现代混凝土配合比设计——全计算法
北京工业大学陈建奎
[摘要]：传统混凝土配合比设计方法(如绝对体积法和假定容重法)是以强度为基础的半定量计算方法，不能全面满足现代混凝土的性能要求。现代混凝土配合比全计算设计方法是以工作性、强度和耐久性为基础建立数学模型, 通过严格的数学推导得到混凝土的用水量和砂率的计算公式，并且将此二式与水灰(胶)比定则相结合能计算出混凝土各组份(包括：水泥、细掺料、砂、石、含气量，用水量和超塑化剂掺量等)之间的定量关系和用量。这项研究成果是混凝土配合比上一次大的改进。由于模型的普遍适用性，全计算法不仅用于高性能混凝土的配比设计, 而目还能用于流态混凝土、高强混凝土、泵送混凝土、自密实混凝土、商品混凝土以及防渗抗裂混凝土等现代混凝土的配合比设计。
[关键词]：配合比、全计算法、高性能混凝土、流态混凝土。
(一)高性能混凝上配合比全计算法设计
高性能混凝土(HPC)与高强混凝土(HSC)和流态混凝土(FLC)最显著的差别是混凝土配合比综合考虑工作性、强度和耐久性。其配合比设计的基本原则是：
(1) 满足工作性的情况下，用水量要小；
(2) 满足强度的情况下．水泥用量少，细掺料多掺；
(3) 材料组成及其用量合理，满足耐久性及特殊性能要求；
(4) 掺多功能复合超塑化剂(CSP)，改善和提高混凝土的多种性能。
因此，HPC的配合比设计比HSC和FLC更为严格合理。图-1表示各种类型的混凝土配合比分区范围，无论采取什么方法设计，HSC,FLC和PLC(塑性混凝上)的配合比在一个范围之内，而HPC在AB线附近。由此证明HPC的配合比设计必须严格，精确和合理。
图1 混凝土配合比组成图
(AB线－HPC)
一.强度与水灰(胶) 比的关系
混凝土配合比设计是混凝土材料科学中最基本而又最重要的一个问题。早在1919年Duff Abrams (D．艾布拉姆斯)就发表了混凝土强度的水灰比定则：”对于一定材料，强度仅取决于一个因素，即水灰比"。这一定则可以用下列公式表示：
式中: σc—一定龄期的抗压强度，a—经验常数，一般取925kg/m3
b一取决于水泥的种类，可取4左右。
强度与W/C成反比的这种观点仍然是大多数配合比设计方法的基础。后人为简化计算，取水胶比倒数，导出近似的直线公式：
式中：fcu.p—混凝土的配制强度
fce —水泥的实测强度
C/W 一灰水比(或胶水比)
A、B一回归系数。
表-1 A、B的取值
该式成为混凝土配合比设计中计算强度的基础。近80年来混凝土配合比设计方法也几经发展，到目前为止，最为常用的两种方法是绝对体积法和假定容重法。这两种方法都是以强度为基础的半定量设计方法。
二.混凝土的普适体积模型
混凝土是多相聚集，其组分包括：水泥、矿物细掺料、砂：石子、水、空气和外加剂等。我们的基本观点如下：
(1) 混凝土各组成材料(包括固、气、液三相)具有体积加和性，
(2) 石子间的空隙由干砂浆来填充，
(3) 干砂浆的空隙由水来填充，
(4) 千砂浆由水泥、细掺料、砂和空气所组成。
根据以上观点，混凝土普适体积模型建立如图-2。
图1 混凝土的普适体积模型
三.两个基本公式的数学推导
1.砂率计算公式
根据混凝土的普适体积模型(图-2)可知：
浆体体积Ve = W+Vc+Vf+Va (1)
集料体积Vs + Vg = 1000一Ve (2)
干砂浆体积Ves = Vc+Vf+Vs+Va (3)
式中：Ve—浆体体积(l/m3)
Ves—干砂浆体积(l/m3)
W—水的体积(l/m3或用水量kg/m3)
Vc、Vf、Va、Vs和Vg—分别表示水泥、细掺料(如FA)、空气、砂子和石子的体积(l/m3)
由式(3)得：Vs = Ves一(Vc+Vf + Va) (4)
由式(1)得：Vc + Vf + Va = Ve一W (5)
将式(5)代人式(4) 得：Vs = Ves—Ve + W (6)
则砂子重量：S =(Ves一Ve + W)·ρs(7)
式中，S一砂子用量(kg/m3), ρs 一砂的视密度(kg/m3)
由式(2)得：Vg = 1000一Vs一Ve (8)
将式(6)代入式(8)得：Vg = 1000—Ves—W (9)
则石子重量：G = (1000—Ves一W)·ρg(10)
式中，G一石子用量(kg/m3), ρg —石子的视密度(kg/m3 )
砂率：
将式(8)和(10)代入式(11)中得：
这是砂率计算的通式。
当ρs ≈ρg时(即ρs= 2.65 , ρg=2.70 )，式(12)简化为：
由此式(13)表明，混凝土的砂率随用水量的增加而增加，随胶凝材料的增加而减小。
根据美国P．K．Mehta和P．C．Aitcin教授的观点，要使HPC同时达到最佳的施工和易性和强度性能，其水泥浆与骨料的体积比应为35：65，故对HPC，可取Ve =350l/m3，集料体积Vs+Vg =650l/m3。
2.干砂浆体积的确定
对于一定粒径的碎石，视密度为ρo，堆密度为ρb与石子空隙率(P)的关系为：
根据图-2普适体模型的观点(2)：石子的空隙由干砂浆来填充。当单位体积的混凝土中，石子间的孔隙正好被干砂浆填满时，则得干砂浆体积为：
式(15)是计算干砂浆体积的通式，可以通过实测石子视密度ρo和堆密度ρb精确计算。通常最大粒径
25mm的碎石ρ=2.70、ρ=1.55，则干砂浆体积为：
通常、石子粒径越大，比表面积越小，因此干砂浆体积越小。通过相关计算得到干砂浆体积与石子最大粒径的关系列入表-2中。
表-2 石子最大粒径与Ves (l/m3)的关系
当配制HPC时，采用最大粒径得到HPC的砂率19mm碎石，中砂(Mx =2.60～2.80)，Ves=450 l/m3，同时Ve =350l/m3，Vs+Vg = 650ll/m3 (Metha观点)，代入式(9)得到：
当石子最大粒径25mm时：
当石子最大粒径31.5mm时：
3．用水量计算公式
根据水灰(胶)比定则：
式中：(C+F)/W—胶水比，C、F、—分别为水泥、细掺料的用量(kg/m3)
将式(20)与式(1)解联立方程，可求出用水量与配制强度的关系。
假设细掺料在胶凝材料中的体积掺量为X，即水泥与细掺料体积之比为(1一X)：X，则有：
这是掺加各种不同数量细掺料时单方混凝土用水量的计算通式, 式中ρc=3.15, ρf=2.51分别为水泥、细掺料的密度。
当x=0时，即无细粉料时，
式中：W/B —水胶比
当x = 25%时，即水泥与细掺料(如粉煤灰、矿渣)的体积比为75：25时得到：
式(21)中的系数1/ ((1－x)ρc + xρf) 的大小与细掺料的体积掺量x有关，计算表明x的变化对此系数影响不大(见表11-10)。因此、在一般计算时采用公式(23)，即系数为"0.335"。当细掺料的密度与设定值相差较大时，可用公式(21)进行精确计算用水量。
表-3 x对系数的影响
公式(21)、(22)和(23)表明：
(1) 混凝土的用水量取决于强度和水胶比，混凝土强度越高，水胶比越小，则用水量越少;
(2) 矿物细掺料的品种(密度不同)和掺量影响混凝土的用水量;
(3) 引气量越大，混凝土用水量越少。
四. HPC配合比设计步骤
现代混凝土由水泥、矿物细掺料、砂、石子、水和超塑化剂等多种成分按严格的比例关系组成，传统配合比设计方法不可能得到优化的配合比，而"全计算法"在设定条件下能精确计算出每个组分的用量和相互比例。HPC配合比全计算法设计步骤如下：
1. 配制强度
fcu.p =≥fcu.o +1-645σ
2. 水胶比：
3. 用水量：
4. 胶凝材料的用量：
C = (1－α) Q
F = αQ
式中：Q－胶凝材料用量(kg/m3 )
α－细掺料的掺量(%)
5.砂率及集料用量：
S = (D－W－C－F)× SP (kg/m3)
G = D－W－C－F－S (kg/m3)
式中：D－混凝土容重((kg/m3)
6. 复合超塑化剂CSP)掺量
7. 试配和配合比调整
在以上混凝土配合比设计中，配制强度、水胶比、用水量、胶凝材料组成与用量、砂率及粗细集料用量、超塑化剂等均可以通过公式计算而定量确定，最终确定混凝土配合比，故称之为全计算配合比设计．当然，在计算中也涉及到个别参数的取值问题，如对某特定混凝土，水泥浆体体积Ve和干砂浆体积Ves的取值，但这些取值都有比较成熟的研究结果．与传统的配比设计中大量参数经过查表取值的经验方法比较，其科学性与定量性大大提高．
值得指出的是在用水量W公式中涉及到两个参数，气体体积。和胶凝材料中超细粉掺合料体积分数·同时给出了超塑化剂掺量的计算公式．超塑化剂CSP和超细粉(掺量)在设计中均得以体现，这是以高耐久性
为特征的HPC的必要组成材料．另外Va气体体积分数为引气混凝土特征项，成为引气型高耐久性混凝土．当然，混凝土耐久性是一个非常复杂的问题，涉及很多方面，除上述各方面外，还有诸如碱集料反应，抗硫酸盐侵蚀等，这只须在配合比设计时同时对组成材料化学成分加以关注即可．
将配制强度60—130 MPa计算配合比例人表-4中．
表 4 HPC配合比计算结果
表5 HPC计算配合比与美国HPC配合比对比
表-5是将作者提出的全计算方法得到的HPC配合比与美国资料中HPC的配合比进行对比．由此看出，由水胶比计算用水量与美国资料中的统计用水量完全一致．两种方法得到的砂率相差不大，总的规律是相似的，即砂率随用水量的减小而减小．强度等级划分和抗压强度值有差别．这是由于标准不同和抗压强度测定方法不同，美国采用园柱形试体，中国采用立方体试体．但是抗压强度与水胶比关系是相同的．综上所述可得出结论：
(1)在国内外首次建立了普遍适用的混凝土体积模型, 以此为基础推导求得了两个重要的基本关系式,
用水量公式和砂率计算公式。这两个公式揭示了混凝土组成材料内在的客观规律和必然联系，成为HPC混凝土全计算配合比设计的基础．它使得HPC混凝土配合比设计从半定量走向定量、从经验走向科学，是混凝土配合比设计上一较大的改进．
(2)由于模型的普遍适用性，这两个基本关系式及全计算配合比设计方法不仅适用于高性能混凝土，也适用于普通混凝土、高强混凝土、流态混凝土及其它混凝土．
(3)用本方法设计的HPC配合比与美国资料中的HPC统计配合比总体上完全一致．本技术在北京、广州、深圳、珠海、厦门、济南、浙江等地试用，效果良好，大大降低了试验工作量，提高了工作效率及可靠性，受到质检站、混凝土公司工程技术人员的普遍欢迎．
(二) 流态混凝土的配合比全计算法设计
高性能混凝土(HPC)配合比全计算设计法的基础是根据HPC的体积模型，通过数学推导得出的用水量和砂率计算公式，并将此二式与水灰比(水胶比)定则相结合就能实现混凝土配合比全计算设计。全计算法不仅适用于HPC，而且还能用于流态混凝土(FLC)、泵送混凝土的配合比设计。
一 . 两个公式的物理意义
1.用水量计算公式
此式表示：(1) 用水量随着水胶比的减小(或强度增大)而减少;
(2).水胶比不变(或强度不变)时，减小Ve可降低用水量,但是Ve太小会影响新拌混凝土的工作性;
(3) 掺引气剂(即增加Va)可减少用水量。
2.砂率计算公式
此式表示：(1) 砂率随着用水量增加而增加;
(2) 当Ve减小时，砂率增大;
(3) 石子最大粒径增大时、Ves减小，因此砂率则减小。
二. 流态混凝土的配合比设计
全计算法用于普通流态混凝土(C40以下)的配合比设计时，根据具体情况设计参数应作相改变。为了降低FLC的水泥用量，Ve应在305L～335L范围选择。干砂浆体积是根据石子最大粒径确定的。
1. FLC配合比设计步骤
(1) 配制强度(fcu.p)：
fcu.p ≥fcu.o + 1.645σ
式中：fcu.p －混凝土配制强度(Mpa)
fcu.o －混凝土设计标号(Mpa)
σ－富余系数(见表6)
表6 σ取值
(2) 水胶比：
(3) 用水量：
式中：Ve =305～335 l/m3;
Va非引气FLC 为15l/m3，引气混凝土为30～50l/m3(含气量3%～5%)。，, (4) 胶凝材料用量
C+FA = W/(W/B) = Q
FA= αQ
C = Q( 1- α)
式中：α－FA 的掺量(%)
C －水泥用量( kg/m3)
FA－矿物细掺料(如粉煤灰)用量(kg/m3)
(5) 砂率及集料用量：
S = (D－W－C－FA)×SP
G= D－W－C－FA－S
式中：D－
或者用假定容重法计算集料用量：
D －砼的容重(2380～2440kg/m3)。
(6) CSP掺量(μ)：
μ≤1.5% 时：
μ>:1.5% 时：
式中：W0—坍落度7 ～9cm 基准砼的用水量(见表7)
Δη—减水率增量(见表8)
表7 W0取值
表8 Δη取值
(7) 混凝土试配及配合比的调整
任何方法设计的配合比必须经过试配并根据试配结果对配合比进行适当调整。
2, FLC配合比计算(实例)
用普硅425水泥配制C30的FLC，FA 20%，中砂(M x=2.80)，碎石(1cm ～3cm)，初始坍落度18cm ～20cm，1小时后大于15cm。其配合比计算如下。
(1) fcu.p：fcu.p = 30 + 1.645×5= 38 (Mpa)
(2) W/B:：: W/B =1/(38/23.05＋0.52) = 0.46
(3) W：: Ve =330L/m3，Va =15L/m3 (引气量1.5%)
W =(330－15)/(1＋0.335/0.46)= 182 (kg/m3)
(4) 胶凝材料用量：
C + FA =182/0.46 =396 (kg/m3)
FA =396×0.20 = 79 (kg/m3)
C =396 - 79 =317 (kg/m3)
(5) 砂率及集料用量：
SP=[(90＋W)/650]×100%=[(90×182)/650]×100%=41%
S = (2380 －396 －182)×0.41 =739 (kg/m3)
G =1802 －739= 1063 (kg/m3)
(6) CSP 掺量：W0 =205 Kg/m3，Δη=0.06
μ=[(205－182)/205＋0.06]×9,17% =1.58% (CSP浓度为40%)
(7) 配合比计算结果
W C FA S G W/B SP(%) CSP掺量(%)
182 317 79 739 1063 0.46 41 1.58
现将用普硅425水泥，Ⅱ级FA(掺20%)，中砂(MX=2.80)，碎石(1～3cm) 配制各种强度的FLC计算配合比列入表9中。
表9 FLC的计算配合比(Ve=330L ,Va=15, Ves=420L)
3. 固定用水量法设计FLC 的配合比
配制C35 以下的FLC 时用水量较大，为了提高拌合物的粘聚性和抗离析性，节约水泥，便于外加剂的使用，提高混凝土的耐久性，在一些搅拌站经常采用固定用水量法计算配合比。用水量在170～185Kg/m3范围内选择。
用固定用水量法设计FLC的配合比时，由于用水量较小，而Ves保持不变，因此必须提高砂率才能保证拌合物的工作性。同时通过改变CSP掺量调整拌合物的流动性和坍落度。其配合比设计步骤如下。
(1) fcu.p：fcu.p = fcu.o +1.645σ
(2) 水胶比：
W/B =1/(fcu.p/Afce＋B)
(3) 用水量：在170～185 Kg/m3范围选择。
(4) 胶凝材料用量：
C +FA =W/(WB) =Q
FA= αQ
C = Q( 1 - α)
(5) Ve计算：
Ve = Vw+Vc+Vf+Va =W/ρw＋C/ρc＋FA/ρf＋Va
式中：ρw ,ρc ,ρf ,－分别表示水，水泥和粉煤灰的密度( 1.0，3.15和2.50)
(6) 砂率及集料用量：
SP =(Ves－Ve＋W)/(1000－Ve)×100%
S = ( D－W－C－FA)×SP
G =( D－W－C－FA)×(1－SP)
(7) CSP掺量(同前述)
(8)混凝土试配:
现将用普硅525水泥，Ⅱ级FA，中砂( Mx=2.60～2.80)，碎石(1～3cm) ，用水量185Kg/m3 配制C25～C35 FLC 配合比计算结果列入表10。
表10 FLC配合比计算结果(坍落度18--20cm)
.固定用水量法用于计算FLC实例
采用普硅425水泥(宝山)，中细砂(Mx=2C.50)，碎石(5～31.5mm)，掺CL-2缓凝减水剂配制C20,C25和C30 FLC，初始坍落度15～18cm 。20 FLC配合比计算如下：
(1) fcu.p = 20+1.645×4=27
(2) W/C：W/C =1/(27/23.05＋0.52) = 0.59 (取0.58)
(3) 用水量：W = 185 kg/m3
(4) C = 185/0.58 =319 kg/m3 ; Ve = 186 + 319/3.15 +15 = 301
(5) 砂率及集料用量：
SP=(420－301＋185)/(1000－301)× 100% =43%
由于砂子偏细应减小砂率(SP= 40%)
S=(2400－185－319)×0.40=758
G=1896－758=1138
(6) CL-2掺量：
μ= [(205－185)/205＋0.04]×8.34% = 1.15%
C25, C30 FLC配合比计算步骤相同，现将混凝土试配结果列入表11。
表11 FLC试配结果(固定用水量法)
三. FLC配合比设计工程应用实例
1. C40 流态混凝土
条件：银羊525硅酸盐水泥，Ⅱ级粉煤灰(珠电)，中细砂(Mx=2,50)，碎石(1～3cm), 掺CSP-2配制C40的流态混凝土和防渗抗裂混凝土。初始坍落度18～20cm，现场搅拌、泵送，初凝时间大于12小时。配合比计算如下：
(1) 配制强度：fcu.p = 40+10=50 (Mpa)
(2) 水胶比：W/B =1/(50/28.5＋0.52)= 0.44
(3) 用水量：W=(330－15)/(1＋0.335/0.44 =179 (kg/m3) ( 取180kg/m3)
(4) 胶凝材料用量：
C+FA =180/0.44= 409 (kg/m3)
FA =409×0.18 = 74 (kg/m3)
C = 409－74 =335 (kg/m3)
Ve =180+335/3.15+74/2.50+15=331(L/m3)
掺UEA时：
FA=96 (kg/m3)
C= 409－96 =313 (kg/m3) UEA=409×0.113 = 46 (kg/m3)
Ve =180+313/3.15+96/2.50+46/2.7+15=350(L/m3)
W/B=180/(409+46) = 0.40
(5) 砂率及集料用量：
掺UEA时：SP=(420－350＋180)/(1000－350)×100% =38%
S= (2400－180－409)×0.38=671 (kg/m3)
G=1765－671=1094 (kg/m3)
普通FLC：SP= (420－331＋180)/(1000－331)×100% =40%
S= (2400－180－409)×0.40 = 724 (kg/m3)
G=1811－724=1087 (kg/m3)
(6) CSP-2掺量：
μ= [(205－180)/205＋0.06]×9.17%=1.67%
(7) 混凝土试配结果(见表12)：
表12 C40流态混凝土试配结果
表-12中的数据说明用全计算法设计的FLC配合比与试配结果完全一致。
2. C25流态混凝土
条件：普硅425水泥，Ⅱ级FA(掺20%)，中砂(Mx=2.8)，碎石(1～3cm)，坍落度16～18cm，抗渗标号P8，掺CSP-4 复合防水剂。配合比设计步骤：
(1) 配制强度：fcup = 25+10 =35 (Mpa)
(2) 水胶比：W/B =1/(35/23.05＋0.52)= 0.49
(3) 用水量：W =(330－15)/(1＋0.335/0.49) =186 (kg/m3)
取185kg/m3
(4) 胶凝材料用量：
C+FA = 185/0.49 = 378 (kg/m3)
FA = 378 ×0.20 = 75 (kg/m3)
C = 378 －75 = 303 (kg/m3)
Ve = 185+303/3.15 +75/2.5 +15 =326 (L/m3)
(5) 砂率及集料用量：
SP= (420－326＋185)/(1000－326)×100%=41%
取SP=39%
S = (2380－185－378)×0.39=709 (kg/m3)
G =1817 －709 =1108 (kg/m3)
混凝土试配结果见表13。
表13 C25防渗混凝土试配结果
3. C20～C30泵送混凝土
普硅425水泥，中砂(Mx=2.8)，碎石(1～3cm)，掺CL-2缓凝减水剂配制C20～C35泵送混凝土，坍落度为12～16cm。配合比设计步骤：
(1) 配制强度：fcu.p=fco.k+10
(2) 水灰比：W/C=1/(fcu.p/Afce＋B)
(3) 用水量：W = (Ve－Va)/(1＋0.317/W/C)
式中："0.317"=1/ρc=1/3.15=0.317
Ves=420L/m3 ; Va = 15 L/m3
(4) 砂率及集料用量：
SP = (Ves－Ve＋W)/(1000－Ve)×100%
试配结果如下(见表14)。
表14 C20～C35泵送混凝土试配结果
参考文献
[1] 陈建奎、王栋民、高性能混凝土(HPC)配合比设计新法－全计算法，硅酸盐学报，2000、2、194 ～198。{2} 陈建奎、混凝土外加剂的原理及应用、中国计划出版社、1997年。
[3] 陈建奎、高性能混凝土(HPC)及复合超塑化剂、2000年。
[4] 陈建奎、混凝土外加剂原理及应用(第二版)、中国计划出版社、2004年。
混凝土配合比设计的试算法 傅坚明戚勇军贾丽杰 [摘要]根据“每种骨料均有在某个粒径围颗粒含量较多，能在混合料中起决定性作用”的原理,应用富勒理想级配曲线公式方法来确定混凝土“相对密实而易于流动的悬浮密实结构骨料组合比例”，从而确立可操作性强、工作量小、对经验依赖性小的混凝土配合比设计方法——试算法 关键词混凝土配合比富勒级配试算法 引言 迄今为止，混凝土仍然是最有效和最适合于大宗使用的结构材料，同其他用于结构的建筑材料相比，混凝土最廉价、生产工艺最简单，具有不可替代的优势。但同时因为混凝土组成材料多样化，其原材料具有很强的地方性，现代建筑工程对混凝土性能的要求越来越多和越来越高，以及混凝土微结构对环境和时间的依赖性和不确知性，注定了混凝土材料结构体系的复杂性。因此对其配合比的设计极为关键。目前，国外有很多关于配合比设计可行方法的报道，如简易计算法、最大密实度法、最小浆骨比法、计算机法、正填法、逆填法、分步优化法、全计算法等，但都需要对其重要参数“用水量与砂率”根据经验进行假设，然后再进行试配验证。 无论哪种混凝土配合比的设计方法，从本质上来说都是建立一组独立方程式对所需要的未知数求解。但传统的混凝土是由水泥、骨料和水组成的，要求解的未知数为水泥用量、水用量、砂用量、石用量，当代混凝土由于普遍掺入矿物掺和料和高效减水剂，配合比中需要求出的未知数由传统的4个变成5个甚至6个（采用三元复合胶凝材已经是非常普遍的事情）。而所能够建立的独立方程式的数量却还是只有bolomy公式、砂率、全部体积之和等于1立方米这两个半，因为砂率是要从经验数据表格中选取的，充其量算半个（全计算法因创立了干砂浆的概念，增加一个独立方程，但仍少于未知数的量）。如果方程式数量少于未知数的量，从数学求解的结果只能够是无穷多。目前，常见的设计方法是依赖选择几个经验数据的方法来弥补。但是依赖的经验数据多了，就造成工作量巨大、对经验依赖性高、实际结果与设计目标偏差大的问题。 当绞尽脑汁仍然无法建立更多的独立方程式时，是否可以改变思路，采用分步解决、减少未知数数量的方法来解决或者改善呢？根据我们十余年的使用效果来看，是完全可行的。 1 参数的确定 待求参数：用水量、胶凝材用量、骨料用量
普通混凝土配合比设计方法[1] 一、基本要求 1.普通混凝土要兼顾性能与经济成本，最主要的是要控制每立方米胶凝材料用量及水泥用量，走低水胶比、大掺合料用量、高砂率的设计路线； 2.普通塑性混凝土配合比设计时，主要参数参考下表 ； ②普通混凝土掺合料不宜使用多孔、含碳量、含泥量、泥块含量超标的掺合料； ③确保外加剂与水泥及掺合料相容性良好，其中重点关注缓凝剂、膨胀剂等与水泥及掺合料的相容性，相容性不良的外加剂，不得用于配制混凝土； 3 设计普通混凝土配合比时，应用excel编计算公式，计算过程中通过调整参数以符合表1给出的范围。
2 术语、符号 2.1 术语 2.1.1普通混凝土ordinary concrete 干表观密度为2000～2800kg/m3的水泥混凝土。 2.1.2 干硬性混凝土stiff concrete 拌合物坍落度小于10mm且须用维勃时间（s）表示其稠度的混凝土。 2.1.3塑性混凝土plastic concrete 拌合物坍落度为10mm～90mm的混凝土。 2.1.4流动性混凝土pasty concrete 拌合物坍落度为100mm～150mm的混凝土。 2.1.5大流动性混凝土flowing concrete 拌合物坍落度不小于160mm的混凝土。 2.1.6抗渗混凝土impermeable concrete 抗渗等级不低于P6的混凝土。 2.1.7抗冻混凝土frost-resistant concrete 抗冻等级不低于F50的混凝土。 2.1.8高强混凝土high-strength concrete 强度等级不小于C60的混凝土。 2.1.9泵送混凝土pumped concrete 可在施工现场通过压力泵及输送管道进行浇筑的混凝土。 2.1.10大体积混凝土mass concrete 体积较大的、可能由胶凝材料水化热引起的温度应力导致有害裂缝的结构混凝土。 2.1.11 胶凝材料binder 混凝土中水泥和矿物掺合料的总称。 2.1.12 胶凝材料用量binder content 混凝土中水泥用量和矿物掺合料用量之和。 2.1.13 水胶比water-binder ratio 混凝土中用水量与胶凝材料用量的质量比。 2.1.14 矿物掺合料掺量percentage of mineral admixture 矿物掺合料用量占胶凝材料用量的质量百分比。 2.1.15 外加剂掺量percentage of chemical admixture 外加剂用量相对于胶凝材料用量的质量百分比。
普通混凝土的配合比设计 普通混凝土的配合比是指混凝土的各组成材料数量之间的质量比例关系。确定比例关系的过程叫配合比设计。普通混凝土配合比，应根据原材料性能及对混凝土的技术要求进行计算，并经试验室试配、调整后确定。普通混凝土的组成材料主要包括水泥、粗集料、细集料和水，随着混凝土技术的发展，外加剂和掺和料的应用日益普遍，因此，其掺量也是配合比设计时需选定的。 混凝土配合比常用的表示方法有两种；一种以1m3混凝土中各项材料的质量表示，混凝土中的水泥、水、粗集料、细集料的实际用量按顺序表达，如水泥300Kg、水182 Kg、砂680 Kg、石子1310 Kg；另一种表示方法是以水泥、水、砂、石之间的相对质量比及水灰比表达，如前例可表示为1：2.26：4.37，W/C=0.61，我国目前采用的量质量比。 一、混凝土配合比设计的基本要求 配合比设计的任务，就是根据原材料的技术性能及施工条件，确定出能满足工程所要求的技术经济指标的各项组成材料的用量。其基本要； (1)达到混凝土结构设计要求的强度等级。 (2)满足混凝土施工所要求的和易性要求。 (3)满足工程所处环境和使用条件对混凝土耐久性的要求。 (4)符合经济原则，节约水泥，降低成本。 二、混凝土配合比设计的步骤 混凝土的配合比设计是一个计算、试配、调整的复杂过程，大致可分为初步计算配合比、基准配合比、实验室配合比、施工配合比设计4个设计阶段。首先按照已选择的原材料性能及对混凝土的技术要求进行初步计算，得出“初步计算配合比”。基准配合比是在初步计算配合比的基础上，通过试配、检测、进行工作性的调整、修正得到；实验室配合比是通过对水灰比的微量调整，在满足设计强度的前提下，进一步调整配合比以确定水泥用量最小的方案；而施工配合绋考虑砂、石的实际含水率对配合比的影响，对配合比做最后的修正，是实际应用的配合比，配合比设计的过程是逐一满足混凝土的强度、工作性、耐久性、节约水泥等要求的过程。 三、混凝土配合比设计的基本资料 在进行混凝土的配合比设计前，需确定和了解的基本资料。即设计的前提条件，主要有以下几个方面； (1)混凝土设计强度等级和强度的标准差。 (2)材料的基本情况；包括水泥品种、强度等级、实际强度、密度；砂的种类、表观密度、细度模数、含水率；石子种类、表观密度、含水率；是否掺外加剂，外加剂种类。 (3)混凝土的工作性要求，如坍落度指标。 (4)与耐久性有关的环境条件；如冻融状况、地下水情况等。 (5)工程特点及施工工艺；如构件几何尺寸、钢筋的疏密、浇筑振捣的方法等。 四、混凝土配合比设计中的三个基本参数的确定 混凝土的配合比设计，实质上就是确定单位体积混凝土拌和物中水、水泥。粗集料（石子）、细集料（砂）这4项组成材料之间的三个参数。即水和水泥之间的比例——水灰比；砂和石子间的比例——砂率；骨料与水泥浆之间的比例——单位用水量。在配合比设计中能正确确定这三个基本参数，就能使混凝土满足配合比设计的4项基本要求。
现代混凝土配合比设计与质量控制新技术 返回会员学习中心 共60道题,您答对了58道,答错了2道,共得分:97分。 ?(1) 混凝土配合比设计的各项 参数中，对混凝土强度影响最 大的参数是（）。 ?A、水泥用量 ?B、水胶比 ?C、用水量 ?D、砂率 ?√您的答案：B | 正确答案： B (+1.5分) ?(2) 水泥混凝土用粉煤灰的细 度指标试验用筛孔尺寸为 （）μm。 ?A、80 ?B、45 ?C、30 ?D、16 ?√您的答案：B | 正确答案： B (+1.5分)
?(3) 混凝土配合比设计若采用细砂，其砂率应较中砂（）。 ?A、增大 ?B、不变 ?C、减少 ?D、 ?√您的答案：C | 正确答案： C (+1.5分) ?(4) 抗渗混凝土配合比时，设计试配抗渗压力比设计值应 提高（）。 ?A、0.4MPa ?B、0.2MPa ?C、0.15MPa ?D、0.1MPa ?√您的答案：B | 正确答案： B (+1.5分) ?(5) 引起钢筋混凝土中钢筋发生锈蚀的主要因素是( )。 ?A、氯离子 ?B、碱含量 ?C、Ca(OH)2含量
?D、NaOH含量 ?×您的答案：B | 正确答案：A ?(6) 硅酸盐熟料矿物中水化最快的是( )。 ?A、C3S ?B、C2S ?C、C3A ?D、C4AF ?√您的答案：C | 正确答案： C (+1.5分) ?(7) 安定性试验时，沸煮法主要是检验水泥中是否含有过 量的游离（）。 ?A、CaO ?B、MgO ?C、SO3 ?D、Na2O ?√您的答案：A | 正确答案： A (+1.5分) ?(8) 混凝土的抗冻性可用多种指标表示，快冻法采用（）。
普通混凝土配合比设计规程 《JGJ 55-2011》 3 基本规定 3.0.1 混凝土配合比设计应满足混凝土配制强度、拌合物性能、力学性能和耐久性能的设计要求。混凝土拌合物性能、力学性能和耐久性能的试验方法应分别符合现行国家标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080、《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082的规定。 3.0.2 混凝土配合比设计应采用工程实际使用的原材料，并应满足国家现行标准的有关要求；配合比设计应以干燥状态骨料为基准，细骨料含水率应小于0.5%，粗骨料含水率应小于0.2%。 3.0.3 混凝土的最大水胶比应符合《混凝土结构设计规范》GB50010的规定。 3.0.4 混凝土的最小胶凝材料用量应符合表3.0.4的规定，配制C15及其以下强度等级的混凝土，可不受表3.0.4的限制。 表3.0.4 混凝土的最小胶凝材料用量 最大水胶比最小胶凝材料用量(kg/m3) 素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土 0.60 250 280 300 0.55 280 300 300 0.50 320 ≤0.45330 3.0.5矿物掺合料在混凝土中的掺量应通过试验确定。钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量宜符合表3.0.5-1的规定；预应力钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量宜符合表3.0.5-2的规定。 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（%） 硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥 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≤60≤50 ＞0.40 ≤50≤40 注：①采用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥之外的通用硅酸盐水泥时，混凝土中水泥混合材和矿物掺合料用量之和应不大于按普通硅酸盐水泥用量20%计算混合材和矿物掺合料用量之和； ②对基础大体积混凝土，粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和复合掺合料的最大掺量可增加5％； ③复合掺合料中各组分的掺量不宜超过任一组分单掺时的最大掺量。 表3.0.5-2 预应力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（%） 硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥 粉煤灰≤0.40≤35≤30 ＞0.40 ≤25≤20
高强(C60)混凝土配合比设计方法[1] 基本特点： 1）每立方米混凝土胶凝材料质量480±20kg； 2）水泥用量不低于42.5级，每立方米水泥质量不超过400kg； 3）砂率0.38~0.40，砂率尽量选小些，以降低粘度； 4）使用掺合料取代部分水泥，宜矿渣（10%~20%）与粉煤灰（10%~15%）复掺； 5）优先选用聚羧酸减水剂，并复配有相容性良好缓凝剂与消泡剂； 6）粗骨料粒径不应大于31.5mm，如果强度等级大于C60，其最大粒径不应大于25mm；7）粗骨料的针片状含量不宜大于5.0%； 8）粗骨料的含泥量不应大于0.5%，泥块含量不宜大于0.2%； 9）细骨料的细度模数宜大于2.6； 10）细骨料含泥量不应大于2.0%，泥块含量不应大于0.5%。
3 基本规定 3.0.1混凝土配合比设计应满足混凝土配制强度、拌合物性能、力学性能和耐久性能的设计要求。混凝土拌合物性能、力学性能和耐久性能的试验方法应分别符合现行国家标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080、《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082的规定。3.0.2 混凝土配合比设计应采用工程实际使用的原材料，并应满足国家现行标准的有关要求；配合比设计应以干燥状态骨料为基准，细骨料含水率应小于0.5%，粗骨料含水率应小于0.2%。 3.0.3 混凝土的最大水胶比应符合《混凝土结构设计规范》GB50010的规定。 3.0.4 混凝土的最小胶凝材料用量应符合表3.0.4的规定，配制C15及其以下强度等级的混凝土，可不受表3.0.4的限制。 表3.0.4 混凝土的最小胶凝材料用量 3.0.5矿物掺合料在混凝土中的掺量应通过试验确定。钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量宜符合表3.0.5-1的规定；预应力钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量宜符合表3.0.5-2的规定。 表3.0.5-1钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量 注：①采用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥之外的通用硅酸盐水泥时，混凝土中水泥混合材和矿物掺合料用量之和应不大于按普通硅酸盐水泥用量20%计算混合材和矿物掺合料用量之和； ②对基础大体积混凝土，粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和复合掺合料的最大掺量可增加5％； ③复合掺合料中各组分的掺量不宜超过任一组分单掺时的最大掺量。
现代混凝土配合比全计算法设计软件使用说明 混凝土配合比设计是混凝土材料科学和工程应用的基础。现代混凝土应包括高性能混凝土、高强混凝土、流态混凝土、泵送混凝土、自密实自流平混凝土和商品混凝土等。以强度(水灰比定则)为基础的传统配合比设计方法不能满足现代混凝土的要求。作者提出的"全计算法"是以强度、工作性和耐久性为基础建立了体积相关数学模型，通过严格的推导得到用水量和砂率的计算公式。并且将其二式与水胶比定则相结合计算出混凝土各组分的配比和用量。因此称谓全计算法。全计算法的研究、应用和推广工作己近十年，广泛用于各种大型混凝土工程和近100个混凝土预拌站，取得了良好的技术经济效益。为了便于广泛应用现制作成计算机软件。国家版权局计算机软件著作权登记号2005SR00529 1.现代混凝土配合比全计算法设计模板(1) . 2.HPC混凝土配合比设计模板(2) 3..固定用水量法混凝土配合比设计模板(3) 4.卵石流态混凝土配合比设计模板(4) 一. 模板使用说明 1..模板适用范围： 现代混凝土配合比全计算法设计模版(表1)适用于高性能混凝土(HPC)、高强混凝土(HSC)、流态混凝土(FLC)、泵送混凝土、引气混凝土和商品混凝土、自密实自流平混凝土，防渗抗裂混凝土、细砂混凝土、以及其他现代混凝土。 2.有关参数的变化范围： 模板(1)中红色的数值是使用者根据混凝土施工工程的设计要求和混凝土原材料的性能指标应输入的设计参数(共12项)。相关参数输入后，模板中自动生成混凝土系列配合比。 (1)..混凝土配制强度 fcu.p≥fcu.0+1.645σ 或 fco.p=fcu.0+10 (Mpa)
现代混凝土配合比设计注意事项 我国混凝土的现状 ■强度水平提高 ■严酷环境中工程增多，耐久性要求突出 ■水泥和混凝土的关系变化 ■流变性能要求提高 ■现场劳动力素质、管理水平与质量要求的矛盾 传统观念形成的理由 例如，许多规范、标准限定混凝土中粉煤灰的掺量应在25%以下，尤其是预应力混凝土构件中的掺量。这是因为过去我们的混凝土中没有掺用减水剂，混凝土的水灰比较大（一般都高于0.5）。在这种情况下掺入粉煤灰，减少水泥的用量，就会使混凝土的凝结时间明显延缓、硬化速率减慢，表现为早期强度低、混凝土渗透性增大。 高水灰比的水泥浆体里，水泥颗粒悬浮于水分中，水化环境良好，可以迅速地生成表面积增大1000倍的硅酸盐水化物等，有良好地填充浆体内空隙的能力。虽然从颗粒形状来说，粉煤灰易于堆积密实，但是它水化缓慢，生成的凝胶量少，难以填充颗粒周围的空隙，所以掺粉煤灰水泥浆体的强度和其他性能总是随其掺量增大（水泥用量减少）呈下降趋势（在早龄期尤为显著）。 为什么粉煤灰掺量如此之大的混凝土各项性能会很优异呢？ 但是现今高效减水剂的应用已经很普遍，混凝土所用水灰比，尤其是掺有矿物掺合料混凝土的水胶比很容易降至0.5以下，同时现今的水泥活性则远高于二十世纪八十年代以前的水泥（因为早强矿物C3S(硅酸三钙）含量显著提高、粉磨细度加大），因此掺加矿物掺合料的混凝土，即使是掺量很大的混凝土，与过去混凝土相比，其早期强度的发展速率也大大加快了。 在低水胶比（如0.3左右）的水泥浆体里情况就大不一样了。不掺粉煤灰时，高活性的水泥因水化环境较差，即缺水而不能充分水化，所以随水灰比下降，未水化水泥的内芯增大，生成产物量下降；但由于颗粒间的距离减小，要填充的空隙同时减小，因此混凝土强度发展迅速。 这种情况下用粉煤灰代替部分水泥，在低水胶比条件下，水泥的水化条件相对改善，因为粉煤灰水化缓慢，使混凝土的“水灰比”增大，水泥的水化程度因而提高，这种作用机理随着粉煤灰的掺量增大愈加明显（掺量为58%:左右，初期水灰比则约0.65）。水泥水化程度的改善，则有利于粉煤灰作用的发挥，然而与此同时，需要粉煤灰水化产物填充的空隙已经大大减小，所以其水化能力差的弱点在低水胶比条件下被掩盖，而降低温升等其他优点则依然起着有利于混凝土性能提高的作用。 以上所述低水胶比下粉煤灰作用的变化，可以用一个“动态堆积”的概念来认识，这是相对沿用的静态堆积而言的。通常在选择混凝土原材料和配合比时，是以各种原材料在加水之前的堆积尽量密实为依据的；但是当加水搅拌后，特别是在低水胶比条件下，如何通过粉状颗粒水化的交叉进行，使初始水胶比尽量降低，混凝土单位用水量尽量减少，配制出的混凝土在密实成型的前提下，经过水化硬化过程，形成的微结构应更为密实。 传统混凝土配合比设计方法的问题整体体强度水平高了，拌合物从低塑性发展到当前的泵送，流动性大大提高；原材料也有很大变化：水泥强度等级高细度细，骨料粒形和级配差了，且品种多样化，品质相差很大；外加剂和矿物掺合料普遍使用，水胶比普遍降低，关键是混凝土耐久性逐渐成为混凝土的重要性能。传统混凝土配合比设计方法以保罗米公
第七讲普通混凝土配合比设计 一、与混凝土有关的基本概念 1.混凝土—用水泥、砂、石、掺合料、水以及外加剂按设计比例配制，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土称为普通混凝土，简称混凝土。它是一种原料易得、施工便利、具有较好耐久性和强度的建筑材料。 2.混凝土标号—是指混凝土按标准方法成型，标准立方体试件（200mm×200mm×200m）在标准养护条件下（温度20±3℃，相对湿度大于90%）养护28d所得的抗压强度值，单位为kgf/cm2（以三个试件测值的算术平均值作为该组试件的抗压强度值，三个测值中的最小值与较大值之差超过较大值20%时，舍去最小值，以剩余的两个测值的平均值作为该组试件的抗压强度值）。 3.混凝土强度等级—是指混凝土按标准方法成型、标准立方体试件（150mm×150mm×150mm）在标准养护条件下（温度20±2℃，相对湿度95%以上）养护28d所得的抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5%，以C与立方体抗压强度标准值MPa （N/mm2）表示。如：混凝土立方体抗压强度标准值ｆｃｕ，ｋ＝20MPa，其强度等级表示为C20。（混凝土立方体抗压强度以三个试件测值的算术平均值作为该组试件的抗压强度值。当三个测值中的最大值或最小值与中间值的差值超过中间值的15%时，则取中间值做为该组试件的抗压强度测定值，当最大值或最小值与中间值的差值均超过中间值
的15%时，则该组试件的抗压强度测定值无效。） 4.混凝土强度等级与混凝土标号的换算。 混凝土强度等级＝混凝土标号÷10－2 5.混凝土立方体试件抗压强度换算系数。 6．混凝土强度与齡期的关系 龄期—是指混凝土强度增长所需的时间。强度与龄期的关系，在标准养护时：R3→40%R28； R7→60～70%R28； R28达到设计强度。 7.砂率 砂率是指混凝土中砂在骨料（砂及石子）总量中所占的质量百分率。影响砂率的一般因素为： ⑴砂率随粗骨料的粒径增大而减小；随粒径减小砂率应增大。 ⑵细砂时砂率小，粗砂时砂率应增大。 ⑶卵石时砂率小，碎石时砂率应加大。 ⑷水灰比小时砂率小，水灰比增大时砂率应增大。
混凝土配合比设计的基本原则 1. 1 坚固性 坚固性是指混凝土的强度指标,因为混凝土的质量在目前是以抗压强度指标为主要依据的。影响混凝土抗压强度的因素很多,主要有水泥强度等级及水灰比、骨料种类及级配、施工条件等。 1) 水泥强度等级:水泥强度等级大致代表了水泥的活性,即在相同配合比的情况下,水泥强度等级越高,混凝土的强度等级也越高。在混凝土配合比设计中,主要从经济合理的角度来选择水泥强度等级,如果对水泥强度等级和品种没有选择的余地,那只能靠在配合比设计中调整比例,掺加外加剂等综合性措施加以解决。 2) 水灰比:混凝土单位体积中所用水的重量和水泥的重量比被称为水灰比。水灰比越大,混凝土的强度越低,为此,在满足和易性的前提下,混凝土用水量越少越好,这是混凝土配合比设计中的一条基本原则。 3) 骨料的种类及级配:砂子、石子在混凝土中起骨架作用,因此统称骨料。砂石由石材的品种、颗粒级配、含泥量、坚固性、有害物质等指标来表示它的质量。砂石质量越好,配制的混凝土质量越好。当骨料级配良好,砂率适中时,由于组成了密实骨架,可使混凝土获得较高的强度。 4) 施工条件:如果施工条件较好,并有一定的管理措施时,可适当降低混凝土的坍落度;反之,如现场施工条件较差时,应适当提高混凝土的坍落度。
1. 2 和易性 混凝土的和易性是指在一定施工条件下,确保混凝土拌合物成分均匀,在成型过程中满足振动密实的混凝土性能。常用坍落度和维勃稠度来表示。 不同类型的构件,对和易性的要求在施工验收规范中已有规定,但还要结合施工现场的设备条件和管理水平来确定。影响混凝土和易性的因素很多,但主要一条就是用水量。增加用水量,混凝土的坍落度是增加了,但是混凝土的强度也下降了。因此,采用使用减水剂的方法成了改善混凝土和易性最经济合理和最有效的方法。 1. 3 耐久性 混凝土的耐久性是它抵抗外来及内部被侵蚀破坏的能力,新疆(北疆) 地处严寒地带,夏季炎热干燥,冬季严寒多雪,混凝土受大气的侵蚀很严重,所以,施工验收规范对最大水灰比和最小泥用量都作了规定,但是仅仅执行这些规定还不能完全满足耐久性的要求。为了提高混凝土的耐久性,就必须在配合比设计中考虑采取相应的措施,如水泥品种和强度等级的选择,砂石级配和砂率的调整,但最主要的是用混凝土外加剂和掺合料来提高混凝土的耐久性。 1. 4 经济性 混凝土配合比的设计应在保证质量的前提下,省工省料才是最经济的。水泥是混凝土中价值最高的材料,节约水泥用量是混凝土配合比设计中的一个主要目标,但必须是采用合理的措施达到综合性的经济指标才是行之有效的。首先,使用混凝土外加剂和掺合料,使用减水剂既可以改善混凝土的和易性,也可以达到节约水泥的目的,掺加粉煤灰可以代替部分水泥,并改善混凝土的性能。其次,加强技术管理,提高混凝土的匀质性。最后,根据当地的砂石质量情况采用合理砂率和骨料级配。 2 混凝土配合比设计的步骤 2. 1 熟悉现行的规范和技术标准 普通混凝土配合比设计的方法和步骤,应该遵守国家建设部发布的行业标准J GJ 5522000 普混凝土配合比设计规程。该标准规定了配合比设计应分三个步骤。 1) 配合比的设计计算;2) 试配;3) 配合比的调整与确定。该标准给出了许多全国性统一用的技术参数,如混凝土试配强度计算公式、混凝土用水量选用表、混凝土砂率选用表等。此外,配合比设计还必须掌握GB 5020422002 混凝土结构工程施工及验收规范和GB J107287 混凝土强度检验评定标准。 2. 2 原材料的准备和检验混凝土由四种材料组成:水泥、砂子、石子和水。目
《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2011）简介 配合比设计是混凝土设计、生产和应用中的最重要环节之一，配合比设计成功与否，决定了混凝土的技术先进性、成本可控性和发展可持续性等问题。早在上世纪70年代末、针对原建设部下达的“使用新标准水泥配制混凝土”研究 课题，中国建筑科学研究院组织有关单位进行了混凝土配制技术研究，该研究成果经建设部组织全国性验证，对科学合理地在全国范围内解决水泥新标准使用起到重要作用。为统一我国混凝土配制的方法和步骤，并为混凝土配合比设计者提供基础技术参数，在上述研究成果基础上，中国建筑科学研究院主编了《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55）（以下简称《规程》）。为配合比设计者提供了易于操作、程序简单的快捷配制技术。自《规程》颁布实施以来，被广泛用于基础建设、轨道交通、市政环卫、工业与民用建筑、海港工程、铁路工程等领域。对我国混凝土的推广、应用和发展起到基础性作用。随着现代混凝土技术的快速发展，配合比设计面临新的挑战，例如：以耐久性能为设计指标、矿物掺合料的种类和掺量不断增多、普遍应用外加剂、特殊性能要求增多等。因此，《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55）需修订完善。经中国建筑科学研究院申请，《规程》被列入原建设部《2005年度工程建设标准规范制订、修订计划(第一
批)》，并于2010年11月完成编制和通过审查。住房和城乡建设部于2011年4月22日发布公告，批准本《规程》为行业标准，编号为JGJ55-2011，自2011年12月1日起实施。其中，第6.2.5条为强制性条文。原《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）同时废止。2 主要修订内容《规程》共分7章，主要内容如下：（1）总则提出《规程》的编制目的和适用范围。《规程》适用于工业与民用建筑及一般构筑 物所采用的普通混凝土配合比设计。（2）术语、符号增加了胶凝材料、胶凝材料用量、水胶比、矿物掺合料掺量和外加剂掺量等5个术语，上述术语在混凝土工程技术领域已被普遍接受。修订了相关符号，使计算过程更加清晰。（3）基本规定依据我国混凝土实际应用情况与技术条件，本《规程》新增“基本规定”一章，详细规定了混凝土配合比设计原则、原材料要求、最大水胶比、矿物掺合料限值、氯离子最大含量、最小含气量和最大碱含量等技术指标。本章重点强调混凝土配合比设计应满足耐久性能要求，即混凝土配合比设计不仅应满足配制强度要求，还应满足施工性能、其他力学性能、长期性能和耐久性能的要求，并规定配合比设计所用原材料应采用工程实际使用的原材料。宜采用干燥状态骨料进行配合比设计，也可选用饱和面干状态骨料，两者均为过程控制的一种手段。混凝土的最大水胶比应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010）的规定。水胶比和最
混凝土配合比设计的步骤 (1)初步配合比的计算 按照已选择的原材料性能及混凝土的技术要求进行初步计算，得出“初步配合比”； (2)基准配合比的确定 经过试验室试拌调整，得出“基准配合比”； (3)实验室配合比的确定 经过强度检验(如有抗渗、抗冻等其他性能要求，应当进行相应的检验)，定出满足设计和施工要求并比较经济的“试验室配合比”(也叫设计配合比)； (4)施工配合比 根据现场砂、石的实际含水率，对试验室配合比进行调整，求出“施工配合比”。 ㈠初步配合比的计算 1)确定配制强度 2)初步确定水灰比值（W/C ） 3)选择每1m3混凝土的用水量(W0) 4)计算混凝土的单位水泥用量(C0) 5)选取合理砂率Sp 6)计算1m3混凝土中砂、石骨料的用量 7)书写初步配合比 (1)确定配制强度(fcu,o) 配制强度按下式计算： σ 645.1..+=k cu v cu f f (2)初步确定水灰比(W/C) 采用碎石时： ,0.46( 0.07)cu v ce C f f W =- 采用卵石时： ,0.48( 0.33)cu v ce C f f W =- (3)选择单位用水量(mW0) ①干硬性和塑性混凝土用水量的确定 a. 水灰比在0.40～0.80范围时，根据粗骨料的品种、粒径及施工要求的混凝土拌合物稠度，其用水量可按表4-20（P104）选取。 b. 水灰比小于0.40的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土用水量，应通过试验确定。 ②流动性和大流动性混凝土的用水量宜按下列步骤进行 a. 以表4-22中坍落度90mm 的用水量为基础，按坍落度每增大20mm 用水量增加5kg ，计算出未掺外加剂时的混凝土的用水量； b. 掺外加剂时的混凝土的用水量可按下式计算： (1) w wo m m αβ=-
现代混凝土土配合比设计------全计算法 传统混凝土配合比设计方法(如绝对体积法和假容重法),是以强度为基础的半定量计算方法,不能全面满足现代混凝土的性能要求,现代混凝土配合比计算方法是以工作性、强度和耐久性为基础建立数学模型，通过严格的数学推导的到混凝土的用水量和砂率的计算公式，并将此二式与水灰（胶）比定则相结合能计算出混凝土各组分（水泥、细掺料、砂、石、含气量、用水量和超塑化剂掺量等）之间的定量关系和用量。用于流态混凝土、高强混凝土、泵送混凝土、自密实混凝土、商品混凝土以及防渗抗裂混凝土等现代化混凝土的配合比设计。 （一）高性能混凝土配合比全计算法设计高性能混凝土（HPC）与高强混凝土（HSC）和流态混凝土（FLC）最显著的差别就是混凝土配合比考虑工作性、强度和耐久性，其配合比设计的基本原则是：（1）满足工作性的情况下，用水量要小；（2）满足强度的情况下，水泥用量少、细掺料多掺；（3）材料组成及其用量合理，满足耐久性及特殊性能要求；（4）掺多功能复合超塑化剂（CSP）改善和提高混凝土的多种性能。因此，HPC的配合比设计比HSC和FLC更为严格合理，图--1表示各种材料类型的混凝土配合比分区范围，无论采取什么方法设计，HSC、FLCHE和PLC（塑性混凝土）的配合比在一个范围之内，而HPC在AB线附近，由此证明HPC的配合比设计必须严格、精确和合理。 图1 混凝土配合比组成图 一、强度与水灰（胶）比的关系 混凝土配合比设计是混凝土材料学中最基本而又最重要的一个问题，早在1919年Duff Ａbrams（D.艾布拉姆斯）就发表了混凝土强度的水灰比定则：“对于一定的材料，强度仅取决于一个因素，即水灰比。”这一定则可用下列公式表示： σc=a/b1.5（W/C） 式中:σ c----一定龄期的抗压强度
C25普通混凝土配合比设计说明 一、设计所依据的试验规程及规范： 《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011 《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG E30-2005 《公路工程集料试验规程》JTG E42-2005 《公路工程岩石试验规程》JTG E41-2005 《通用硅酸盐水泥》GB 175-2007 《混凝土外加剂》GB 8076-2008 《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011 二、设计要求： C25普通混凝土的配合比设计应满足：施工要求的工作性、结构要求的力学性能； 体积稳定性能和混凝土结构在所处环境条件下要求的耐久性，设计坍落度120-160mm，能满足混凝土结构工程的要求，确保其施工要求的工作性，体积稳定性，耐久性和设计强度等级要求。主要应用桥涵工程墩台基础、台身、台帽、墙身基础、排水工程等。 三、原材料情况： 1．粗集料：采用接山镇前寨子砂石料厂生产的碎石、规格为5-10mm：10-20mm：16-31.5mm，比例为（30%：50%:20%）。 2．细集料：采用接山镇前寨子砂石料厂生产的河砂，规格为Ⅱ级中砂。 3．水泥：山东鲁珠集团有限公司生产的P.O 42.5水泥。 4. 外加剂：长春北华建材有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂，掺量0.9%，减水率初 选15%。 5．水：饮用水。 四．初步配合比确定 1．确定混凝土配制强度： 已知设计强度等级为25Mpa，无历史统计资料，查《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011表4.0.2查得：标准差σ=5.0 Mpa ?cu,0= ?cu,k+1.645σ= 25+1.645×5.0=33.225MPa 2．计算水泥实际强度（?ce） 已知采用P.O 42.5水泥，28d胶砂强度（?ce）无实测值时,可按下式计算： 水泥强度等级值的富余系数，可按实际统计资料确定；当缺乏实际统计资料时，也可按表
普通混凝土配合比设计例题 设计C20泵送混凝土，材料：水泥P.O42.5，中砂（筛余量25-0%），碎石（5-30mm）连续级配，减水剂YAN（参量0.8%，减水率14%）。 普通混凝土配合比设计，一般应根据混凝土强度等级及施工所要求的混凝土拌合物坍落度（或工作度——维勃稠度）指标进行。如果混凝土还有其他技术性能要求，除在计算和试配过程中予以考虑外，尚应增添相应的试验项目，进行试验确认。 普通混凝土配合比设计应满足设计需要的强度和耐久性。水灰比的最大允许值，可参见表1 混凝土的最大水灰比和最小水泥用量表1 注：1．当采用活性掺合料取代部分水泥时，表中最大水灰比和最小水泥用量即为替代前的水灰比和水泥用量。 2．配制C15级及其以下等级的混凝土，可不受本表限制。 混凝土拌合料应具有良好的施工和易性和适宜的坍落度。混凝土的配合比要求有较适宜的技术经济性。 普通混凝土配合比设计步骤 普通混凝土配合比计算步骤如下： （1）计算出要求的试配强度f cu,0，并计算出所要求的水灰比值； （2）选取每立米混凝土的用水量，并由此计算出每立米混凝土的水泥用量；
（3）选取合理的砂率值，计算出粗、细骨料的用量，提出供试配用的计算配合比。 以下依次列出计算公式： 1．计算混凝土试配强度f cu,0，并计算出所要求的水灰比值（W/C） （1）混凝土配制强度 混凝土的施工配制强度按下式计算： f cu,0≥f cu,k＋1.645σ 式中f cu,0——混凝土的施工配制强度（MPa）； f cu,k——设计的混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）； σ——施工单位的混凝土强度标准差（MPa）。 σ的取值，如施工单位具有近期混凝土强度的统计资料时，可按下式求得： 式中f cu,i——统计周期内同一品种混凝土第i组试件强度值（MPa）； μfcu——统计周期内同一品种混凝土N组试件强度的平均值（MPa）； N——统计周期内同一品种混凝土试件总组数，N≥250 当混凝土强度等级为C20或C25时，如计算得到的σ＜2.5MPa，取σ＝2.5MPa；当混凝土强度等级等于或高于C30时，如计算得到的σ＜3.0MPa，取σ＝3.0MPa。 对预拌混凝土厂和预制混凝土构件厂，其统计周期可取为一个月；对现场拌制混凝土的施工单位，其统计周期可根据实际情况确定，但不宜超过三个月。 施工单位如无近期混凝土强度统计资料时，可按表2取值。 σ取值表表2 查表取σ=5N/mm则f cuo≥20 N/mm＋1.645×5 N/mm≈28 N/mm （2）计算出所要求的水灰比值（混凝土强度等级小于C60时）
《普通混凝土配合比设计规程》 配合比计算案例 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≤C20C25~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：f cu,0——混凝土配制强度（MPa）；
f cu,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 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f b。
混凝土配合比设计新法－全计算法 北京工业大学陈建奎教授 一.现代混凝土概念或理念 二.配合比全计算法设计的数学模型 三.砂率和用水量计算公式 四.混凝土配合比设计步骤 五.配合比设计工程应用实例 六.结论 一.现代混凝土概念或理念现代混凝土是由水泥、矿物细掺料、砂、石、空气、水和外加剂等组成的多相聚集体，并能满足“高工作性、高早强增强和高耐久性”的基本要求。现代混凝土应包括高性能混凝土、高强混凝土、流态混凝土、泵送混凝土、自流平自密实混凝土、防渗抗裂混凝土、水下浇筑混凝土和商品混凝土等。以强度为基础的传统混凝土配合比设计方法不能满足现代混凝土配合比设计的要求。 综合考虑工作性、强度和耐久性。其配合比设计的基本原则是： (1)满足工作性的情况下，用水量要小； (2)满足强度的情况下，水泥用量少，多掺细掺料； (3)材料组成及其用量合理，满足耐久性及特殊性能要求； (4)掺多功能复合超塑化剂(CSP)，改善和提高混凝土的多种性能。
配合混凝土配合比组成图二. 图1 比全计算法设计的数学模型 混凝土配合比设计是混凝土材料科学和工程应用中最基混即假 定容重法和(的问题。以强度为基础的传统配合比设计方法已不能满足现代混凝土配合比设计的要求。现代混)绝对体积法凝土配合比“全计算法”设计是以“工作性、强度和耐久性”为并推导出混凝土用水量和砂率的计算基础建立的普适数学模型，比定则相结合就能实现混凝土配(灰)公式。进而将此二式与水胶全计算法的创建和推广合比和组成的全计算，故称谓全计算法。应用几近十年，受到广泛的关注，取得良好的技术经济效益。近“现代混凝土配合期在总结混凝土工程应用实践的基础上编制了国 家版权局计算机软件著作权登记号比全计算法设计软件”(。这样使“全计算法”更加实用化、科学化和智能2005SR00529)化。全计算法不仅适用于所有现代混凝土的配合比设计和计算，而且能检验和验证其它配合比的正确性。 2 1.现代混凝土的数学模型现代混凝土组成复杂，其中包括水泥、矿物细掺料、砂、石、空气、水和外加剂等7个组分。最简单处理方法是用多项式表示： F(x)=a+bx+cx+fx+gx+hx+ix+jx 7412635(1)
6.1.5 普通混凝土配合比设计 混凝土配合比设计就是根据工程要求、结构形式和施工条件来确定各组成材料数量之间的比例关系。常用的表示方法有两种： 一种是以1m3混凝土中各项材料的质量表示，如某配合比：水泥240kg，水180kg，砂630kg，石子1280kg，矿物掺合料160kg，该混凝土1m3总质量为2490kg； 另一种是以各项材料相互间的质量比来表示（以水泥质量为1），将上例换算成质量比为：水泥∶砂∶石∶掺合料＝1∶2.63∶5.33∶0.67，水胶比＝0.45。 1.混凝土配合比的设计基本要求 市政工程中所使用的混凝土须满足以下五项基本要求： （1）满足施工规定所需的和易性要求； （2）满足设计的强度要求； （3）满足与使用环境相适应的耐久性要求； （4）满足业主或施工单位渴望的经济性要求； （5）满足可持续发展所必需的生态性要求。 2.混凝土配合比设计的三个参数 混凝土配合比设计，实质上就是确定胶凝材料、水、砂和石子这四种组成材料用量之间的三个比例关
系： （1）水与胶凝材料之间的比例关系，常用水胶比表示； （2）砂与石子之间的比例关系，常用砂率表示； （3）胶凝材料与集料之间的比例关系，常用单位用水量（1m3混凝土的用水量）来表示。 3.混凝土配合比设计步骤 混凝土配合比设计步骤包括配合比计算、试配和调整、施工配合比的确定等。 （1）初步配合比计算 1）计算配制强度（f cu，o）。根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）规定，混凝土配制强度应按下列规定确定： ①当混凝土的设计强度小于C60时，配制强度应按下式确定： f cu，o≥f cu，k＋1.645σ 式中f cu，o——混凝土配制强度，MPa； f cu，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。 ②当混凝土的设计强度不小于C60时，配制强度应按下式确定：