混凝土配比设计计算.docx
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混凝土配比设计计算
《第一篇计算原理》《第五章杆塔基础施工》之《第四节混凝土配比设计计算》按《中华人民共和国行业标准普通混凝土配比设计规程JGJ55-2000》进行修改：
一、概述
1）普通水泥（如：
普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥）的“标号”（如“425号水泥”）在新的国家标准中改为水泥的“强度等级”（如“强度等级42.5的水泥”），其数值等于ISO法检验所得28天水泥胶砂抗压强度；
2）混凝土的强度等级（例如“C25”）一般由设计文件提供，其数值等于该混凝土标准试块在28天时的抗压强度，单位为Mpa。
二、确定所用水泥的强度等级
1、确定所用水泥的强度等级
1）比值：
其比值一般为1.5～2.5，最佳为1.5～2.0
采用较高强度等级混凝土时为1.5
2）混凝土强度等级为≤C10时，水泥强度等级一般选22.5～27.5
混凝土强度等级为C15时，水泥强度等级一般选22.5～32.5
混凝土强度等级为C20时，水泥强度等级一般选32.5～42.5
混凝土强度等级为≥C30时，水泥强度等级一般选42.5～52.5
3）一般气温地区钢筋混凝土所用的水泥可选>27.5
寒冷地区（最寒冷月份里的月平均气温为-5℃～-15℃），水泥强度等级可选27.5～42.5
严寒地区（最寒冷月份里的月平均气温低于-15℃），水泥强度等级可选32.5～42.5
2．注意事项
1）若混凝土水灰比很小，且在浇注时能用振捣器振捣，可用较低强度等级的水泥；
2）当水泥强度等级大于上述最高强度等级，且工程性质及施工条件许可时，可加适量掺合料，但本程序所用计算方法已不适用；
3）厚大体积的混凝土，当不掺用活性的或填充的掺合料时，不宜使用大于42.5号普通水泥或硅酸盐水泥。
三、确定混凝土配制强度
1．确定实配混凝土强度标准差σ
根据施工现场的管理水平、原材料质量的可信度以及其它具体情况（如拌合、运输、浇灌、振捣、天气、养护等），确定实际施工配置混凝土的强度标准差σ。
混凝土的强度标准差根据统计资料计算确定，但：
当混凝土的强度等级为C20~C25时，σ≮2.5MPa
当混凝土的强度等级≥C30时，σ≮3.0MPa
当无统计资料时，根据《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204）：
当混凝土的强度等级＜C30时，σ=4.0MPa
当混凝土的强度等级C30~C45时，σ=5.0MPa
当混凝土的强度等级＞C45时，σ=6.0MPa
2．计算混凝土配制强度
式中：
C配制——计算用混凝土配制强度，Mpa；
C设计——混凝土设计强度（混凝土立方体抗压强度标准值），Mpa；
σ——实配混凝土强度标准差σ，Mpa。
四、计算砂、石用量
在算出了所用的水灰比（W/C）、用水量（Ｗ）、水泥用量（Ｃ）、砂率S（砂所占的体积为砂、石总体积的百分比）后，要进一步算出砂、石用量，这时有二种方法：
1．绝对体积法
基本原理是：
混凝土的体积等于各组成材料的密实体积之总和。
各组成材料的密实体积是指其不包括颗粒间空隙的体积，分别等于其质量除以其密度。
2．假定容重法
基本原理是：
配制的混凝土混合物的容重接近一个固定值，这就可以先假定一个混凝土拌合物容重值，再根据各材料之间的关系，计算出各材料的需用量。
这两种方法的区别在于绝对体积法要设定（或测定）砂、石的密度，而假定容重法要设定混凝土的容重，这些设定值的误差大小将影响计算结果的精确度。
五、配料比率计算
1．确定水灰比
混凝土水灰比按如下经验公式计算：
对碎石混凝土：
对卵石混凝土：
式中：
W/C——水灰比；
Ｒ——水泥28天抗压强度实测值（数值等于或略大于水泥的强度等级），MPa；
C配制——试配混凝土强度等级，MPa。
2．确定用水量Ｗ
首先根据基础类型和施工条件由下表选定混凝土的坍落度（cm）。
结构种类
坍落度（cm）
振动器捣实
人工捣实
1
基础或地面等的垫层
1～3
1～3
2
无筋基础或少筋基础
1～3
3～5
3
主柱、梁、板
3～5
5～7
4
配筋密列的薄璧、细柱等
5～7
7～9
注：
①干硬性混凝土，应根据结构种类和振实条件通过试验确定坍落度；
②曲面或斜面结构的混凝土、掺毛石的混凝土等，其坍落度值应根据实际需要另行选定，以免流淌。
由混凝土的坍落度和所用石子的粒径、表面光滑程度等，由下表确定1ｍ３混凝土的用水量（kg）
混凝土所
需坍落度
（cm）
石子最大粒径（mm）
卵石
碎石
10
20
31.5
40
16
20
31.5
40
1.0～3.0
190
170
160
150
200
185
175
165
3.5～5.0
200
180
170
160
210
195
185
175
5.5～7.0
210
190
180
170
220
205
195
185
7.5～9.0
215
195
185
175
230
215
205
195
注：
表中数值适用于中砂，采用细砂时，可增加7.5kg。
采用粗砂时，用水量可减7.5kg。
当掺用各种外加剂或掺合料时，应调整用水量。
3．计算水泥用量Ｃ
根据已确定的水灰比及用水量，按下式计算水泥用量：
式中：
Ｃ－—每立方米混凝土的水泥用量，kg；
Ｗ－—每立方米混凝土的用水量，kg；
W/Ｃ——水灰比。
4．校核最大水灰比和最小水泥用量
为保证混凝土的耐久性，以上计算结果应满足下表所列的最大水灰比和最小水泥用量的要求。
如果水灰比太大则应减小水泥强度等级。
如水泥用量太少，也应减少水泥强度等级，使符合下表的要求。
混凝土所处的环境条件
最大水灰比
最小水泥用量（kg/m3）
无筋混凝土
钢筋混凝土
无筋混凝土
钢筋混凝土
不受雨雪影响的干燥环境
不规定
0.65
200
260
无冻害的潮湿环境
0.7
0.60
225
280
有冻害的潮湿环境
0.55
0.55
250
280
有冻害和有除冰剂的潮湿环境
0.50
0.50
300
300
注：
①表中的最小水泥用量，仅适用于机械振捣的混凝土，如用人工捣实时，应增加25kg/m3；
②严寒地区指最寒冷月份里的月平均温度低于-150C者，寒冷地区则为处于-50～+150C之间者。
5．确定砂率Ｓ
砂率是指砂所占的体积与砂、石总体积的百分比。
确定砂率的原则是以砂来填充石子的空隙，并稍有富余。
砂率S可参用下表选定。
水灰比（W/C）
卵石最大粒径（mm）
碎石最大粒径（mm）
10
20
40
16
20
40
0.4
0.5
0.6
0.7
26-32
30-35
33-38
36-41
25-31
29-34
32-37
35-40
24-30
28-33
31-36
34-39
30-35
35-38
36-41
39-44
29-34
32-37
35-40
38-43
27-32
30-35
33-38
36-41
注：
①表中数值系中砂的选用砂率；如为细砂可相应地减少；如为粗砂可相应地增加；
②表中数值适用于坍落度为10～60mm的混凝土；坍落度过大时应相应地增加；坍落度过小时应相应地减小；
③只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率应适当地增加；
④掺有各种外加剂或混合料时，其合理砂率值应经试验或参照其他有关规定选用。
６Ａ。
绝对体积法计算砂和石的用量
或：
式中：
Ｗ、Ｃ、Ｇ砂、Ｇ石——１ｍ3混凝土中水、水泥、砂、石的质量，kg；
Ｖ水、Ｖ灰、Ｖ砂、Ｖ石——分别为水、水泥、砂、石子的密度，kg/dm3；
Ｖ水=1
Ｖ灰=3.1
Ｖ砂=2.65
Ｖ石=2.7
ＶW——1ｍ3混凝土中水的体积，dm3；
ＶC——1ｍ3混凝土中水泥的密实体积，dm3。
ＶC＝Ｃ／Ｖ灰
又因为砂率S为已知值：
联立以上两方程式，即可求得１ｍ3混凝土中砂、石用量Ｇ砂、Ｇ石。
而混凝土的初步配合比则为：
６Ｂ．假定容重法计算砂和石的用量
1）设定混凝土容重Ｖ0混
混凝土容重Ｖ0混可按下表选用。
混凝土强度等级
≤C10
C15～C30
>C30
假定容重（kg/m3）
2360
2400
2450
2）因为１ｍ3混凝土中，砂、石的质量等于混凝土重减去水和水泥的质量，得如下方程式（Ｖ0混、Ｗ、Ｃ为已知值）：
Ｇ砂+Ｇ石=Ｖ0混－Ｗ－Ｃ
同时有：
Ｇ砂=（Ｇ砂+Ｇ石）×Ｓ
联立以上两方程式即可求得：
（Ｇ砂＋Ｇ石）和Ｇ砂。
再求得Ｇ石：
Ｇ石=（Ｇ砂＋Ｇ石）－Ｇ砂
则混凝土的初步配合为：
以上两式中：
Ｖ0混——混凝土容重
Ｗ、Ｃ、Ｇ砂、Ｇ石——１ｍ3混凝土中水、水泥、砂、石的质量，kg/dm3；
S——砂率。
７．施工秤料比
如经测定，砂的实际含水率为a%，石子的实际含水率为b%，则应再换算出施工秤料配合比，其材料用量应为：
Ｗ0=Ｗ－Ｇ砂·a%－Ｇ石·b%
Ｃ０＝Ｃ（无变化）
Ｇ０砂＝Ｇ砂（1+a%）
Ｇ0石=Ｇ石（1+b%）
式中：
Ｗ0、Ｃ０、Ｇ０砂、Ｇ0石——１ｍ3混凝土中水、水泥、砂、石的施工秤料质量，kg；
Ｗ、Ｃ、Ｇ砂、Ｇ石——１ｍ3混凝土中水、水泥、砂、石的质量，kg/dm3；
a%、b%——砂和石子的实际含水率。
参考资料：
1《中华人民共和国行业标准普通混凝土配比设计规程JGJ55-2000》
2《高压送电线路基础施工》潘雪荣1995年水利电力出版社
修改原因：
江西送变电公司朱日凉先生、山西送变电公司翟依学先生提出：
2001年4月1日施行的《中华人民共和国行业标准普通混凝土配比设计规程JGJ55-2000》对JGJ/T55-96作了修改，其中牵涉到公式等。
附件：
同一水泥在新旧规程中的抗压强度因检验方法不同而不同
1）2001年4月1日开始实行的《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）公式中用到的Ｒ（水泥28天抗压强度实测值）应该用ISO法进行测定，而老规程《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-96）公式中用到的Ｒ则是用GB法进行的。
2）新ISO法和老标准GB法水泥强度检验方法的主要区别
检验方法
GB／17671－1999（ISO法）
GB177－85（GB法）
标准沙
0.08～2.00
0.25～0.65
粒径/mm
0.08～0.50占1/3：
0.50～1.00占1/3
1.0～2.0占1/3
0.25～0.4占60%
0.40～0.65占40%
水灰比
0.5
0.46～0.6
灰砂比
1：
3
1：
2.5
试件受压面尺寸/mm
40*40
406*2.54
ISO强度检验方法所采用的标准砂模拟了砼集料的级配，采用粒径分布较宽的三级级配，水泥试体成型的水灰比大，灰砂比小，更接近于砼的实际情况，对水泥的活性敏感程度也远远超过GB强度检验方法。
3）新标准中同一水泥的标号将下降
水泥胶砂强度检验方法由老的GB法过渡到ISO法后，由于水泥试件的配砂成份改变，特别是水灰比加大和灰砂比的减小，我国老水泥标号要普遍降低一个标号，有的要降低（13～16）Mpa。
而国内部分独资和合资企业的水泥产品则下降得很少，只有（２～３）MPa。
根据中国建材科学研究院对不同生产工艺、不同窑型生产水泥的ISO及GB强度检验方法的强度对比试验统计，发现不同生产工艺生产的水泥，采用ISO法后其强度下降程度也各不相同。
生产工艺及窑型
厂家数量
ISO法后强度下降值/MPa
ISO法后强度下降百分数/%
新型干法窑
18
8.31
13.83
湿法窑
13
10.29
15.82
立窑
27
9.46
17.75
立波尔窑
1
13.6
20.89
4）国内外水泥采用GB法和采用ISO法的砼强度公式的简化式
水泥强度检验方法
国内外水泥采用GB法
ISO法的砼强度公式的简化式
国外水泥砼强度公式简化式
R砼=0.75RGB
R砼=0.80RISO
我国水泥砼强度公式简化式
R砼=0.63RGB
R砼=0.81RISO
参考资料：
水泥新标准的实施有利于水泥工业的发展和技术创新 贺烽（南京水泥工业设计研究院）
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