普通水泥混凝土组成设计在线视频

各位同学大家好

今天我们讲述第四章

普通水泥混凝土中的第六讲

普通混凝的组成设计

这章主要包括两块内容

第一块就是水泥混凝土

原材料的技术要求

第二块混凝土的组成设计

首先我们来看一看

水泥混凝土对原材料

有哪些方面的要求

首先水泥混凝土当中对水泥品种

和水泥强度有一定的要求

因为水泥是混凝土中的胶结材料

胶结性能对将来混凝土的性能影响很大

另外一个混凝土当中

水泥的费用相对较高

所以选材的时候也要慎重

选用原则就是满足强度要求

收缩小和易性好而且还要经济

水泥品种如何选取

主要是根据工程性质

就是以工程是桥梁隧道还是路面

处在什么环境

处在有冻融的环境

还是没有冻融的环境

另外一个就是施工条件

一般就是根据钢材的工程性质

选用这五大品种的水泥

硅酸盐水泥 矿渣水泥 普通水泥

火山灰水泥和粉煤灰水泥

首先我们来看一看

水泥品种定了以后

水泥的标号怎么选取

总的原则是水泥的标号

与混凝土的强度要相适应

什么意思呢

就是水泥的标号越高

配置的混凝土的强度也越高

高多少呢

我们这里有一个一般的规定

对于一般混凝土

水泥的强度是混凝土强度的1.2到2倍

对于高强混凝土

水泥的强度是混凝土强度的0.9到1.5倍

我们就按照这个比例

也就说根据混凝土的强度等级

根据系数来确定水泥的标号

作为路面混凝土

我们尽可能的选择早强型的水泥

为什么因为路面是一个带状的构造物

我们要尽量的减少养护的时间

第二个就是集料

混凝土当中集料占的比例非常大

选用什么样的集料

也涉及到混凝土的性能优劣

粗集料主要有碎石

就是旁边那张图

我们经过粉碎 经过加工形成的碎石

还有一种就是卵石

卵石可能有河卵石 海卵石或者山卵石

就是这几张图片

不管用什么集料

我们都要保证这个集料就是

有一定的物理性能化学性能

确定它不能与水泥

发生有害的化学反应

对粗集料的技术要求也有规定

一个是强度坚固性

强度就是我们在第一章当中

已经给同学们讲述了

采用石料的抗压强度和压碎值

来表示粗集料的强度

第二个是坚固性

我们用硫酸钠坚固试验法来评价

第三就是有害杂质

看一看混凝土的用石料表面

有没有一些有害的或者是杂质

或者是泥土附在粗集料表面

这些对混凝土的粘结性

抗渗抗冻都有影响

另外一个就是最大粒径

最大粒径越大单位用水量越小

和易性越好

但是抗折强度会受到一定的影响

还有就是颗粒形状

表面越粗糙棱角性强强度越高的

这种就是强度越好

但它的流动性可能会差

粗集料尽量选用接近于立方体

还有就是级配

粗集料级配也要良好

粗集料的具体的技术标准

在我们教材上有列出

主要是按照这个规范进行规定

第三个就是细集料

细集料应该为级配良好质地坚硬

颗粒洁净的河砂或者是海砂

若受施工条件

这个地反没有河砂海砂

也可以用山砂或者是机制砂

这就是河砂海砂山砂

那边就是机制砂

砂子也有一定的技术要求

一个是它的细度模数

一般混凝土用砂的细度模数

一般是介于1.6-3.7的这个范围

我们一会要看一下

混凝土细集料的级配分区

这个级配分区是从这个规范里引来的

我们把0.6这个筛孔上的通过率

分了几个档

这是天然砂

我们这里头还涉及到了机制砂

选砂的时候级配就要按照这个来选

这是砂子的三个级配范围

刚才就是0.6这个筛孔上的通过率

15-30 30-60 60-84

分为III个区

我们工程当中怎么样来选砂子

原则上落在这个III个区

就是它的级配经过筛分以后

得到的细集料级配

落在这III个区都可以

当然最好是在II区

如果落在I区和III区的时候

因为I区这个砂子比较粗

III区砂子比较细

落在I区和III区的时候

用砂量稍微要进行调整

因为这个比较粗的砂子用量稍微大一点

比较细的砂子用量稍微小一点

第四就是拌和用水

能饮用的水拌混凝土都没有问题

当然还有天然水 地下水 海水都可以用

但是海水必须经过适当的处理后

可能能用

特别是海水里边含有大量的盐

对钢筋会造成腐蚀

另外一个就是工业废水不能轻易用的

凡能饮用的水均可拌制无需检验

工业废水海水沼泽水

pH＜4的这些水都不能用

海水用拌制素混凝土

但不宜用于有饰面要求

就是对表面表观有一定要求

有耐久性要求的混凝土

还有大体积混凝土 特种混凝土

这个海水基本上不能用

含糖类和脂肪的水

不得用来拌制水泥混凝土

第五个材料就是外加剂和掺合料

外加剂就是能改变

混凝土某些性能的性质

一般在混凝土拌和前

和拌和过程中加入

但是外加剂的掺量

不能超过水泥质量的5%

掺合料就是能改善施工和易性

降低混凝土的水化热

调节凝结时间

我们常用的外加剂有早强剂

引气剂 减水剂 缓凝剂

常用的掺合料有粉煤灰

粒化高炉矿渣 沸石粉 硅粉

还有复合掺合料

这些就是一些要求

对这些材料我们有专业的技术规范要求

好了 我们现在看第二部分

原材料质量选定了

种类也选定了

下面就是要进行组配设计

混凝土配合比设计

最重要的就是确定各种材料的比例

进行普通混凝土配合比设计的时候

要考虑混凝土的施工和易性

强度和耐久性

就是说拌制的水泥混凝土能施工

能够填充在模板的任何一个角落

另外一个就是要具备

我们构造物所要求的强度

还有就是要保证构造物的耐久性

所以和易性强度耐久性

就是我们混凝土配合比设计的

三个重要指标

都必须满足

这个指标里头比如说和易性

用什么来测定呢

我在第一讲的时候已经讲了

就是用坍落度来测定

根据不同的工程

根据截面尺寸 钢筋的疏密 施工方法

我们可以查相应的规范

来确定这个构造物

应该达到的混凝土坍落度

也就是说这个坍落度

就是适合这个构造物来施工的

第二就是强度

做混凝土就是要将它具备力学性能

来承受荷载的

所以它必须要有强度的要求

我们路面强度就是≥5个兆帕

桥梁一般在C30以上

还有就是结构设计

我们结构设计的时候

在桥梁结构方面可能有墩台基础

有面板 还有上部结构

不同的结构有不同的强度等级要求

确定混凝土的配制强度

要满足强度保证率的要求

第三个指标刚才说了是耐久性

如何保证混凝土的耐久性

前面已经讲了

耐久性主要取决于混凝土的密实程度

密实度的大小

又在于混凝土的水胶比和水泥用量

所以这个密实取决于这两个因素

所以我们对水泥用量和水胶比

就必须要提出要求

水胶比偏大或者水泥用量偏少的时侯

就是说没有办法保证

混凝土有足够的粘结力

有密实的结构

所以我们为了满足耐久性

混凝土中最大水胶比

比及最小胶凝材料

应满足这个表格的要求

最大水灰比什么意思

配制出来 设计出来的水灰比

不能比规范规定的水灰比还要大

如果大于规范规定的水胶比

耐久性就得不到保证

还有就是水泥用量

大家都知道水泥用量

水泥是起胶结作用的

所以我们对素混凝土 钢筋混凝土

预应力混凝土

规范都给出了最小水泥用量的要求

也就是说设计出来的水泥用量

只能比它大不能比它小

有了这两个指标就可以

基本上保证水泥混凝土的耐久性

混凝土配合比设计

是一个复杂的系统工程

它分为四个步骤

第一步首先确定混凝土的初步配合比

就是初步确定材料的用量

第二要检验它的施工和易性

形成基准配比

第三步还要检验混凝土的强度

形成设计配合比

最后一步还要按现场

砂石材料的含水量进行配比调整

经过配比调整形成施工配合比

所以初步配比基准配比

施工设计配比 施工配比

这四个配比都是混凝土设计的主要内容

下面我们来看一看

每一个内容怎么做

配比设计分刚才的四个部分

首先我们来看一看初步配合比

就是刚才的第一个台阶

首先要计算混凝土的配制强度

什么叫配制强度

就是设计一个C50的混凝土

不能直接按C50去配制

因为我们材料有变异

得有一定的保证率保险系数

所以要比设计强度要高一点

所以我们要配制一个适配强度

第二在适配强度基础上

我们计算出相应的水胶比

并校核耐久性

第三选定单位用水量

第四确定砂率

第五计算单位水泥用量

然后还要校正耐久性

最后计算出砂石材料的用量

初步配合比就要经历这六步

我们现在来一步一步看

第一步就是计算混凝土的配制强度

用换这个公式

这个fcu0就是配制强度

fcuk就是混凝土设计的强度等级

后面这个就是它的保证率系数

一般来讲我们的配制强度

要≥1.15倍的设计强度

为什么要大呢

就是我们要有一定的保险性

要有一定的安全性和保证率系数

因为这个工序比较多材料又有波动

所以配制度高于设计强度

第二个计算水胶比并进行校正

这个就是前面介绍过的水灰比定则

水胶比为什么不用水灰比

因为我们有时候可能胶凝材料

除了水泥之外还有加的粉煤灰

其他的一些材料

所以在这里叫水胶比

水胶比就用这个公式

这个公式里头的fcuo

就是刚才的配制强度

根据配制强度来确定相应的水灰比

这个fb就是水泥的强度

所以水灰比取决于水泥的强度

和混凝土的配制强度

αab这个是跟集料有关的系数

通过查表就可以得到

第三步是确定用水量

这个用水量根据骨料最大粒径

以及施工经验

我们规范已经给出了一些表格

比如说干硬性混凝土用水量

可以根据维勃稠度值

比如说维勃稠度处于不同的范围

粒径不一样可以选择不一样的含水量

那个是碎石这边是卵石

根据工作性指标

根据石料的种类和粒径

去确定相应的用水量

底下是塑性混凝土

它的稠度指标是坍落度

刚才是维勃稠度

选用的方法跟上面是一样的

所以这个是查表

这个是规范根据全国大量的经验

总结出来的

这是选定用水量

选定用水量这个过程当中

还要考虑混凝土是不是掺加了外加剂

没有掺外加剂

我们以坍落度90毫米的用水量为基础

每增大20毫米坍落度

用水量增大每立方5公斤

如果掺了外加剂

比如说碱水剂

这时候用水量就要考虑到

外加剂的碱水效果

我们就要用这个公式计算一下

m'{\fs8}w0{\r}指的是没有加外加剂的

β就是外加剂的减水率

第四个选用砂率

砂率的概念前面已经介绍了

就是一方混凝土当中

砂子的质量占砂石总质量的百分率

这个砂率也是根据坍落度

根据经验我们来查表

坍落度＜10的时候可以根据经验

坍落度在10-60的时候

还要根据集料品种和粒径水胶比

也是直接查表

＞60的话

每增大20毫米砂率增大1%

这个是砂率的选用表

这也是取值规范

砂率也定了

前面的水胶比也定了

配制强度也定了

下面我们来看一看

这一方混凝土当中

应该采用多少水泥

就是计算单位水泥用量

计算单位水泥用量就用这个公式

大家可以看一下

这个是水泥用量除以水的用量

就是水胶比

这两个公式代入就可以

计算好水泥用量以后

还要和前面规范规定的

最小水泥用量进行校正

算的水泥用量只能比它大不能比它小

第六步计算粗细集料

一方混凝土当中用多少粗集料

用多少细集料

我们有两种方法

一种是质量法

一种是体积法

质量法是什么意思呢

假定一方混凝土大概是多重

比如说工程上常用的

我们可以假定

一方混凝土大概是2350公斤

这个数字知道了

前面的水泥的知道了

砂子的和砂率的也知道了

我们跟这个公式联立起来

知道了用水量

知道了水泥用量

又知道了砂率

又知道了一方它的重量

这个是砂率我们也知道了

两个公式一联立

求出它的初步配合比

还有一种是体积法

体积法是什么意思呢

这一方混凝土是由不同的材料

累加在一起的

也就是体积之和

刚才讲的质量法的是质量之和

m{\fs8}co{\r}/ρ{\fs8}c{\r}

就是水泥的体积

胶结料的体积

砂子石料水的体积

0.01α有没有加引气剂

如果没有加引气剂α就取1

如果加了引气剂

引气是多少就代入

那一部分考虑在搅拌的过程当中

它会产生气泡

所以这个是体积之和等于1个立方

再和这个砂率的公式

两个联立就可以求出来

m{\fs8}so{\r}和m{\fs8}go{\r}

也就是求出来了砂石材料的重量

至此我们就可以求出

m{\fs8}c0{\r} m{\fs8}f0{\r} m{\fs8}w0{\r} m{\fs8}s0{\r}

这个就是初步配合比

初步配合比确定了

不能拿初步配合比去施工

刚才我们好多都是查表查出来的

我们要检验一下初步配合比

配制的混凝土它的和易性

是否满足要求

我们用刚才的配合比来拌制在试验室

测一下它的坍落度值

是不是和工程要求的塌落值相匹配

是不是满足

如果满足那就继续往下

如果不满足

在这里还要进行微调

怎么微调呢

比如说水灰比一定的情况下

这时候工作性不满足

这个水胶比绝对是不能变

因为水胶比它是根据强度算出来的

调整水泥浆的用量

比如说坍落度太小混凝土太干涩

可以增加水泥浆的用量

怎么增加呢

同时增加水泥和水的用量

让浆体的用量增加

这样的话水灰比水胶比是不变的

另外一个可以通过调整砂率

因为砂子的比表面很大

稍微增加一点

混凝土坍落度就会降低

稍微减少一点

混凝土坍落度就会增加

所以通过坍落度调整的

工作性调整的初步配合比

就是试验室配合比

这个我们用mca

角标上还是这几种材料

我们把刚才的0变成了a

这个表示是经过坍落度校正的

第三步求设计配合比

刚才经过坍落度调整的配合比

强度是不是满足要求

根据刚才调整的

满足坍落度要求的配比进行试拌

然后来检验混凝土的强度

是不是满足要求

混凝土的强度可以设计几组

然后养护到28天

看一看强度能不能满足要求

在强度调整过程当中

当然首先要保证坍落度

满足要求

经过坍落度调整

经过强度检验配比

我们把它叫设计配比

设计配比用角标b来表示

也就是m{\fs8}cb{\r} m{\fs8}fb{\r} m{\fs8}wb{\r} m{\fs8}sb{\r} m{\fs8}gb{\r}

从0变到了a再变到b这三层意思

设计配合比认为

强度也满足要求了

坍落度工作性也满足要求

这时候要进行试拌

我们要根据实测的密度

对材料进行修正

比如说理论上我们的密度

这不是材料重量都求出来了吗

把理论上把各个材料的质量加起来

就是算出来的理论密度

但是这个理论密度跟实测密度

是不是一样呢

那不一定

所以我们可以在试验室测一下实测密度

跟理论密度的比值求出一个δ

如果δ=1那是最理想

但是有时候可能δ＞1或δ＜1

不管它大于1小于1

我们把求出来的材料的用量

乘上一个δ系数

确保将来在施工现场

不会造成缺料或者短料的情况

经过表观密度修正的材料

就叫m{\fs8}c{\r} m{\fs8}f{\r}

这个叫混凝土设计配比

第四步是施工配比

刚才一系列配比都是在干燥的情况下

计算出来的

但是在现实当中

我们的砂石材料都是露天堆放

它的雨水 下雨下雪直接就在集料上

这时候集料当中有一定的含水率

所以我们根据现场材料的含水量

对刚才求出来的设计配比

还要进行校正

刚才这一系列是设计配比

后面的wswg

就是现场砂石材料的砂的含水率

石料的含水率

水泥和胶凝材料

当然它是堆放在干燥地方

不存在水的问题

所以这两个材料

跟刚才的设计配比一样

但是砂石材料 因为称重的时候

要考虑它里边有水

所以应该加上水份的那部分

用水量在确定的时候

应该考虑砂石材料已经含有一部分水

所以在用水量的那部分

应该减掉砂石材料所含的水

最后得到的带一撇的

这个材料一方当中的质量

就是我们最后的施工配比

同学们至此我们就求出来了

水泥混凝土的配合比

通过今天的讲述

同学们对混凝土的配比

有了一个详尽的了解

大家回顾一下

我们混凝土的配比经历了四个阶段

第一初步配合比

第二是试验室配比

第三设计配合比

最后才是施工配合比

在整个设计过程当中

有理论计算有室内试验

还要设计到一些规范

就是查表

所以配合比设计是一项繁杂的工作

所以我们在工作当中

一定要认真对待

方能设计出来的混凝土

能满足和易性 满足强度

满足耐久性的需求

同学们我们下一讲再见