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1引言

混凝土作為重要的建築施工材料，多用于建設工程的重要部位，優化設計混凝土配合比，不僅對于保證工程質量和便于工程施工具有重大意義，而且從節約材料方面具有很大的經濟意義。

2混凝土配合比設計概述及原材料選擇

混凝土是由水泥、砂子、石子及水等構成，混凝土中各組成材料之間的比例關系稱為混凝土配合比，确定這種數量比例關系的工作，稱為混凝土配合比設計。混凝土配合比設計是實現預拌混凝土性能的一個重要過程，也是保證預拌混凝土質量的重要環節。混凝土施工配合比是以試驗配合比為基礎确定的，而試驗配合比是在确定了混凝土試配強度後，按照規範進行設計确定。

2.1混凝土配合比設計依據

混凝土配合比，參照現行《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55-2011），并應通過設計和試配确定。試配時應使用施工中實際采用的原材料，配制的混凝土拌合物的和易性、凝結時間等應滿足《普通混凝土拌合物性能試驗方法标準》（GB/T50080-2016）中相應條款的要求，制成的混凝土試件應符合強度、耐久性等質量要求。

2.2混凝土配合比設計要求

混凝土配合比設計應滿足以下四項基本要求，即：①滿足結構設計的強度等級要求和混凝土試配強度；②滿足混凝土施工所要求的坍落度、和易性；③滿足工程所處環境對混凝土耐久性的要求；④符合經濟性原則，即節約水泥以降低混凝土成本。

2.3原材料的選擇

2.3.1水泥

水泥是決定混凝土強度等級的主要膠凝材料，具有粘結和填充粗骨料空隙的作用，同時為了降低成本，應在強度滿足施工要求的條件下，盡量減少水泥用量。本次設計選用河北燕新P.O42.5水泥，所檢指标符合相關規範中的技術要求。

2.3.2骨料

骨科必須堅硬、緻密、耐久、無裂隙。混凝土的細骨料：粒徑在0.16～5mm之間的骨料。按形成條件分為天然砂、人工砂；按細度模數分為粗砂、中砂、細砂和特細砂。本次設計選用的是涞水天然砂，中砂，含泥量≤3%。混凝土的粗骨料：粒徑大于5mm的骨料。普通混凝土常用卵石和碎石作粗骨料。本次設計選用的是涞水5～25mm連續級配的碎石，含泥量≤1%。

2.3.3摻合料

摻合料包括粉煤灰和礦粉，混凝土中加入摻合料能降低混凝土的水化熱，防止出現裂縫，同時還能減少膠凝材料中水泥用量，節約成本。本次設計選用的是Ⅱ級F類粉煤灰和S95級高爐礦渣粉。

2.3.4外加劑

為了提高混凝土的施工性能、加快施工進度，改善混凝土拌合物的和易性，可在混凝土中加入少量的外加劑。本次設計選用的是聚羧酸高性能減水劑。

2.4混凝土配合比設計原則

混凝土配合比設計就是确定水泥、水、砂與石用量之間的比例關系。水膠比、單位用水量和砂率是混凝土配合比設計的三個基本參數。基本參數确定的原則：在滿足混凝土強度和耐久性的基礎上，确定混凝土的水膠比，在滿足混凝土施工要求的和易性基礎上，根據粗骨料的種類和規格确定單位用水量；砂率應以砂在骨料中的數量填充石子空隙後略有富餘的原則來确定。

3混凝土配合比計算

混凝土配合比設計，以計算1m³混凝土中各組成材料用量為基準，計算時骨料應以幹燥狀态為準。本文以C25混凝土配合比為例進行設計、計算。

3.1确定試配強度

當混凝土的設計強度等級小于C60時，試配強度應按下式确定：fcu,0≥fcu,k 1.645σ（1）

式中：fcu,0——混凝土配制強度（MPa）；

fcu,k——混凝土立方體抗壓強度标準值，取混凝土的設計強度等級值（MPa）；

Σ——混凝土強度标準差（MPa）。

當設計強度等級為C25時，σ取5.0，經計算得，試配強度為33.2MPa。

3.2計算水膠比

當混凝土的設計強度等級小于C60時，混凝土水膠比宜按下式計算：

式中：W/B——混凝土水膠比；

α_a，α_b——回歸系數，按規範分别取0.53、0.20；

f_b——膠凝材料28d膠砂抗壓強度（MPa）。

fb=γ_fγ_sf_ce（3）

式中：γ_f，γ_s——粉煤灰影響系數和粒化高爐礦渣粉影響系數，查表分别取0.85、1.00；

f_ce——水泥28d膠砂抗壓強度（MPa）。

當水泥28d膠砂抗壓強度（fce）無實測值時，可按下式計算：

f_ce=γ_cf_ce,g （4）

式中：γ_c——水泥強度等級的富餘系數，查表取1.16；

f_ce,g——水泥強度等級值（MPa）。

經計算，水膠比為0.59。

3.3選取用水量（m_w0）

根據碎石最大粒徑25mm和坍落度180±20mm的要求，查表選取用水量：m_w0′=230kg/m³

外加劑減水率：β=25%，則m_w0=m_w0′（1-β） （5）

經計算得，m_w0′=172kg/m³

3.4膠凝材料用量（m_b0）

m_b0=m_w0W/B （6）

經計算得，m_b0=292kg/m³

3.5水泥及摻合料用量

粉煤灰摻量為20.0%，則粉煤灰用量=292×20.0%=58kg/m³礦粉摻量為20.0%，則礦粉用量=292×20.0%=58kg/m³則水泥用量為176kg/m³

3.6外加劑用量

外加劑摻量：β_a=2.0%，則

m_a0=m_b0β_a （7）

經計算得，m_a0=5.84kg/m³

3.7選取砂率（βs）

根據碎石最大粒徑25mm，水膠比0.59，及以往試配經驗，選取砂率βs=44%。

3.8确定砂石重量（質量法）

m_f0 m_c0 m_g0 m_s0 m_w0=m_cp （8）

式中：m_f0——每立方米混凝土的摻合料用量；

m_c0——每立方米混凝土的水泥用量；

m_g0——每立方米混凝土的粗骨料用量；

m_s0——每立方米混凝土的細骨料用量；

m_w0——每立方米混凝土的用水量；

m_cp——每立方米混凝土拌合物的假定重量，其值可取2350～2450kg/m³。

取m_cp=2400kg/m³，經計算得，砂、石重量分别為852kg/m³、1084kg/m³。

3.9設計理論配合比确定

經試配，混凝土拌合物和易性良好，無泌水、離析現象，坍落度滿足設計要求。因此，确定設計的理論配合比為基準配合比。

4試配調整與配合比确定

4.1配合比試拌

混凝土配合比優化設計應采用三個不同水膠比的配合比，另外兩個宜較基準配合比的水膠比分别增加和減少0.05，用水量應與基準配合比相同，砂率可分别增加和減少1%，得到不同水膠比的配合比如表2所示。

4.2試配結果

經試配，三個水膠比的配合比，拌合物的和易性良好，試配結果如表3所示，不同水膠比的28d抗壓強度如圖1所示。根據試配結果，三組試配配合比抗壓強度與水膠比有很好的相關性，試配編号為01的配合比，28d齡期抗壓強度達不到配制強度要求；試配編号為02的配合比略大于配制強度；試配編号為03的配合比，水泥用量較大，不利于節約工程成本。因此，選用試配編号為02的配合比作為工程實際施工配合比。

混凝土配合比是決定混凝土強度的一項重要技術指标，合理的配合比設計應在符合相關規範中對強度、耐久性、和易性和經濟性等要求的前提下，确定各種材料的用量，獲得最為經濟、适用的混凝土配合比。混凝土配合比優化設計是在理論、經驗雙重指導下的實踐性過程，為了滿足不同工程所需混凝土的要求，還應對混凝土配合比設計進行深入系統的研究，才能使其設計更加科學合理。

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