥混凝土设计,31,通过实验室反复调整,使混凝土拌合物达到和易性的要求后,测量出拌合物的实际表观密度,进而得出和易性调整合格后的配合比(基准配合比),(2)强度
10、的校核:,分别用 三个水灰比,拌制三个混凝土试样,测量其28d的抗压强度值 看是否满足强度的要求。,强度的验证公式为:,水泥混凝土设计,32,水泥混凝土设计,33,同理,实验室调整后,1m3混凝土中水的用量Wsh:,水泥混凝土设计,34,同理,实验室调整后,1m3混凝土中砂的用量Ssh:,水泥混凝土设计,35,同理,实验室调整后,1m3混凝土中石的用量Gsh:,水泥混凝土设计,36,三 施工配合比的设计,主要考虑到砂、石中含水,设砂的含水率为a%,石的含水率为b%,则施工配合比为:水泥:C=Csh;砂:S=Ssh(1+a%);石:G=Gsh(1+b%);水:W=Wsh-Ssh*a%-Gsh*b
11、%;,水泥混凝土设计,37,总结:混凝土配合比设计的基本步骤?,(2)单位用水量的确定:查表法;(3)确定单位水泥用量;(4)确定砂率:查表法;(5)确定砂石用量:工程中一般用质量法;三、实验室配合比的设计:(1)和易性的调整:取15L/25L混凝土拌合物;(2)强度校核;四、施工配合比的设计:主要考虑砂、石的含水率;,一、基本设计资料的收集;二、初步配合比的设计:(1)水灰比的确定:从强度和耐久性入手;,水泥混凝土设计,38,普通混凝土配合比设计 实例,水泥混凝土设计,39,例题 某 现浇钢筋混凝土梁,混凝土设计强度等级为C25,施工要求坍落度为(3550)mm,(混凝土由机械搅拌,机械振捣
12、),该施工单位无历史统计资料。,水泥混凝土设计,40,试求:(1)混凝土的初步配合比;(2)调整后,加入5%的水泥浆,实测表观密度为2432kg/m3,求实验室配合比?(3)砂子含水率a%=4%,石子含水率b%=1%,求混凝土的施工配合比?,水泥混凝土设计,41,水泥混凝土设计,42,(b)求满足耐久性要求的水灰比(W/C)2:,主要是根据结构的类型以及使用环境,查 表,可求:钢筋混凝土梁的最大水灰比(W/C)2=0.65,即为满足耐久性要求的水灰比;,(c)确定水灰比:,则取W/C=0.60既满足强度要求、又满足耐久性要求.,水泥混凝土设计,43,2 单位用水量mwo的确定:,单位用水量的确
13、定:应根据混凝土施工要求的坍落度(表)和已知的粗颗粒的种类以及最大粒径Dmax查表可得。本题中:坍落度:(3550)mm、碎石:Dmax=40mm,查表可得:Mwo=175kg/m3,水泥混凝土设计,44,3 确定混凝土的单位水泥用量mC0:,(a)首先根据水灰比的定义:,(b)再根据结构的类型(钢筋混凝土梁)和使用的环境(查表)可得混凝土的最小水泥用量为260kg/m3,(c)比较两者大小,取二者的最大值作为单位用水量:mC0=292kg/m3,水泥混凝土设计,45,4 确定混凝土的砂率,主要根据水灰比(0.60)、骨料的类型(碎石)以及最大粒径(40mm),查表确定混凝土砂率选用表。查表可
14、得:砂率为(3338)%,具体计算时,我们可以取=35%,水泥混凝土设计,46,5 确定1m3混凝土中砂、石的用量mso、mgo:两种方法:质量法和体积法,水泥混凝土设计,47,本题中,混凝土的设计强度为C25,则可以假定1m3混凝土的表观密度为:,已求得砂率=35%,,另外也可通过体积法确定砂、石单位体积用量;,水泥混凝土设计,48,下面用体积法确定砂、石的单位体积用量:,水泥混凝土设计,49,混凝土的初步配合比为:,用1m3混凝土各组成材料的质量来表示,本题中,水泥:292kg,水:175kg,砂子:677kg,石子:1256kg;或以各种组成材料用量的比例来表示:水泥:砂:石=1:2.3
15、2:4.30,水灰比为0.60,其中水泥为300kg,水泥混凝土设计,50,(1)按初步配合比计算出各组成材料用量,试制25L混凝土拌合物,配置成混凝土拌合物;测量拌合物的流动性(坍落度法),并观察拌合物的粘聚性和保水性;本题不满足流动性要求。(2)调整方法:保持水灰比不变,加入水泥浆;,水泥混凝土设计,51,(3)首先计算出25L混凝土拌合物需要各组分材料的用量:,水泥:(mco(292)25)/1000,得水泥用量:7.3kg;水:(mwo(175)25)/1000,得水用量:4.38kg;砂:(mso(677)25)/1000,得砂用量:16.92kg;石:(mgo(1256)25)/1
16、000,得石用量:31.4kg;调整流动性的方法:保持水灰比不变,加入5%的水泥浆调整后各材料用量如下:水泥mcb:7.3(1+5%)=7.67kg;水mwb:4.38(1+5%)=4.6kg;砂msb:16.92kg;石mgb:31.4kg;,水泥混凝土设计,52,(4)强度校核:分别用 0.55、0.60、0.65 三个水灰比,拌制三个混凝土试样,测量其28d的抗压强度值,实验可得W/C=0.60满足强度要求。,水泥混凝土设计,53,(5)计算实验室配合比1m3混凝土水泥的用量:,水泥混凝土设计,54,水泥混凝土设计,55,(6)实验室配合比为:水泥Csh:308kg,水Wsh:185kg
17、,砂子Ssh:679kg,石子Gsh:1260kg;,三、施工配合比的设计:主要考虑到砂、石中含水,已知砂的含水率为4%,石的含水率为1%,则施工配合比为:水泥:C=Csh=308kg;砂:S=Ssh(1+4%)=706kg;石:G=Gsh(1+1%)=1273kg;水:W=Wsh-Ssh a%-Gsh b%=143kg;,水泥混凝土设计,56,课题练习题,57,其他品种水泥混凝土,高性能混凝土一词是从英文High Performance Concrete(HPC)翻译过来的,是近年来一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计提出的新概念的混凝土。起初定义为具有所要求的性能和匀质性的混凝土。性能包括
18、:易于浇注、捣实而不离析;高超的、能长期保持的力学性能;早期强度高、韧性高和体积稳定性好;在恶劣的使用条件下寿命长。即:HPC要求高强度、高流动性与优异的耐久性。,听课建议采用列表法对比,58,其他品种水泥混凝土,(1)是低水胶比、掺用高效减水剂和矿物细掺料,改变了水泥石与骨料间界面结构性质,提高了混凝土的致密性;(2)高性能混凝土的制备不应该仅是水泥石本身,还应包括骨料的性能,配比的设计,混凝土的搅拌、运输、浇筑、养护以及质量控制;,高性能混凝土硬化特点:,注意:水胶比是指水与水泥加矿物细掺合料之比,59,高性能混凝土原材料:,1水泥-在选择时应考虑下述原则:(1)宜选用优质硅酸盐水泥或普通
19、硅酸盐水泥。对细度和颗粒级配要求高;(2)宜选用42.5级或更高等级的水泥。(3)应选用C3S含量高、而C3A含量低(少于8%)的水泥。一般不宜选用C3A含量高、细度细的R型水泥。(4)碱含量应与所配制的混凝土的性能要求相匹配。在含碱活性骨料应用较集中的环境下,应限制水泥的总碱含量(Na2O+0.658K2O)不超过0.6%。,60,2外加剂,(1)高效减水剂 高效减水剂的减水率应该在20%以上,有时甚至高达25%以上;常用的高效减水剂主要是三聚氰胺系、萘系和胺基磺酸盐系。目前国内高效减水剂以萘系为主,产品型号有NF、UNF、FDN、NSZ、DH、SN及NNO等。三聚氰胺系为树脂类高效减水剂,
20、产品型号有SM、JZB-1、SP401等。胺基磺酸盐系有AN3000、DFS-II等。(2)其他外加剂为了改善拌合物及硬化后混凝土的性能,也引入一些其他的外加剂,如缓凝剂、引气剂、防冻剂、泵送剂等。,61,矿物细掺合料是高性能混凝土的主要组成材料。其作用:(1)降低温升,改善工作性,增进后期强度,改善混凝土内部结构,提高耐久性,节约资源等作用。(2)某些矿物细掺合料还能起到抑制碱-骨料反应的作用。品种有:粉煤灰、矿渣等工业废渣及沸石粉、石灰粉等天然矿粉,3矿物细掺合料,62,4骨料,(1)粗骨料天然岩石一般强度都在80150MPa,因此对C40 C80高性能混凝土,最重要的不是强度,而是粒形特
21、征、品种、级配、粒径以及碱活性等。,品种:应选择质地坚硬未风化的岩石,如石灰岩、辉绿岩、玄武岩等。岩石的密度越大,吸水率越低,压碎值越小,其力学性能往往越好。,粒形与级配:石子具有良好的级配,用于填充空隙的砂浆量减少,使用碎石或碎卵石优于卵石。,63,粒径:高性能混凝土应选用粒径较小的石子。小粒径的石子,水泥浆体和单个石子界面周长和厚度都小,形成缺陷的几率小,有利于界面强度的提高。同时,粒径越小,石子本身缺陷几率越小。,高性能混凝土石子的合理的最大粒径,64,高性能混凝土的细骨料宜优先选用细度模量为2.63.2的天然河砂,同时应控制砂的级配、粒形、含杂质量和石英含量。级配曲线平滑、粒形圆、石英
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