普通混凝土配合比设计方法及例题.docx
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普通混凝土配合比设计方法及例题
普通混凝土配合比设计方法[]
一、基本要求
1.普通混凝土要兼顾性能与经济成本，最主要的是要控制每立方米胶凝材料用量及水泥用量，走低水胶比、大掺合料用量、高砂率的设计路线；
2.普通塑性混凝土配合比设计时，主要参数参考下表
表1普通混凝土配合比设计参数参考表（自定，待验证）
砼强度等级
C20
C30
C40
C50
C60
C70
C80
C90
≥C100
胶凝材料质量（kg）
350±20
360±20
400±20
450±20
480±20
500±20
530±20
550±20
580±20
水胶比W/B
0.50~0.53
0.44~0.47
0.40~0.44
0.33~0.35
0.30~0.33
0.27
0.25
0.25
≤0.25
砂率（%）
45~50
40~44
40~44
38~40
38~40
38~40
38~40
38~40
38~40
粗骨料质量（kg）
1050~1100kg
①普通混凝土不宜用32.5级水泥，应采用普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥；
②普通混凝土掺合料不宜使用多孔、含碳量、含泥量、泥块含量超标的掺合料；
③确保外加剂与水泥及掺合料相容性良好，其中重点关注缓凝剂、膨胀剂等与水泥及掺合料的相容性，相容性不良的外加剂，不得用于配制混凝土；
3设计普通混凝土配合比时，应用excel编计算公式，计算过程中通过调整参数以符合表1给出的范围。
2术语、符号
2.1术语
2.1.1普通混凝土ordinaryconcrete
干表观密度为2000～2800kg/m3的水泥混凝土。
2.1.2干硬性混凝土stiffconcrete
拌合物坍落度小于10mm且须用维勃时间（s）表示其稠度的混凝土。
2.1.3塑性混凝土plasticconcrete
拌合物坍落度为10mm～90mm的混凝土。
2.1.4流动性混凝土pastyconcrete
拌合物坍落度为100mm～150mm的混凝土。
2.1.5大流动性混凝土flowingconcrete
拌合物坍落度不小于160mm的混凝土。
2.1.6抗渗混凝土impermeableconcrete
抗渗等级不低于P6的混凝土。
2.1.7抗冻混凝土frost-resistantconcrete
抗冻等级不低于F50的混凝土。
2.1.8高强混凝土high-strengthconcrete
强度等级不小于C60的混凝土。
2.1.9泵送混凝土pumpedconcrete
可在施工现场通过压力泵及输送管道进行浇筑的混凝土。
2.1.10大体积混凝土massconcrete
体积较大的、可能由胶凝材料水化热引起的温度应力导致有害裂缝的结构混凝土。
2.1.11胶凝材料binder
混凝土中水泥和矿物掺合料的总称。
2.1.12胶凝材料用量bindercontent
混凝土中水泥用量和矿物掺合料用量之和。
2.1.13水胶比water-binderratio
混凝土中用水量与胶凝材料用量的质量比。
2.1.14矿物掺合料掺量percentageofmineraladmixture
矿物掺合料用量占胶凝材料用量的质量百分比。
2.1.15外加剂掺量percentageofchemicaladmixture
外加剂用量相对于胶凝材料用量的质量百分比。
2.2符号
fcu,o
——
混凝土配制强度（MPa）；
fcu,k
——
混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）；
fb
——
胶凝材料28d抗压强度实测值（MPa）；
fce,g
——
水泥强度等级值（MPa）；
mwa
——
掺外加剂时每立方米混凝土中的用水量（kg）；
mbo
——
计算配合比每立方米混凝土的胶凝材料用量（kg）；
mco
——
计算配合比每立方米混凝土的水泥用量（kg）；
mgo
——
计算配合比每立方米混凝土的粗骨料用量（kg）；
mso
——
计算配合比每立方米混凝土的细骨料用量（kg）；
mwo
——
计算配合比每立方米混凝土的用水量（kg）；
mc
——
每立方米混凝土的水泥用量（kg）；
mb
——
每立方米混凝土的胶凝材料用量（kg）；
mg
——
每立方米混凝土的粗骨料用量（kg）；
ms
——
每立方米混凝土的细骨料用量（kg）；
mw
——
每立方米混凝土的用水量（kg）；
mcp
——
每立方米混凝土拌合物的假定质量（kg）；
γf
——
矿物掺合料影响系数；
β
——
外加剂的减水率（％）；
βa
——
外加剂的掺量（％）；
βf
——
矿物掺合料的掺量（％）；
βs
——
砂率（％）；
ρc
——
水泥密度（kg/m3）；
ρf
——
矿物掺合料密度（kg/m3）；
ρg
——
粗骨料的表观密度（kg/m3）；
ρs
——
细骨料的表观密度（kg/m3）；
ρw
——
水的密度（kg/m3）；
α
——
混凝土的含气量百分数；
ρc,c
——
混凝土拌合物表观密度计算值（kg/m3）；
ρc,.t
——
混凝土拌合物表观密度实测值（kg/m3）；
δ
——
混凝土配合比校正系数。
Pt
——
六个试件中不少于4个未出现渗水时的最大水压值（MPa）
P
——
设计要求的抗渗等级值
Tt
——
试配时要求的坍落度值
Tp
——
入泵时要求的坍落度值
ΔT
——
试验测得在预计时间内的坍落度经时损失值
3基本规定
3.0.1混凝土配合比设计应满足混凝土配制强度、拌合物性能、力学性能和耐久性能的设计要求。
混凝土拌合物性能、力学性能和耐久性能的试验方法应分别符合现行国家标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080、《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082的规定。
3.0.2混凝土配合比设计应采用工程实际使用的原材料，并应满足国家现行标准的有关要求；配合比设计应以干燥状态骨料为基准，细骨料含水率应小于0.5%，粗骨料含水率应小于0.2%。
3.0.3混凝土的最大水胶比应符合《混凝土结构设计规范》GB50010的规定。
3.0.4混凝土的最小胶凝材料用量应符合表3.0.4的规定，配制C15及其以下强度等级的混凝土，可不受表3.0.4的限制。
表3.0.4混凝土的最小胶凝材料用量
最大水胶比
最小胶凝材料用量（kg/m3）
素混凝土
钢筋混凝土
预应力混凝土
0.60
250
280
300
0.55
280
300
300
0.50
320
≤0.45
330
3.0.5矿物掺合料在混凝土中的掺量应通过试验确定。
钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量宜符合表3.0.5-1的规定；预应力钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量宜符合表3.0.5-2的规定。
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
最大掺量（%）
硅酸盐水泥
普通硅酸盐水泥
粉煤灰
≤0.40
≤45
≤35
＞0.40
≤40
≤30
粒化高炉矿渣粉
≤0.40
≤65
≤55
＞0.40
≤55
≤45
钢渣粉
－
≤30
≤20
磷渣粉
－
≤30
≤20
硅灰
－
≤10
≤10
复合掺合料
≤0.40
≤60
≤50
＞0.40
≤50
≤40
注：
①采用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥之外的通用硅酸盐水泥时，混凝土中水泥混合材和矿物掺合料用量之和应不大于按普通硅酸盐水泥用量20%计算混合材和矿物掺合料用量之和；
②对基础大体积混凝土，粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和复合掺合料的最大掺量可增加5％；
③复合掺合料中各组分的掺量不宜超过任一组分单掺时的最大掺量。
表3.0.5-2预应力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
最大掺量（%）
硅酸盐水泥
普通硅酸盐水泥
粉煤灰
≤0.40
≤35
≤30
＞0.40
≤25
≤20
粒化高炉矿渣粉
≤0.40
≤55
≤45
＞0.40
≤45
≤35
钢渣粉
－
≤20
≤10
磷渣粉
－
≤20
≤10
硅灰
－
≤10
≤10
复合掺合料
≤0.40
≤50
≤40
＞0.40
≤40
≤30
注：
①粉煤灰应为Ⅰ级或Ⅱ级F类粉煤灰；
②在复合掺合料中，各组分的掺量不宜超过单掺时的最大掺量。
3.0.6混凝土拌合物中水溶性氯离子最大含量应符合表3.0.6的要求。
混凝土拌合物中水溶性氯离子含量应按照现行行业标准《水运工程混凝土试验规程》JTJ270中混凝土拌合物中氯离子含量的快速测定方法进行测定。
表3.0.6混凝土拌合物中水溶性氯离子最大含量
环境条件
水溶性氯离子最大含量（%，水泥用量的质量百分比）
钢筋混凝土
预应力混凝土
素混凝土
干燥环境
0.3
0.06
1.0
潮湿但不含氯离子的环境
0.2
潮湿而含有氯离子的环境、盐渍土环境
0.1
除冰盐等侵蚀性物质的腐蚀环境
0.06
3.0.7长期处于潮湿或水位变动的寒冷和严寒环境、以及盐冻环境的混凝土应掺用引气剂。
引气剂掺量应根据混凝土含气量要求经试验确定；掺用引气剂的混凝土最小含气量应符合表3.0.7的规定，最大不宜超过7.0%。
表3.0.7掺用引气剂的混凝土最小含气量
粗骨料最大公称粒径（mm）
混凝土最小含气量（％）
潮湿或水位变动的寒冷和严寒环境
盐冻环境
40.0
4.5
5.0
25.0
5.0
5.5
20.0
5.5
6.0
注：
含气量为气体占混凝土体积的百分比。
3.0.8对于有预防混凝土碱骨料反应设计要求的工程，混凝土中最大碱含量不应大于3.0kg/m3，并宜掺用适量粉煤灰等矿物掺合料；对于矿物掺合料碱含量，粉煤灰碱含量可取实测值的1/6，粒化高炉矿渣粉碱含量可取实测值的1/2。
3.0.8混凝土耐久性设计[]
限制每立方米混凝土中胶凝材料的最低和最高用量，尽可能减水硅酸酸盐水泥用量。
除此之外，还应保证混凝土施工质量。
即要混凝土搅拌搅拌均匀、浇捣密实、加强养护，避免产生次生裂缝。
表3.0.8环境分类与作用等级[2]
类别
名称
A
轻微
B
轻度
C
中度
D
严重
E非常严重
F极端严重
腐蚀机理
Ⅰ
一般环境
Ⅰ－A
Ⅰ－B
Ⅰ－C
－
－
－
混凝土碳化引起的钢筋锈蚀
Ⅱ
冻融环境
－
－
Ⅱ－C
Ⅱ－D
Ⅱ－E
－
反复冻融引起混凝土损伤
Ⅲ
海洋氯化物环境
－
－
Ⅲ－C
Ⅲ－D
Ⅲ－E
Ⅲ－F
氯盐引起钢筋锈蚀
Ⅳ
除冰盐等其它氯盐环境
－
－
Ⅳ－C
Ⅳ－D
Ⅳ－E
－
氯盐引起钢筋锈蚀
Ⅴ
化学腐蚀环境
－
－
Ⅴ－C
Ⅴ－D
Ⅴ－E
－
硫酸盐等化学物质对砼的腐蚀
注：
氯化物环境（Ⅲ和Ⅳ）对混凝土材料也有一定腐蚀作用，但主要是引起钢筋的严重锈蚀。
反复冻融（Ⅱ）和其它化学介质对混凝土的冻蚀和腐蚀，也会间接促进钢筋锈蚀，有的并能直接引起钢筋锈蚀，但主要是对混凝土的损伤和破坏。
标准[]对混凝土的最低强度等级、最大水胶比和每立方米混凝土胶凝材料最小用量作了如下规定：
表3.0.8混凝土最低强度等级、最大水胶比、和胶凝材料用量[3]（kg•m-3）
使用年限
环境作用等级
100年
50年
30年
A
C30，0.55，280
C25，0.60，260
C20，0.65，240
B
C35，0.50，300
C30，0.55，280
C25，0.60，260
C
C40，0.45，320
C35，0.50，300
C30，0.55，300
D
C45，0.40，340
C40，0.45，320
C40，0.45，320
E
C50，0.36，360
C45，0.40，340
C45，0.40，340
F
C55，0.66，380
C50，0.36，360
C50，0.36，360
注：
1、对于氯盐环境（Ⅲ-D和Ⅳ-D），这一混凝土最大水胶比0.45宜降为0.40。
2、引气混凝土的最低强度等级与最大水胶比可按降低一个环境等级采用。
3、表中胶凝材料最小用量与骨料最大粒径约为20mm的混凝土相对应，当最大粒径较小或较大时需适当增减胶凝材料用量。
4、对于冻融和化学腐蚀环境下的薄壁构件，其水胶比宜适当低于表中对应的数值。
4混凝土配制强度的确定
4.0.1混凝土配制强度应按下列规定确定：
1．当混凝土的设计强度等级小于C60时，配制强度应按下式计算：
（4.0.1-1）
式中，fcu,o—混凝土配制强度（MPa）；
fcu,k—混凝土立方体抗压强度标准值，这里取设计混凝土强度等级值（MPa）；
σ—混凝土强度标准差（MPa）。
2．当设计强度等级大于或等于C60时，配制强度应按下式计算：
（4.0.1-2）
4.0.2混凝土强度标准差应按照下列规定确定：
1．当具有近1个月～3个月的同一品种、同一强度等级混凝土的强度资料时，其混凝土强度标准差σ应按下式计算：
（4.0.2）
式中，fcu,i—第i组的试件强度（MPa）；
mfcu—n组试件的强度平均值（MPa）；
n—试件组数，n值应大于或者等于30。
对于强度等级不大于C30的混凝土：
当σ计算值不小于3.0MPa时，应按照计算结果取值；当σ计算值小于3.0MPa时，σ应取3.0MPa。
对于强度等级大于C30且不大于C60的混凝土：
当σ计算值不小于4.0MPa时，应按照计算结果取值；当σ计算值小于4.0MPa时，σ应取4.0MPa。
2．当没有近期的同一品种、同一强度等级混凝土强度资料时，其强度标准差σ可按表4.0.2取值。
表4.0.2标准差σ值（MPa）
混凝土强度标准值
≤C20
C25~C45
C50~C55
σ
4.0
5.0
6.0
5混凝土配合比计算
5.1水胶比
5.1.1混凝土强度等级小于C60等级时，混凝土水胶比宜按下式计算：
（5.1.1）
式中：
W/B－混凝土水胶比；
a、b—回归系数，按规程5.1.2条的规定取值；
fb—胶凝材料（水泥与矿物掺合料按使用比例混合）28d胶砂强度（MPa），可实测，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/T17671执行；也可按本规程5.1.3条确定。
5.1.2回归系数（a、b）宜按下列规定确定：
1．根据工程所使用的原材料，通过试验建立的水胶比与混凝土强度关系式来确定；
2．当不具备上述试验统计资料时，可按表5.1.2采用。
表5.1.1回归系数（a、b）取值表
粗骨料品种
系数
碎石
卵石
a
0.53
0.49
b
0.20
0.13
5.1.3当胶凝材料28d胶砂抗压强度值（fb）无实测值时，可按下式计算：
（5.1.2）
式中：
f、s—粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数，可按表5.1.2选用；
fce—水泥28d胶砂抗压强度（MPa），可实测，也可按本规程第5.1.4条规定。
表5.1.2粉煤灰影响系数f和粒化高炉矿渣粉影响系数s
掺量（%）种类
粉煤灰影响系数f
粒化高炉矿渣粉影响系数s
0
1.00
1.00
10
0.85～0.95
1.00
20
0.75～0.85
0.95～1.00
30
0.65～0.75
0.90～1.00
40
0.55～0.65
0.80～0.90
50
-
0.70～0.85
注：
1采用Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰宜取上限值；
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。
5.1.4当水泥28d胶砂抗压强度（fce）无实测值时，可按下式计算：
（5.1.3）
式中：
c—水泥强度等级值的富余系数，可按这际统计资料确定；当缺乏实际统计资料时，也可按表5.1.3选用。
fce,g—水泥强度等级（MPa）。
表5.1.3水泥强度等级值的富余系数（c）
水泥强度等级值
32.5
42.5
52.5
富余系数
1.12
1.16
1.10
5.2用水量和外加剂用量
5.2.1每立方米干硬性或塑性混凝土的用水量（mwo）应符合下列规定：
1．混凝土水胶比在0.40～0.80范围时，可按表5.2.1-1和表5.2.1-2选取；
2．混凝土水胶比小于0.40时，可通过试验确定。
表5.2.1-1干硬性混凝土的用水量（kg/m3）
拌合物稠度
卵石最大公称粒径（mm）
碎石最大粒径（mm）
项目
指标
10.0
20.0
40.0
16.0
20.0
40.0
维勃稠度
（s）
16～20
175
160
145
180
170
155
11～15
180
165
150
185
175
160
5～10
185
170
155
190
180
165
表5.2.1-2塑性混凝土的用水量（kg/m3）
拌合物稠度
卵石最大粒径（mm）
碎石最大粒径（mm）
项目
指标
10.0
20.0
31.5
40.0
16.0
20.0
31.5
40.0
坍落度
（mm）
10～30
190
170
160
150
200
185
175
165
35～50
200
180
170
160
210
195
185
175
55～70
210
190
180
170
220
105
195
185
75～90
215
195
185
175
230
215
205
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5～10kg；采用粗砂时，可减少5～10kg。
②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5kg/m3用水量来计算，当坍落度增大到180mm以上时，随坍落度相应增加的用水量可减少。
③基于保证剩余强度和混凝土耐久性考虑，单方用水量需小于200kg，采用低水胶比、大掺和料的方式设计混凝土配合比。
5.2.2掺外加剂时，每立方米流动性或大流动性混凝土的用水量（mwo）可按下式计算：
（5.2.2）
式中：
mw0—计算配合比每立方米混凝土的用水量（kg/m3）；
—未掺加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），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5kg/m3用水量来计算，当坍落度增大到180mm以上时，随坍落度相应增加的用水量可减少。
β—外加剂的减水率（％），应经混凝土试验确定。
5.2.3每立方米混凝土中外加剂用量应按下式计算：
（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）；
mb0—计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量（kg）；
βa—外加剂掺量（%），应经混凝土试验确定。
5.3胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量
5.3.1每立方米混凝土的胶凝材料用量（mbo）应按下式计算：
（5.3.1）
式中：
mb0—计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量（kg/m3）；
mw0—计算配合比每立方米混凝土用水量（kg/m3）；
W/B—混凝土水胶比。
5.3.2每立方米混凝土的矿物掺合料用量（mf0）计算应按下式计算：
（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条和第5.1.1条的规定确定。
计算水胶比过程中确定的矿物掺合料掺量（%）。
5.3.3每立方米混凝土的水泥用量（mco）应按下式计算：
（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）。
5.4砂率
5.4.1砂率（βs）应根据骨料的技术指标，混凝土拌合物性能和施工要求，参考历史资料确定。
5.4.2当缺乏砂率的历史资料时，混凝土砂率的确定应符合下列规定：
1．坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。
2．坍落度为10～60mm的混凝土砂率，可根据粗骨料品种、最大公称粒径及水灰比按表5.4.1选取。
3．坍落度大于60mm的混凝土砂率，可经试验确定，也可在表5.4.1的基础上，按坍落度每增大20mm、砂率增大1％的幅度予以调整。
表5.4.1混凝土的砂率（％）
水胶比
（W/B）
卵石最大公称粒径（mm）
碎石最大粒径（mm）
10.0
20.0
40.0
16.0
20.0
40.0
0.40
26～32
25～31
24～30
30～35
29～34
27～32
0.50
30～35
29～34
28～33
33～38
32～37
30～35
0.60
33～38
32～37
31～36
36～41
35～40
33～38
0.70
36～41
35～40
34～39
39～44
38～43
36～41
注：
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；
采用人工砂配制混凝土时，砂率可适当增大；
只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率应适当增大；
对薄壁构件，砂率宜取偏大值。
5.5粗、细骨料用量
5.5.1当采用质量法计算混凝土配合比时，粗、累骨料用量应按式（5.5.1-1）计算；砂率应按式（5.5.1-2）计算。
（5.5.1-1）
（5.5.1-2）
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）；
mw0—计算配合比每立方米混凝土的用水量（kg）；
βs—砂率（％）；
mcp—每立方米混凝土拌合物的假定质量（kg），按表5.5.1选取。
表5.5.1普通混凝土假定质量（mcp）
混凝土强度等级
≤C15
C20～C35
≥C40
假
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