混凝土配合比设计的工程实例

出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《现代工程材料实用手册》第141页（3625字）

【例5－1】某单位办公楼钢筋混凝土梁(室内干燥环境)，梁截面的最小尺寸为250mm，钢筋的最小间距为60mm。混凝土设计强度等级为C30，采用42．5普通硅酸盐水泥，水泥密度为3．1g／cm³；砂子采用中砂，表观密度为2．65g／cm³，堆积密度为1500kg／m³，施工现场含水率为3%；石子采用碎石，表观密度为2．70g／cm³，堆积密度为1560kg／m³，施工现场含水率为1%；混凝土采用机械搅拌、振捣，施工单位无混凝土强度标准差的统计资料。

试根据以上所知条件，计算混凝土的初步配合比、确定实验室配合比和施工配合比。

【解】

(一)计算混凝土初步配合比

1．确定混凝土的配制强度f_cu，o

由于施工单位无混凝土强度标准差的统计资料，查表5－58得σ=5．0MPa；当强度保证率为95%时，t=1．645；将σ，t，f_cu，k=30代入式(5－6)得：

f_cu，o=f_cu，k+tσ=30+1．645×5．0=38．23(MPa)

2．确定混凝土的水灰比(W／C)

由水泥的强度等级为42．5MPa，水泥的富余系数为1．13，则水泥的实际强度f_c=42．5×1．13=48．03(MPa)；由粗骨料采用碎石，A=0．46，B=0．07，将以上数据代入式(5－8)得：

查表5－59可知，在干燥环境中满足钢筋混凝土耐久性要求的最大水灰比为0．65，由于0．65＞0．56，所以为满足混凝土配制强度的要求，混凝土的水灰比应取。

3．确定1m³混凝土的用水量(W₀)

为查表得出单位用水量，首先应计算粗骨料的最大粒径。根据国家标准《钢筋混凝土设计规范》(GB50010－2002)中的规定，粗骨料的最大粒径不超过构件截面最小尺寸的1／4，且不得大于钢筋间最小净距的3／4，可得到：D_max=1／4×250=62．5(mm)，D_max=3／4×60=45(mm)。因此，粗骨料的最大粒径应选用D_max=40mm，即采用粒级为5～40mm的碎石骨料。

根据钢筋混凝土梁截面最小尺寸为250mm，属于中型截面梁，查表5－57，混凝土坍落度可选用30～50mm。

根据以上所确定的粗骨料最大粒径D_max=40mm、施工所需的坍落度为30～50mm，查表5－60，可确定1m³混凝土中的用水量W₀=175kg。

4．确定1m³混凝土的水泥用量(C₀)

根据以上计算确定的水灰比和查表求得的用水量，可用式(5－9)计算水泥用量(C₀)：

查表5－59可知，本工程(室内干燥环境)要求的最小水泥用量为260kg／m³，为满足混凝土配制强度的要求，混凝土的水泥用量应取C₀=312．5kg／m³。

5．选取混凝土的合理砂率(S_P)

根据采用的碎石最大粒径D_max=40mm、确定的水灰比为0．56，用内插法查表5－61可得，混凝土合理砂率范围为31%～36%，考虑到碎石的粒径较大，为保证填满粗骨料之间的空隙，取砂率稍大一些，即S_P=35%。

6．计算1m³混凝土中的砂(S₀)、石子(G₀)用量

(1)采用绝对体积法

取α=1．0，根据式(5－10)和式(5－11)，可列出以下两个方程式：

解方程组得：S₀=670kg；G₀=1245kg。

(2)采用假定表观密度法

普通混凝土拌合物的表观密度，一般在2350～2450kg／m³范围内，采用假定表观密度法计算砂石用量，若施工水平一般可取2400kg／m³。根据式(5－12)和式(5－11)，可列出以下两个方程式：

解方程组得：S₀=663kg；G₀=1233kg。

两者计算结果非常接近，若以绝对体积法计算结果为准，混凝土的初步配合比为：1m³混凝土中水泥330kg、水175kg、砂子665kg、碎石1235kg，或水泥∶水∶砂∶石子=1∶0．53∶2．02∶3．74。

(二)确定实验室配合比

1．进行和易性调整

按确定的初步配合比配制15L混凝土进行试拌，各种材料的用量分别为：水泥=330× 0．015=4．95kg，水=175×0．015=2．625kg，砂=663×0．015=9．495kg，石子=1233×0．015=18．495kg。按照规定的方法拌合后，测得混凝土拌合物坍落度为15mm，小于施工所需的坍落度30～50mm，所以需进行坍落度的调整。

根据混凝土坍落度调整的原则，保持其水灰比不变，增加水泥和水用量各5%，即水泥用量为4．95×1．05=5．20kg，水的用量为2．625×1．05=2．76kg，砂和石子的用量不变。经重新拌合后，测得的坍落度为35mm，且黏聚性和保水性良好，调整后的混凝土和易性满足设计要求。调整后混凝土各种材料的用量为：水泥5．20kg，水2．76kg，砂9．495kg，石子18．495kg，实测混凝土拌合物的表观密度为2450kg／m³。

2．进行强度复核

按和易性调整后的混凝土配合比，保持用水量和砂率不变，采用水灰比为0．48、0．53和0．58配制三组混凝土试件，标准养护28d测定抗压强度。经检验水灰比为0．53的配合比，能同时满足混凝土和易性和强度的要求，故以上的基准配合比就是实验室配合比。因此，可根据式5－13、式5－14、式5－15和式5－16计算出1m³混凝土中各种材料的用量：

本工程的实验室配合比为：

C∶W∶S∶G=354．38∶188．09∶647．09∶1260．44=1∶0．53∶1．826∶3．556

(三)计算混凝土施工配合比

根据现场砂的含水率为3%，石子的含水率为1%，用式5－17、式5－18、式5－19和式5－20可计算出1m³混凝土中各种材料的实际称量：

C′=354．38kg

S′=647．09×(1+3%)=666．50kg

G′=1260．44×(1+1%)=1273．04kg

W′=188．09－666．50×3%－1260．44×1%=155．49kg

故该钢筋混凝土梁所用混凝土的施工配合比为：

C′∶W′∶S′∶G′=354．38∶155．49∶666．50∶1273．04=1∶0．439∶1．881∶3．592