9《水工混凝土试验规程》附录57 水工混凝土配合比设计方法.docx
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9《水工混凝土试验规程》附录57水工混凝土配合比设计方法
附录A水工混凝土配合比设计方法
A.1基本原则
A.1.1水工混凝土配合比设计，应满足设计与施工要求，确保混凝土工程质量且经济合理。
A.1.2混凝土配合比设计要求做到：
1应根据工程要求，结构型式，施工条件和原材料状况，配制出既满足工作性、强度及耐久性等要求，又经济合理的混凝土，确定各组成材料的用量；
2在满足工作性要求的前提下，宜选用较小的用水量；
3在满足强度、耐久性及其他要求的前提下，选用合适的水胶比；
4宜选取最优砂率，即在保证混凝土拌和物具有良好的粘聚性并达到要求的工作性时用水量最小的砂率；
5宜选用最大粒径较大的骨料及最佳级配。
A.1.3混凝土配合比设计的主要步骤：
1根据设计要求的强度和耐久性选定水胶比；
2根据施工要求的工作度和石子最大粒径等选定用水量和砂率，用水量除以选定的水胶比计算出水泥用量；
3根据体积法或质量法计算砂、石用量；
4通过试验和必要的调整，确定每立方米混凝土材料用量和配合比。
A.1.4进行混凝土配合比设计时，应收集有关原材料的资料，并按有关标准对水泥、掺和料、外加剂、砂石骨料等的性能进行试验。
1水泥的品种、品质、强度等级、密度等；
2石料岩性、种类、级配、表观密度、吸水率等；
3砂料岩性、种类、级配、表观密度、细度模数、吸水率等；
4外加剂种类、品质等；
5掺合料的品种、品质等；
6拌和用水品质。
A.1.5进行混凝土配合比设计时，应收集相关工程设计资料，明确设计要求：
1混凝土强度及保证率；
2混凝土的抗渗等级、抗冻等级等；
3混凝土的工作性；
4骨料最大粒径。
A.1.6进行混凝土配合比设计时，应根据原材料的性能及混凝土的技术要求进行配合比计算，并通过试验室试配、调整后确定。
室内试验确定的配合比尚应根据现场情况进行必要的调整。
A.1.7进行混凝土配合比设计时，除应遵守本标准的规定外，还应符合国家现行有关标准的规定。
A.2混凝土配制强度的确定
A.2.1目前水工混凝土设计龄期立方体抗压强度标准值采用两种方式。
一种以强度等级“C”表示，与国际标准ISO3892接轨，龄期28d，强度保证率为95%，如C20；另一种是惯用的强度标号“R”表示，龄期90d或180d，强度保证率为80%，如R9015或R18015。
不论哪种方式表示，混凝土设计龄期立方体抗压强度标准值系指按照标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在设计龄期用标准试验方法测得的具有设计保证率的抗压强度，以MPa计。
A.2.2混凝土配制强度按公式（
（
（
式中fcu,0——混凝土配制强度，MPa；
fcu,k——混凝土设计龄期立方体抗压强度标准值，MPa；
t——概率度系数，由给定的保证率P选定，其值按表；
σ——混凝土立方体抗压强度标准差，MPa；
cv——变异系数。
表A.2.2保证率和概率度系数关系
保证率P
（%）
70.0
75.0
80.0
84.1
85.0
90.0
95.0
97.7
99.9
概率度系数t
0.525
0.675
0.840
1.0
1.040
1.280
1.645
2.0
3.0
A.2.3混凝土抗压强度标准差σ和变异系数cv，宜按同品种混凝土抗压强度统计资料确定。
1统计时，混凝土抗压强度试件总数应不少于30组；
2根据近期相同抗压强度、生产工艺和配合比基本相同的混凝土抗压强度资料，混凝土抗压强度标准差σ按公式（
（
式中fcu,i——第i组试件抗压强度，MPa；
——n组试件的抗压强度平均值，MPa；
n——试件组数。
3变异系数cv按公式（
（
4当混凝土设计龄期立方体抗压强度标准值小于或等于25MPa，其抗压强度标准差（σ）计算值小于2.5MPa时，计算配制抗压强度用的标准差应不小于2.5MPa；当混凝土设计龄期立方体抗压强度标准值等于或大于30MPa，其抗压强度标准差计算值小于3.0MPa时，计算配制抗压强度用的标准差应取不小于3.0MPa。
A.2.4当无近期同品种混凝土抗压强度统计资料时，σ值可按表，cv可按表
表标准差σ选用值MPa
设计龄期抗压强度标准值
≤15
20～25
30～35
40～45
50
混凝土抗压强度标准差
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
表变异系数cv选用值
设计龄期抗压强度标准值
（MPa）
≤15
20～25
≥30～35
变异系数cv
0.20
0.18
0.15
A.3混凝土配合比的计算
A.3.1混凝土配合比计算应以饱和面干状态骨料为基准。
A.3.2混凝土配合比应按下列步骤进行计算：
1计算配制强度fcu,0，求出相应的水胶比，并根据混凝土抗渗、抗冻等级等要求和允许的最大水胶比限值选定水胶比；
2选取混凝土的用水量，并计算出混凝土的水泥用量（或胶凝材料用量）；
3选取砂率，计算砂子和石子的用量，并提出供试配用的计算配合比。
A.3.3根据混凝土配制强度选择水胶比。
在适宜范围内，可选择3～5个水胶比，在一定条件下通过试验，建立强度与胶水比的回归方程式（，按强度与胶水比关系式（
（
（
式中fcu,0——混凝土的配制强度，MPa；
fce——水泥28d龄期抗压强度实测值，MPa；
——胶水比；
——水胶比。
A、B——回归系数，应根据工程使用的水泥、掺合料、骨料、外加剂等，通过试验由建立的水胶比与混凝土强度关系式确定。
A.3.4根据工程需要，通过试验确定混凝土强度增长率，即在标准养护条件下，其他龄期的强度与28d龄期的强度之比的百分数。
A.3.5混凝土的水胶比应符合
A.3.6混凝土的用水量可按
A.3.7混凝土的胶凝材料用量（mc＋mp）、水泥用量mc和掺合料用量mp按下式计算：
（
（
（
式中mc——每立方米混凝土水泥用量，kg；
mp——每立方米混凝土掺和料用量，kg；
mw——每立方米混凝土用水量，kg；
Pm——掺合料掺量；
——水胶比。
A.3.8混凝土的砂率可按
A.3.9砂、石料用量由已确定的用水量、水泥（胶凝材料）用量和砂率，根据“绝对体积法”计算。
1每立方米混凝土中砂、石的绝对体积为：
（
砂料用量：
（
石料用量：
（
式中Vs,g——砂、石的绝对体积，m3；
mw——每立方米混凝土用水量，kg；
mc——每立方米混凝土水泥用量，kg；
mp——每立方米混凝土掺合料用量，kg；
ms——每立方米混凝土砂料用量，kg；
mg——每立方米混凝土石料用量，kg；
α——混凝土含气量；
Sv——体积砂率；
ρw——水的密度，kg/m3；
ρc——水泥密度，kg/m3；
ρp——掺合料密度，kg/m3；
ρs——砂料饱和面干表观密度，kg/m3；
ρg——石料饱和面干表观密度，kg/m3。
2各级石料用量按选定的级配比例计算。
列出混凝土各组成材料的计算用量和比例。
A.4混凝土配合比的试配、调整和确定
A.4.1试配
1在混凝土配合比试配时，应采用工程中实际使用的原材料。
2在混凝土试配时，每盘混凝土的最小拌和量应符合表，当采用机械拌和时，其拌和量不宜小于拌和机额定拌和量的1/4。
表A.4.1混凝土试配的最小拌和量
骨料最大粒径
（mm）
拌和物数量
（L）
20
15
40
25
≥80
40
3按计算的配合比进行试拌，根据坍落度、含气量、泌水、离析等情况判断混凝土拌和物的工作性，对初步确定的用水量、砂率、外加剂掺量等进行适当调整。
用选定的水胶比和用水量，每次增减砂率1%～2%进行试拌，坍落度最大时的砂率即为最优砂率。
用最优砂率试拌，调整用水量至混凝土拌和物满足工作性要求。
然后提出混凝土抗压强度试验用的配合比。
4混凝土强度试验至少应采用三个不同水胶比的配合比，其中一个应为，其它配合比的用水量不变，水胶比依次增减，变化幅度为0.05，砂率可相应增减1%。
当不同水胶比的混凝土拌和物坍落度与要求值的差超过允许偏差时，可通过增、减用水量进行调整。
5根据试配的配合比成型混凝土立方体抗压强度试件，标准养护到规定龄期进行抗压强度试验。
根据试验得出混凝土抗压强度与其对应的水胶比关系，用作图法或计算法求出与混凝土配制强度（fcu,0）相对应的水胶比。
A.4.2调整
1按，计算混凝土各组成材料用量和比例。
2按下列步骤进行调整：
1）按确定的材料用量按公式（
（
2）按公式（
（
式中δ——配合比校正系数；
mc,c——每立方米混凝土拌和物的质量计算值，kg；
mc,t——每立方米混凝土拌和物的质量实测值，kg；
mw——每立方米混凝土用水量，kg；
mc——每立方米混凝土水泥用量，kg；
mp——每立方米混凝土掺合料用量，kg；
ms——每立方米混凝土砂子用量，kg；
mg——每立方米混凝土石子用量，kg。
3按校正系数δ对配合比中每项材料用量进行调整，即为调整的设计配合比。
A.4.3确定
1当混凝土有抗渗、抗冻等其他技术指标要求时，应用满足抗压强度要求的设计配合比，进行相关性能试验。
如不满足要求，应对配合比进行适当调整，直到满足设计要求。
2当使用过程中遇下列情况之一时，应调整或重新进行配合比设计：
1）对混凝土性能指标要求有变化时；
2）混凝土原材料品种、质量有明显变化时。
A.5常态混凝土配合比设计的基本参数
A.5.1混凝土的水胶比应根据设计对混凝土性能的要求，通过试验确定，并不超过表
表A.5.1混凝土的水胶比最大允许值
部位
严寒地区
寒冷地区
温和地区
上、下游水位以上（坝体外部）
0.50
0.55
0.60
上、下游水位变化区（坝体外部）
0.45
0.50
0.55
上、下游最低水位以下（坝体外部）
0.50
0.55
0.60
基础
0.50
0.55
0.60
内部
0.60
0.65
0.65
受水流冲刷部位
0.45
0.50
0.50
注：
在有环境水侵蚀情况下，水位变化区外部及水下混凝土最大允许水胶比应减小0.05。
A.5.2混凝土的水胶比还应满足设计规定的抗渗、抗冻等级等要求。
混凝土抗渗、抗冻等级与水泥品种、水胶比、外加剂和掺和料品种及掺量、混凝土龄期等因素有关。
对于大中型工程，应通过试验建立相应的关系曲线，并根据试验结果，选择满足设计技术指标要求的水胶比。
在没有试验资料时，抗渗混凝土的水胶比可参考表，宜根据混凝土抗冻等级和所用的骨料最大粒径按SL211选用。
表A.5.2抗渗等级与水灰比关系
抗渗等级
水灰（胶）比
W2
<0.75
W4
0.60～0.65
W6
0.55～0.60
W8
0.50～0.55
≥W10
≤0.45
注：
未掺外加剂和掺合料。
A.5.3掺掺合料时混凝土的最大水胶比应适当降低，并通过试验确定。
A.5.4混凝土用水量，应根据骨料最大粒径、坍落度、外加剂、掺合料以及适宜的砂率通过试拌确定。
1水胶比在0.40～0.70范围，当无试验资料时，其初选用水量可按表；
表A.5.4常态混凝土初选用水量表单位：
kg/m3
混凝土坍落度
（mm）
卵石最大粒径
（mm）
碎石最大粒径
（mm）
20
40
80
150
20
40
80
150
10～30
160
140
120
105
175
155
135
120
30～50
165
145
125
110
180
160
140
125
50～70
170
150
130
115
185
165
145
130
70～90
175
155
135
120
190
170
150
135
注1：
本表适用于细度模数为2.6～2.8的天然中砂。
当使用细砂或粗砂时，用水量需增加或减少3kg/m3～5kg/m3；
注2：
采用人工砂，用水量增加5kg/m3～10kg/m3；
注3：
掺入火山灰质掺合料时，用水量需增加10kg/m3～20kg/m3；采用Ⅰ级粉煤灰时，用水量可减少5kg/m3～10kg/m3；
注4：
采用外加剂时，用水量应根据外加剂的减水率作适当调整，外加剂的减水率应通过试验确定；
注5：
本表适用于骨料含水状态为饱和面干状态。
2水胶比小于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。
A.5.5石子按粒径依次分为5mm～20mm、20mm～40mm、40mm～80mm、80mm～150mm（120mm）四个粒级。
水工大体积混凝土宜尽量使用最大粒径较大的骨料，石子最佳级配（或组合比）应通过试验确定，一般以紧密堆积密度较大、用水量较小时的级配为宜。
当无试验资料时，可按表
表A.5.5石子级配比初选表
级配
石子最大粒径
（mm）
卵石
（小:
中:
大:
特大）
碎石
（小:
中:
大:
特大）
二
40
40:
60:
－:
－
40:
60:
－:
－
三
80
30:
30:
40:
－
30:
30:
40:
－
四
150
20:
20:
30:
30
25:
25:
20:
30
注：
表中比例为质量比。
A.5.6混凝土配合比宜选取最优砂率。
最优砂率应根据骨料品种、品质、粒径、水胶比和砂的细度模数等通过试验选取。
当无试验资料时，砂率可按以下原则确定：
混凝土坍落度小于10mm时，砂率应通过试验确定。
混凝土坍落度为10mm～60mm时，砂率可按表，砂率可通过试验确定，也可在表，砂率增大1%的幅度予以调整。
表A.5.6常态混凝土砂率初选表单位：
%
骨料最大粒径
（mm）
水胶比
0.40
0.50
0.60
0.70
20
36～38
38～40
40～42
42～44
40
30～32
32～34
34～36
36～38
80
24～26
26～28
28～30
30～32
150
20～22
22～24
24～26
26～28
注1：
本表适用于卵石、细度模数为2.6～2.8的天然中砂拌制的混凝土；
注2：
砂的细度模数每增减0.1，砂率相应增减0.5%～1.0%；
注3：
使用碎石时，砂率需增加3%～5%；
注4：
使用人工砂时，砂率需增加2%～3%；
注5：
掺用引气剂时，砂率可减小2%～3%；掺用粉煤灰时，砂率可减小1%～2%。
A.5.7外加剂掺量按胶凝材料质量的百分比计，应通过试验确定，并应符合国家和行业现行有关标准的规定。
A.5.8掺合料的掺量按胶凝材料质量的百分比计，应通过试验确定，并应符合国家和行业现行有关标准的规定。
A.5.9有抗冻要求的混凝土，必须掺用引气剂，其掺量应根据混凝土的含气量要求通过试验确定。
对大中型水电水利工程，混凝土的最小含气量应通过试验确定；当没有试验资料时，混凝土的最小含气量应符合《水工建筑物抗冻设计规范》（SL211）的规定。
混凝土的含气量不宜超过7%。
A.6碾压混凝土配合比设计
A.6.1碾压混凝土所用原材料应符合下列规定：
1应选用强度等级不低于32.5级的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥。
2应优先选用优质粉煤灰或其它活性材料作为掺合料；掺量超过65%，应通过试验论证；
3石料最大粒径一般不宜超过80mm。
4当采用人工骨料时，人工砂的石粉（小于0.16mm颗粒）含量宜控制在10%～22%，最佳石粉含量应通过试验确定。
5必须掺用外加剂，以满足可碾性、缓凝性及其他特殊要求。
A.6.2碾压混凝土的水胶比应根据设计对碾压混凝土性能的要求，通过试验确定，并不超过表
A.6.3碾压混凝土用水量：
水胶比在0.40～0.70范围，当无试验资料时，其初选用水量可按表
表A.6.3碾压混凝土初选用水量表单位：
kg/m3
碾压混凝土VC值
（s）
卵石最大粒径
（mm）
碎石最大粒径
（mm）
40
80
40
80
5～10
115
100
130
110
10～20
110
95
120
105
注1：
本表适用于细度模数为2.6～2.8的天然中砂，当使用细砂或粗砂时，用水量需增加或减少5kg/m3～10kg/m3；
注2：
采用人工砂，用水量增加5kg/m3～10kg/m3；
注3：
掺入火山灰质掺合料时，用水量需增加10kg/m3～20kg/m3；采用Ⅰ级粉煤灰时，用水量可减少5kg/m3～10kg/m3；
注4：
采用外加剂时，用水量应根据外加剂的减水率作适当调整，外加剂的减水率应通过试验确定；
注5：
本表适用于骨料含水状态为饱和面干状态。
A.6.4碾压混凝土砂率：
1）碾压混凝土的砂率可按表
表A.6.4碾压混凝土砂率初选表单位：
%
骨料最大粒径
（mm）
水胶比
0.40
0.50
0.60
0.70
40
32～34
34～36
36～38
38～40
80
27～29
29～32
32～34
34～36
注1：
本表适用于卵石、细度模数为2.6～2.8的天然中砂拌制的VC值为5s～12s的碾压混凝土；
注2：
砂的细度模数每增减0.1，砂率相应增减0.5%～1.0%；
注3：
使用碎石时，砂率需增加3%～5%；
注4：
使用人工砂时，砂率需增加2%～3%；
注5：
掺用引气剂时，砂率可减小2%～3%；掺用粉煤灰时，砂率可减小1%～2%。
2）在满足碾压混凝土施工工艺要求的前提下，选择最佳砂率。
最佳砂率的评定标准为：
（a）骨料分离少；（b）在固定水胶比及用水量条件下，拌和物VC值小，混凝土密度大、强度高。
A.6.5石子最佳级配应通过试验确定。
当无试验资料时，可按表
表A.6.5石子级配初选表
级配
石子最大粒径
（mm）
卵石
（小:
中:
大）
碎石
（小:
中:
大）
二
40
40:
60:
－
40:
60:
－
三
80
30:
40:
30
30:
40:
30
注：
表中比例为质量比。
A.6.6碾压混凝土配合比的计算方法和步骤除应遵守A.3和A.4的规定外，尚应符合以下规定：
1碾压混凝土拌和物的设计工作度（VC值），可选用5s～12s。
2大体积永久建筑物碾压混凝土的胶凝材料用量不宜低于130kg/m3。
3为了确保工程质量，碾压混凝土的水胶比宜小于0.7。
4碾压混凝土易产生离析，其粗骨料宜采用连续级配。
A.7结构混凝土配合比设计
A.7.1结构混凝土所用原材料应符合下列规定：
1应选用强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥和中热硅酸盐水泥。
2粗骨料宜采用连续级配，其最大粒径应不超过钢筋最小净距2/3，含泥量不得大于1%，泥块含量不得大于0.5%。
3砂料的含泥量不得大于3%，泥块含量不得大于1.0%。
4外加剂宜采用减水剂、缓凝高效减水剂、引气剂和泵送剂。
5宜掺用活性较好的矿物掺合料。
A.7.2结构混凝土配合比设计的计算方法和试配步骤除应按A.3和A.4规定进行外，尚应符合下列规定：
1结构混凝土配合比的水胶比应根据设计要求及
2配制结构混凝土采用的砂率及外加剂和矿物掺合料的品种、掺量应通过试验确定。
3配制结构混凝土配合比的用水量可按
4结构混凝土的胶凝材料用量不应低于230kg/m3。
A.8预应力混凝土配合比设计
A.8.1配制预应力混凝土所用原材料应符合下列规定。
1应选用质量稳定，强度等级不低于42.5级硅酸盐水泥，中热硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；不得使用矿渣水泥、火山灰水泥。
2宜选用连续级配的粗骨料，其粗骨料的最大粒径不应大于40mm，含泥量不应大于0.5%，泥块含量不宜大于0.2%。
3砂料的细度模数宜选用2.6～2.8，含泥量不应大于1%，泥块含量不应大于0.5%。
4配制预应力混凝土时不宜掺用氯离子含量大于水泥质量0.02%的外加剂。
A.8.2预应力混凝土配合比计算方法和试配步骤除应按A.3和A.4的规定进行外，尚应符合下列规定：
1强度等级应不小于C30，配合比中水胶比可根据已有试验成果资料选取。
2配制预应力混凝土所用砂率及外加剂的品种、掺量，应通过试验确定。
3计算预应力混凝土配合比时，其用水量可按
A.9泵送混凝土
A.9.1泵送混凝土采用的原材料应符合下列规定：
1泵送混凝土应选用硅酸盐水泥，中热硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥；不宜使用火山灰质硅酸盐水泥。
2石料宜采用连续级配，其针片状颗粒含量不宜超过10%，粗骨料的最大粒径与输送管径之比宜符合表
表A.9.1粗骨料的最大粒径与输送管径之比
石子品种
泵送高度
（m）
粗骨料粒径与输送管径之比
碎石
<50
≤1∶3.0
50～100
≤1∶4.0
>100
≤1∶5.0
卵石
<50
≤1∶2.5
50～100
≤1∶3.0
>100
≤1∶4.0
3泵送混凝土应掺用泵送剂或缓凝高效减水剂，宜掺加I、II级粉煤灰。
4泵送混凝土宜采用细度模数为2.6～2.8的砂料，最好采用颗粒级配较好的河砂，砂中小于0.315mm含量不应少于15%。
A.9.2泵送混凝土的用水量宜按下列步骤计算：
1以表，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg/m3，计算出未掺外加剂时的混凝土用水量；
2掺外加剂时的混凝土用水量可按公式（
（
式中mw——掺外加剂时混凝土用水量，kg；
mw0——未掺外加剂时混凝土用水量，kg；
β——外加剂减水率。
3外加剂的减水率应通过试验确定。
A.9.3泵送混凝土试配时坍落度要求应按公式（
（
式中Tt——试配时要求的坍落度，mm；
Tp——入泵时要求的坍落度，mm；
T——坍落度经时损失值，mm。
A.9.4泵送混凝土配合比的计算和试配步骤除应按A.3和A.4规定进行外，尚应符合下列规定：
1泵送混凝土水胶比不宜大于0.60。
2泵送混凝土胶凝材料用量不宜小于300kg/m3。
3泵送混凝土砂率宜为35%～45%。
4泵送混凝土含气量不宜大于4%。
A.10喷射混凝土配合比设计
A.10.1喷射混凝土所用原材料应符合下列规定：
1应优先选用强度等级不低于32.5级的硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；也可使用强度等级不低于42.5级的矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥，必要时采用特种水泥。
当掺用钢纤维时，水泥强度等级不宜低于42.5级。
2应选用质地坚硬、级配良好的中粗砂。
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