C50等级混凝土配合比设计

第七届全国混凝土设计大赛 攀枝花学院3+2

全国混凝土设计大赛攀枝花学院

3+2组合配合比计算

设计要求C50等级混凝土。

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49.3MPa，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

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6.0MPa。

表4.0.2 标准差σ值（MPa）

混凝土强度标准值 ≤C20 4.0 C25~C45 5.0 C50~ C55 6.0 Σ 1

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采用《规程》中公式4.0.1-1计算配制强度如下：

fcu,0?fcu,k?1.645? （4.0.1-1）

式中：fcu,0——混凝土配制强度（MPa）；

fcu,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：C50混凝土配制强度不小于59.87MPa。

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

矿物掺合料种类 水胶比 ≤0.40 ＞0.40 粒化高炉矿渣粉 钢渣粉 磷渣粉 硅灰 复合掺合料 ≤0.40 ＞0.40 － － － ≤0.40 ＞0.40 45 40 65 55 30 30 10 65 55 最大掺量（%） 采用硅酸盐水泥时 粉煤灰 采用普通硅酸盐水泥时 35 30 55 45 20 20 10 55 45 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： C50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fb。

表5.1.3 粉煤灰影响系数（?f）和粒化高炉矿渣粉影响系数（?s）

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掺量（%） 种类 0 10 20 30 40 50 注：1 采用Ⅰ级粉煤灰宜取上限值。

粉煤灰影响系数?f 1.00 0.85～0.95 0.75～0.85 0.65～0.75 0.55～0.65 - 粒化高炉矿渣粉影响系数?s 1.00 1.00 0.95～1.00 0.90～1.00 0.80～0.90 0.70～0.85 2 采用S75级粒化高炉矿渣粉宜取下限值，采用S95级粒化高炉矿渣粉宜取上限值，采用S105级粒化高炉矿渣粉可取上限值加0.05。

3 当超出表中的掺量时，粉煤灰和粒化高炉矿渣粉影响系数应经试验确定。

检测或计算结果：

根据表5.1.3选取粉煤灰和矿粉影响系数，计算胶凝材料28d胶砂强度fb＝0.75×0.98×49.3＝36.24MPa

（3）水胶比计算

利用《规程》中公式5.1.1计算实际水胶比如下：

W/B??a?fb （5.1.1）

fcu,0??a??b?fb式中： W/B——混凝土水胶比；

?a、?b——回归系数，按本规程第5.1.2条的规定取值；

fb——胶凝材料28d胶砂抗压强度（MPa），可实测，且试验方法应按现行国家标

准《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》GB/T 17671执行；也可按本规程第5.1.3条确定。

由于没有回归系统统计资料，所以按《规程》中表5.1.2选取?a、?b。

表5.1.2 回归系数（?a、?b）取值表

粗骨料品种 系数 碎石 0.53 0.20 卵石 0.49 0.13 ?a ?b

计算结果： 掺加25%粉煤灰和20%矿粉时混凝土的水胶比为0.35。

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4、计算用水量

确定坍落度设计值为180mm。根据《规程》第5.2节规定计算用水量步骤如下：

（1）塑性混凝土单位用水量

根据《规程》中表5.2.1-2选择单位用水量。满足坍落度90mm的塑性混凝土单位用水量为210kg/m3（插值）。

表5.2.1-2 塑性混凝土的用水量（kg/m3） 拌合物稠度 项目 指标 10～30 坍落度 （mm） 35～50 55～70 75～90 卵石最大公称粒径（mm） 10.0 190 200 210 215 20.0 170 180 190 195 31.5 160 170 180 185 40.0 150 160 170 175 16.0 200 210 220 230 碎石最大公称粒径（mm） 20.0 185 195 205 215 31.5 175 185 195 205 40.0 165 175 185 195 注：1 本表用水量系采用中砂时的取值。采用细砂时，每立方米混凝土用水量可增加5kg～10kg；采用

粗砂时，可减少5kg～10kg。

2 掺用矿物掺合料和外加剂时，用水量应相应调整。

（2）推定未掺外加剂时混凝土用水量

以满足坍落度90mm的塑性混凝土单位用水量为基础，按每增大20mm坍落度相应增加5 kg/m3用水量来计算坍落度180mm时单位用水量m′w0＝（180-90）/20*5+210＝232.5kg/m3。

（3）掺外加剂时的混凝土用水量

利用《规程》中公式5.2.2计算掺外加剂时的混凝土用水量如下：

?(1??) （5.2.2） mw0?mw0

计算结果：混凝土单位用水量为174kg/m3。 5、计算胶凝材料用量

根据上述水胶比和单位用水量数据，根据《规程》中公式5.3.1计算胶凝材料

用量如下：

mb0?mw0 （5.3.1） W/B式中：mw0——计算配合比每立方米混凝土的用水量（kg/m3）；

m′w0——未掺外加剂时推定的满足实际坍落度要求的每立方米混凝土用水量（kg/m3），

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以本规程表5.2.1-2中90mm坍落度的用水量为基础，按每增大20mm坍落度相应增加5 kg/m3用水量来计算； β——外加剂的减水率（％），应经混凝土试验确定。

计算结果： 混凝土的胶凝材料用量为387kg/m3。 6、计算外加剂用量

选定C50混凝土的A型减水剂掺量为1.0%，根据《规程》中公式5.2.3计算外加剂用量如下：

ma0?mb0?a （5.2.3）

式中： ma0 ——计算配合比每立方米混凝土中外加剂用量（kg/m3）；

mb0 ——计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量（kg/m3）,计算应符合本规程

5.3.1条的规定；

βa——外加剂掺量（%）,应经混凝土试验确定。

计算结果：混凝土的外加剂单位用量为3.87kg/m3。 7、计算矿物掺合料用量

根据上述确定的粉煤灰和矿粉掺量，根据《规程》中公式5.3.2分别计算粉煤灰和矿粉用量如下：

mf0?mb0?f （5.3.2）

式中：mf0 ——计算配合比每立方米混凝土中矿物掺合料用量（kg/m3）；

βf——矿物掺合料掺量（%），可结合本规程3.0.5条和5.1.1条的规定确定。

计算结果： 混凝土的粉煤灰和矿粉用量分别为97kg/m3和77kg/m3。 8、计算水泥用量

根据胶凝材料用量、粉煤灰用量，根据《规程》中公式5.3.3计算水泥用量如

下：

mc0?mb0?mf0 （5.3.3）

式中：mc0 ——计算配合比每立方米混凝土中水泥用量（kg/m3）。

计算结果：混凝土的水泥用量为213kg/m3。 9、计算砂率

根据《规程》中表5.4.2的规定，初步选取坍落度60mm时砂率值为31%（插值）。随后按坍落度每增大20mm、砂率增大1％的幅度予以调整，得到坍落度

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180mm混凝土的砂率βs＝（180-60）/20+31%＝37%。即，

计算结果：坍落度180mm的C50混凝土砂率为37%。

表5.4.2 混凝土的砂率（％） 水胶比 0.40 0.50 0.60 0.70 卵石最大公称粒径（mm） 10.0 26～32 30～35 33～38 36～41 20.0 25～31 29～34 32～37 35～40 40.0 24～30 28～33 31～36 34～39 16.0 30～35 33～38 36～41 39～44 碎石最大粒径（mm） 20.0 29～34 32～37 35～40 38～43 40.0 27～32 30～35 33～38 36～41 注：1 本表数值系中砂的选用砂率，对细砂或粗砂，可相应地减少或增大砂率；

2 采用人工砂配制混凝土时，砂率可适当增大；

3 只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率应适当增大。

10、计算粗细骨料用量

根据《规程》规定的质量法计算混凝土配合比，假定C50混凝土容重为2400kg/m3。则粗、细骨料用量应按式（5.5.1-1）计算；砂率应按式（5.5.1-2）计算：

mf0?mc0?mg0?ms0?mw0?mcp （5.5.1-1）

?s?ms0?100% （5.5.1-2）

mg0?ms0式中：mg0——计算配合比每立方米混凝土的粗骨料用量（kg/m3）；

ms0——计算配合比每立方米混凝土的细骨料用量（kg/m3）； βs——砂率（％）；

mcp——每立方米混凝土拌合物的假定质量（kg），可取2350 kg/m3～2450 kg/m3。

计算结果：混凝土的砂和石子用量分别为680kg/m3和1158kg/m3。 11、调整用水量

扣除液体外加剂的水份， C50混凝土实际单位用水量计算结果为：

混凝土的调整用水量为171kg/m3。 12、试拌配合比

综上所述，计算得到C50混凝土的试拌配合比如下表所示：

表 计算试拌配合比,kg/m3 序号 1 强度等级 C50 胶凝材料 399 水泥 213 粉煤灰 97 矿粉 77 粗骨料 1158 细骨料 680 减水剂 3.87 水 171 13、技术经济比较 14、试配

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180mm混凝土的砂率βs＝（180-60）/20+31%＝37%。即，

计算结果：坍落度180mm的C50混凝土砂率为37%。

表5.4.2 混凝土的砂率（％） 水胶比 0.40 0.50 0.60 0.70 卵石最大公称粒径（mm） 10.0 26～32 30～35 33～38 36～41 20.0 25～31 29～34 32～37 35～40 40.0 24～30 28～33 31～36 34～39 16.0 30～35 33～38 36～41 39～44 碎石最大粒径（mm） 20.0 29～34 32～37 35～40 38～43 40.0 27～32 30～35 33～38 36～41 注：1 本表数值系中砂的选用砂率，对细砂或粗砂，可相应地减少或增大砂率；

2 采用人工砂配制混凝土时，砂率可适当增大；

3 只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率应适当增大。

10、计算粗细骨料用量

根据《规程》规定的质量法计算混凝土配合比，假定C50混凝土容重为2400kg/m3。则粗、细骨料用量应按式（5.5.1-1）计算；砂率应按式（5.5.1-2）计算：

mf0?mc0?mg0?ms0?mw0?mcp （5.5.1-1）

?s?ms0?100% （5.5.1-2）

mg0?ms0式中：mg0——计算配合比每立方米混凝土的粗骨料用量（kg/m3）；

ms0——计算配合比每立方米混凝土的细骨料用量（kg/m3）； βs——砂率（％）；

mcp——每立方米混凝土拌合物的假定质量（kg），可取2350 kg/m3～2450 kg/m3。

计算结果：混凝土的砂和石子用量分别为680kg/m3和1158kg/m3。 11、调整用水量

扣除液体外加剂的水份， C50混凝土实际单位用水量计算结果为：

混凝土的调整用水量为171kg/m3。 12、试拌配合比

综上所述，计算得到C50混凝土的试拌配合比如下表所示：

表 计算试拌配合比,kg/m3 序号 1 强度等级 C50 胶凝材料 399 水泥 213 粉煤灰 97 矿粉 77 粗骨料 1158 细骨料 680 减水剂 3.87 水 171 13、技术经济比较 14、试配

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