第五节  普通水泥混凝土组成设计

一、普通水泥混凝土组成材料的技术要求

1.水泥：

高寒/高强：硅酸盐/普通硅酸盐；  高湿/水下：矿渣；大体积混凝土：矿渣/粉煤灰/火山灰

2.粗集料

1）力学性质

粗集料在混凝土中起骨架作用。

按技术要求分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，不同强度等级混凝土应选择不同等级的粗集料,见下表。

2)粒径、颗粒形状及级配

混凝土用粗集料的最大粒径应：

①不大于结构截面最小尺寸的1/4；②并且不超过钢筋最小净距的3/4；

③对于实心混凝土板,集料的最大粒径不宜超过板厚的1/3,且不得超过31.5mm。

因粗集料中针、片状颗粒对混凝土的强度带来消极影响,应针对不同强度等级的混凝土，限制粗集料中针、片状颗粒含量。

3）有害物质

粗集料中有害杂质：黏土、泥块、硫化物及硫酸盐、有机质等；

危害：影响水泥与集料间的黏结性,对水泥的水化效果产生消极作用。

活性成分（活性氧化硅、活性碳酸盐）与水泥中的碱性成分发生反应，引起混凝土膨胀、开裂,甚至造成严重的破坏，称为碱集料反应。

3.细集料

混凝土用细集料应采用级配良好（低空隙率）、质地坚硬、颗粒洁净的河砂或海砂。

（1）混凝土强度等级与细集料技术等级的关系

（2）级配与细度模数。（对砂率的要求）

1.优先选用Ⅱ区砂；

2.Ⅰ区砂偏粗应提高砂率，Ⅲ区砂偏细降低砂率；

【2021助理】配制水泥混凝土时应尽量采用（  ）的砂。

A.空隙率大、总表面积大    B.空隙率大，总表面积小

C.空隙率小、总表面积大    D.空隙率小，总表面积小

【答案】D

【解析】应尽量采用级配良好的砂，级配好则空隙率小；同时应尽量选取总表面积小的砂，可以降低包裹砂粒的水泥浆需求量，增大流动性。

4.拌和用水

混凝土拌和所用的水中,不应含有影响水泥水化反应和混凝土质量的有害物质。这些有害物质主要包括油、酸、碱、盐类、有机物等。海水可用于拌制素混凝土,但不得拌制钢筋混凝土或预应力混凝土。用水的选择可简单地概括为凡能生活用水都可拌制混凝土，非生活用水符合规范，也可使用。

二、混凝土配合比设计概述

1.水泥混凝土配合比表示方法

（1）单位用量表示法——以每立方米（1000L）混凝土中各材料的用量（kg）表示,如1立方米混凝土中水泥：水：细集料（简称砂）：粗集料（简称石）=340kg：170kg：765kg：1292kg。

（2）相对用量表示法——以水泥的质量为1，其他材料针对水泥的相对用量,并按“水泥、砂、石和水灰（胶）比”的顺序排列表示,如以上面单位用量表示法中所列内容为依据,采用相对用量来表示则可转化为1：2.25：3.80；W/C=0.50。

2.配合比设计要求

（1）满足结构物设计强度要求    （2）满足施工工作性要求

（3）满足耐久性要求            （4）满足经济性要求

3.混凝土配合比设计步骤

（1）计算初步配合比：理论计算+查表。

（2）提出基准配合比：通过实拌实测，调整工作性（流动性）。

（3）确定试验室配合比：调整水灰比以获得最佳强度。

（4）换算工地配合比：根据现场含水率，调整砂石用量。

【2021检师】16.水泥混凝土的配合比设计步骤有;①提出基准配台比②计算初步配合比③确定试验室配合比④换算工地配合比，按工作需要给出正确的配合比设计步骤（ B ）。

A.①②③④   B.②①③④      C.①③②④   D.③①②④

【2024检师单选】已知水泥混凝土配合比为水泥：砂：石：水=1:2:3:0.5,水泥混凝土实测密度为2400kg/m³。则1立方米混凝土的水泥用量为（  ）。

A.363kg   B.369kg   C.381kg   D.已知条件不够，无法计算

【答案】B

【解析】假设水泥为用量为xkg，x+2x+3x+0.5x=2400，x=369kg。

【2024检师多选】公路面层水泥混凝土的配合比设计应满足（ ABCD ）要求。

A.经济性   B.工作性   C.耐久性   D.抗弯拉性能

三、普通混凝土配合比设计方法（抗压强度为设计指标）

调整工作性（水泥浆、砂率）    调整强度耐久性（水灰比）   调整集料用量（含水率）

密度调整

混凝土配合比设计流程图

1.混凝土配合比设计指标

包括拌和物的工作性、硬化后的结构强度、以及使用时的耐久性等。

（1）混凝土拌和物的工作性

工作性的选择取决于混凝土施工方法以及构件自身的特点,包括构件截面尺寸的大小、钢筋疏密程度及施工方式等。

（3）混凝土的耐久性

混凝土的耐久性主要取决于混凝土的密实程度，而密实度的高低又在于混凝土的水灰（胶）比的大小和水泥用量的多少。当水灰（胶）比偏大或水泥用量偏少时，都有可能在硬化后的混凝土构件内部产生过多的毛细孔隙，为日后引起混凝土耐久性不良现象留下隐患。

所以为了保证混凝土的耐久性,要对混凝土中的最大水灰（胶）比和最小水泥用量做出限制规定。

【2024检师单选】为保持结构的耐久性，在设计水泥混凝土配合比及校核水泥混凝土配合比设计的耐久性时均应考虑允许的（ A ）。

A.最大水灰比和最小水泥用量   B.最大水灰比和最大水泥用量

C.最大水灰比和最小水泥用量   D.最小水灰比和最大水泥用量

当满足耐久性要求时,混凝土中最小胶凝材料用量应符合表5-18的要求。

【2019检测师】水泥混凝土配合比设计时，为了经济性，原则上水泥用量能少则少。（×）

【2019检师】关于混凝土耐久性的说法正确的有（ AC ）。

A.耐久性主要取决于混凝土的密实程度

B.水灰比大有利于提高混凝土构件的耐久性

C.为保证混凝土构件的耐久性，设计中既要考虑水灰比也要考虑最小水泥用量

D.设计中，先满足经济性要求，后考虑耐久性需要

2.混凝土初步配合比设计步骤

⑶单位用水量（m_wo）的确定【查表求得】

当水灰比确定后,单位用水量的大小就决定了混凝土中水泥浆数量的多少，也就决定了水泥浆和集料质量的比例关系。该用水量主要取决于混凝土拌和物施工工作性的要求,采用查表的方式进行。

【2023检测师】关于掺外加剂的普通水泥混凝土配合比设计，表述正确的有（   ）

A.砂石用量按质量法或体积法计算

B.外加剂掺量计算按单位水泥质量的百分率计

C.以普通水泥混凝土配合比设计为基础，以抗弯拉强度作为主要设计指标

D.以普通水泥混凝土配合比设计为基础，以抗压强度作为主要设计指标

【答案】AD

【解析】B错，是以单位胶凝材料质量的百分率计。C错，题干是普通水泥混凝土，没说是路面结构，指标应为抗压强度。

（5）砂率的确定

在坍落度处于常规范围10~90mm时,砂率依据粗集料的品种、最大粒径以及水灰（胶）比,通过下表确定。如实际水灰比在表中无对应位置,可通过内插的方式推算确定。

                            混凝土砂率选用表（%）表5-26

对于坍落度≥60mm的混凝土，应在表5-26的基础上,按坍落度每增加20mm，砂率增大1%的幅度予以调整。而坍落度＜10mm的混凝土或使用外加剂的混凝土,应通过试验确定砂率。

线性内插法确定砂率，如碎石最大粒径13.2，水胶比0.47：

（6）粗集料mgo和细集料mso的确定 m水泥：m水：m砂：m石

粗细集料的用量可以通过质量法或体积法两种方法计算获得。

②体积法——该方法认为混凝土拌和物的总体积等于水泥、细集料、粗集料和水四种材料的绝对体积之和。同样,在砂率已知条件下得到下列关系式：

3.试拌调整提出混凝土基准配合比

初步配合比设计得到的结果,仅仅依靠的是一种经验方式,其结果必须通过实际检验来査看工作性是否满足施工和易性的要求。必要时进行适当调整,提出符合工作性要求的基准配合比。

试拌混凝土→检测工作性（流动性、粘聚性、保水性）→调整：

①全部满足。

②坍落度不满足，其他满足→保持水灰比不变，调整水和水泥用量，砂石不变。

③坍落度满足，黏聚保水不满足→砂石总量不变，调整砂率，水和水泥不变。

④全都不满足！组成材料全调整！

例：初步配合比为水泥：水：砂：石=370kg：155 kg ：600 kg ：1200 kg ，试拌10L，需多少原材料？试拌发现：

①黏聚性良好，流动性不足，拟增加5%水泥浆量，求调整后的基准配合比。

②流动性良好，黏聚性不良，拟将砂率增大2%，求调整后的基准配合比。

4.检验强度、确定试验室配合比

（1）制备立方体抗压强度试件

至少要采用三种不同的水灰（胶）比，其中一个是基准配合比所确定的水灰（胶）比,另外两个水灰（胶）比分别较基准配合比减少或增加0.05（或0.03）,即维持单位用水量不变,增加或减少水泥用量,此时的水灰（胶）比的变化基本不会影响混凝土的流动性。

（2）强度测定和试验室配合比的确定

按照标准方法,分别成型、养护和测定具有不同水灰（胶）比的三组混凝土立方体抗压强度。根据强度试验结果，建立水灰（胶）比和强度之间的关系。通过绘制强度对灰（胶）水比关系图,选定能够达到混凝土配制强度）的灰（胶）水比,再转换成所需的水灰比，随后根据下列方法确定混凝土的试验室配合比：

①单位用水量mwb：通常应与基准配合比中的单位用水量一致,但在成型立方体试件的同时检验工作性有变动时,以调整后的用水量为准。

②单位水泥用量meb：通过单位用水量除以强度试验时选定的水灰（胶）比计算得到。

③单位砂msb和石mgb用量：按基准配合比确定的砂率（或在强度检验有变动时，以变动后的结果为准）,以及上述由①、②获得的单位水泥用量和单位水用量通过体积法或质量法计算出砂、石的用量。

【2024助理判断】普通水泥混凝土的强度与灰水比呈线性关系。（正确）

（3）混凝土配合比的密度调整

根据下式得到混凝土的计算表观密度，并计算混凝土配合比密度修正系数（实测密度/计算密度）。

【2024检师判断】水泥混凝土密度的调整只改变每立方米混凝土各组成材料的用量，不改变其配合比例。     （正确）

5.换算施工配合比

工地现场进行混凝土拌和时,要按即时测得的工地粗、细集料含水率迸行配合比材料用量的修正,其中含水率的定义是粗、细集料中所含水质量占烘干后粗、细集料质量的百分率。因此,工地每立方米混凝土配合比各材料用量由下列公式计算：