水泥混凝土的配合比设计方法

混凝土配合比设计，实质上就是确定四项材料用量之间的三个比例关系，即水与水泥之间的比例关系用水灰比表示；砂与石子之间的比例关系用砂率表示；水泥浆与骨料之间的比例关系，可用1立方米混凝土的用水量来反映。当这三个比例关系确定，混凝土的配合比就确定了。
（一）水灰比的确定
满足强度要求的水灰比，可根据确定出的配制强度，按混凝土强度公式算出。
满足耐久性要求的水灰比，根据最大水灰比和最小水泥用量的规定查表。
根据强度和耐久性要求确定的水灰比有时是不相同的，应选取其中较小的水灰比。
（二）确定用水量
用水量参照混凝土用水量参考表进行初步估计。然后按估计的用水量试拌混凝土拌合物，测其坍落度，坍落度若不符合要求，应保持水灰比不变的情况下调整用水量，再做试验，直到符合要求为止。
（三）砂率的确定
通常确定砂率的方法，可先凭经验或经验图表进行估算，然后按初步估计的砂率拌制混凝土，进行和易性试验，通过调整确定。
十二、混凝土配合比设计的方法和步骤
配合比设计工作，一般均在实验室进行。选用干燥状态的骨料，在标准条件下制作试件和养护，这样获得的配合比称为实验室配合比。在施工现场，骨料多在露天堆放，含有水分，在这种条件下使用的配合比叫做施工配合比。
设计混凝土时，先设计实验室配合比，在根据施工现场的实际情况换算成施工配合比。
（一）初步估算配合比
1、确定配制强度fcu
fcu=fcu,k+1.645σ
式中：fcu,k——设计要求的混凝土强度等级

σ——混凝土强度标准差
-1.645——强度保证率为95%的t值
2、确定水灰比w/c
由fcu=Afc(C/W-B)
则 W/C=Afc/(fcu+A Bfc)
式中：fc——水泥实际强度

A、B——经验系数。如不通过试验，可选取以下数值：碎石：A=0.46，B=0.52；卵石：A=0.48，B=0.61
注意：为保证混凝土的耐久性，由上式计算出的水灰比应小于规范中规定的最大水灰比值。如果计算出的水灰比大于规范规定的最大水灰比，则取规定的最大水灰比值。
3、确定用水量
按施工要求的坍落度指标，凭经验选用，或根据骨料的种类和规格查表。
4、计算水泥用量
由已求得的水灰比和用水量，可计算出水泥用量。
注意：计算出的水泥用量应大于规范规定的最小水泥用量。当计算的水泥用量小于规范规定时，则选用规范规定的最小水泥用量。
5、确定合理砂率
可通过试验或凭经验选取，或者根据骨料的种类和规格，及所选用的水灰比，由表查得。
6、计算砂石用量
（1） 体积法
基于新浇筑的混凝土体积等于各组成材料绝对体积与所含空气体积之和，则：C/ρC+W/ρW+S/ρS’+G/ρG’+10a=1000
式中：C、W、S、G——分别为1立方米混凝土中水泥、水、砂和石子的质量；
ρC、ρW——水泥及水的密度；
ρS‘、ρG‘——砂及石子的表观密度；
a——混凝土中含气量百分率。无含气型外加剂时，取1。
（2） 假定体积密度法：
基于新浇筑的1立方米混凝土中各项材料质量之和等于混凝土体积密度假定值，则：C+W+S+Go=ρoh 1m3

式中： ρoh——混凝土体积密度假定值，在2400-2450千克/立方米之间。
此两种计算方法，与合理砂率的计算公式SP=S/S+G联立，均可求出初步配合比。
（二）试验调整，确定试验室配合比
上述的初步配合比，是利用图表和经验公式初步估算的，与实际情况有出入，必须
进行试验和校核。
1、检验和易性，确定基准配合比
按初步配合比，称取15-30升混凝土拌合物进行试拌，检验和易性。若流动性大于要求值，可保持砂率不
变，适当增加砂、石用量；若流动性小于要求值，可保持水灰比不变，适当增加水和水泥用量；若粘聚性和
保水性差，可适当增加砂率。和易性调整合格时，实测混凝土拌合物的体积密度ρoh，并确定调整后各项材料
的用量(水泥Cb，水Wb,砂Sb,石子Gb)，则试拌后的质量Qb为：
Qb=Cb+Wb+Sb+Gb
由此得出和易性合格后的配合比为：
CJ=Cb/Qb ρoh 1m3;
WJ=Wb/Qb ρoh 1m3;
SJ=Sb/Qbρoh 1m3;
GJ=Gb/Qbρoh 1m3;此配合比称为基准配合比。
2、检验强度，确定实验室配合比
基准配合比虽然和易性满足施工要求，但水灰比不一定满足强度要求，还要加以检验。
检验的方法是：至少采用三个不同的配合比，其中一个为基准配合比，另外两个配合比的水灰比值，较基准配合比分别增加和减少0.05，其用水量与基准配合比相同，但砂率值可作调整。
每种配合比至少做一组（3块）试件，在标准条件下养护28天，测定强度。由强度试验结果得出各水灰比的强度值，然后用作图法（绘制强度与水灰比关系的直线）或计算法，求出与混凝土配制强度相对应的灰水比。至此，即可初步确定出试验室配合比，各项材料用量为：
用水量：取基准配合比的用水量；
水泥用量：由用水量和与配制强度相对应的灰水比值确定；
粗、细骨料用量：取基准配合比的粗细骨料用量，并按确定出的水灰比值做适当调整。
以上定出的混凝土配合比，还应根据实测的混凝土体积密度再做必要的校正，其步骤为：
（1）算出混凝土的计算体积密度(即C+W+S+G)
（2）将混凝土的实测体积密度除以计算体积密度得出校正系数K
（3）定出的混凝土配合比中每项材料用量乘以系数K即为最终定出的试验室配合比
（三）换算施工配合比
经测定，工地上砂的含水率为WS，石子的含水率为WG，则施工配合比为：
水泥用量 C’=C
砂用量S’=S(1+WS)
石子用量G’=G(1+WG)
用水量W’=W-S WS-G WG

1、选用原材料，检测各种原材料是否合格；
2、确定试配强度，计算水灰比；
3、确定坍落度，确定用水量；
4、确定砂率，根据假定容重法，确定砂石用量；
5、试拌混凝土，确定各种参数，选定基准配合比；
6、根据基准配合比的水灰比上下浮动0.05的水灰比，成型试件；
7、根据28天（或56天）强度选水灰比，最终确定配合比。

1.初步配合比设计阶段，根据配制强度和设计强度相互间关系，用水灰比计算方法，水量、砂率查表方法以及砂石材料计算方法等确定计算初步配合比。
2.试验室配合比设计阶段，根据施工条件的差异和变化，材料质量的可能波动调整配合比。
3.基准配合比设计阶段，根据强度验证原理和密度修正方法，确定每立方米混凝土的材料用量。
4.施工配合比设计阶段，根据实测砂石含水率进行配合比调整，提出施工配合比。

混凝土配合比设计
混凝土配合比设计就是确定水泥、水、砂子与石子用量之间的三个比例关系，即水与水泥之间的比例关系，常用水灰比表示；砂与石子之间的比例关系；常用砂率表示；水泥浆与骨料之间的比例关系，常用单位用水量来反映。水灰比、砂率、单位用水量是混凝土配合比的三个重要参数。
混凝土配合比设计的步骤：首先正确选定原材料品种、检验原材料质量，然后按对混凝土技术要求进行初步计算，得出初步计算配合比；经试验室试拌调整，得出基准配合比；经强度复核定出试验室配合比；最后根据现场原材料实际情况(如砂、石含水等)修正试验室配合比，得出施工配合比。
(1)初步计算配合比的计算
为使混凝土的强度保证率能满足规定的要求，在设计混凝土配合比时，必须使混凝土的试配强度fcu,0高于设计强度等级fcu,k。当混凝土强度保证率要求达到95％时，fcu,0可采用下式计算：
fcu,0=fcu,k+1.645σ
式中σ为施工单位的混凝土强度标准差(MPa)。
如施工单位不具有近期的同一品种混凝土强度资料时，其混凝土强度标准差。可按表8取用。
表8 σ取值
混凝土强度等级 低于C20 C20-C35 高于C35
σ(MPa) 4.0 5.0 6.0

初步确定水灰比(W／C)，根据试配强度fcu,0按下式计算：
采用碎石时:W／C＝0.46fce／(fcu,0。+0.46•0.07• fce。)
采用卵石时:W／C＝0.48 fce／(fcu,0+0.48•0.33• fce。)
式中fce为水泥28d抗压强度实测值(MPa)。
为了保证混凝土必要的耐久性，水灰比还不得大于表9中规定的最大水灰比值,若计算所得的水灰比大于规定的最大水灰比值时，应取规定的最大水灰比值。

表9 混凝土的最大水灰比和最小水泥用量
环境条件 结构类型 最大水灰比 最小水泥用量（kg）
素混凝土 钢筋混凝土 预应力混凝土 素混凝土 钢筋混凝土 预应力混凝土
干燥环境 正常居住和办公用室内部件 不作规定 0.65 0.60 200 260 300
潮湿环境 无冻害 高湿度室内部件
室外部件
在非侵蚀性土和（或）水中部件 0.70 0.60 0.60 225 280 300
有冻害 经受冻害的室外部件
在非侵蚀性土和（或）水中且经受冻害的部件
高湿度且经受冻害的室内部件 0.55 0.55 0.55 250 280 300
有冻害和除水剂的潮湿环境 经受冻害和除水剂作用的室内和室外部件 0.50 0.50 0.50 300 300 300
选取每1m3混凝土的用水量(W0)。用水量主要根据所要求的坍落度值及骨料种类、规格来选择。根据施工条件选用适宜的坍落度；并按表l0-3-3选定每1 m3混凝土用水量。
计算单位水泥用量C0，根据已选定的每1m3混凝土用水量W0和得出的水灰比(W／C)值，可求出水泥用量C0：

为保证混凝土的耐久性，由上式计算得出的水泥用量，还要满足表10-3-6中规定的最小水泥用量的要求。需注意，高强混凝土的水泥用量不应大于550kg／m3；水泥和矿物掺合料的总量不应大于600kg／m3。
选用合理的砂率值(Sp)，合理的砂率值主要应根据混凝土拌合物的坍落度；黏聚性及保水性等特征来确定。一般应通过试验找出合理砂率。如无使用经验，则可按骨料的种类、规格及混凝土的水灰比，参照表10-3-4选用合理砂率值。
计算粗、细骨料的用量G0、So，可用绝对体积法或假定表观密度法求得。
①绝对体积法。假定混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌合物中所含空气的体积之总和，则有：

式中C0、G0、S0、W0分别为lm3混凝土的水泥用量、石子用量、砂用量、水用量(kg)；ρ0、ρ0g、ρ0s、ρw分别为水泥密度、石子表观密度、砂表观密度、水的密度(kg／m3)；α为混凝土含气量百分数(％)，在不使用含气型外加剂时，α可取为1：Sp为砂率(％)。
②假定表观密度法。根据经验，如果原材料情况比较稳定，所配制的混凝土拌合物的表观密度将接近一个固定值，这样就可先假设一个混凝土拌合物表观密度内ρ0h (kg／m3)，则有：
C0+G0+S0+W0=ρ0h

ρ0h可根据积累的试验资料确定，在无资料时可根据资料的表观密度、粒径以及混凝土强度等级，在2400kg／m3～2500kg／m3的范围内选取。
通过以上步骤，可将水泥、水、砂和石子用量全部求出，得到初步计算配合比。
(2)基准配合比的确定
因为以上求出的各材料用量不一定能够符合实际情况，故必须过试拌调整、直到混凝土拌合物的和易性符合要求为止，然后提出供检验混凝土强度用的基准配合比。当试拌调整工作完成后，应测出混凝土拌合物的实际表观密度(ρ0h)。
(3)试验室配合比的确定
经过和易性调整试验得出的混凝土基准配合比，其水灰比值不一定选用恰当、其结果是强度不一定符合要求，所以应检验混凝土的强度。一般采用三个不同的配合比，其中一个为基准配合比，另外两个配合比的水灰比值，应较基准配合比分别增加及减少0.05，其用水量应该与基准配合比相同，但砂率可作适当调整。每个配合比制作一组试件，标准养护28d试压(在制作混凝土强度试块时，尚需检验混凝土拌合物的和易性及测定表