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+2σ代表的保证率分别为
84.1%,95%,97.7%。
σ值越大,强度离散性越大,平均强度出现的频率
越小,曲线越平缓。
反之,σ值越小,强度的离散性
越小,平均强度出现的频率越大,曲线越陡峭。
2、计算水灰比W/C
水灰比计算是以鲍罗米公式为依据进行的。
包罗米公式的核心是:
在一定区域内,砼强度与灰水比成正比例关系。
进行配合比设计时,将鲍罗米公式表示为:
fcu,o=Afce(C/W-B)该公式展开后为:
fcu,o=AfceC/W-ABfce相当于直线方程:
Y=aX+b(其中:
a=Afce,b=-Abfce)
图2:
砼强度―灰水比关系曲线
由该公式导出:
C/W=(fcu,o+ABfce)/Afce
配合比设计时习惯使用水灰比,因此将上式变为:
W/C=Afce/(fcu,o+ABfce)
A、B为回归系数,与粗集料品种有关。
粗集料为碎石时:
A=0.48B=0.52
粗集料为卵石时:
A=0.50B=0.61
fce为水泥实际强度。
fce=c.fce,k
fcu,k为水泥强度标准值。
c为水泥强度标准值的富余系数,该值应按实际
统计资料确定。
无统计资料时可取1.13。
对于C30碎卵石砼(用P.O.525水泥配制):
W/C=0.501.1352.5/(38.225+0.500.611.1352.5)=0.53
3、选择用水量mw0
根据JGJ/T55设计规程选取。
取mw0=190kg/m3
4、确定水泥用量mc0
mc0=mw0/(W/C)=190/0.53=358(kg/m3)。
5、选择砂率s
取s=35%。
最佳砂率及其确定方法:
砼的和易性达到最佳时的砂率即为最佳砂率。
最佳砂率是通过试验确定的。
试验时是以2%的砂率为间隔进行试拌,根据试拌结果作出坍落度―砂率曲线,曲线顶点所对应的砂率值即为最佳砂率(如图3)。
图3:
坍落度―砂率曲线
6、确定砂石用量ms0、mg0
设计配合比时如果采用假定容重法,则:
mw0+mc0+ms0+mg0=mcp
mcp为假定容重,一般可取2350kg/m3~2450kg/m3。
对于C30不加粉煤灰的砼,取mcp=2420kg/m3
ms0+mg0=mcp-(mw0+mc0)=2420-(190+358)=1872(kg/m3)
ms0=187235%=655(kg/m3)
mg0=1872-655=1217(kg/m3)
通过以上设计,基准配合比确定为(kg/m3):
W
C
S
G
190
358
655
1217
7、试拌
用基准配合比进行试拌,通过试拌检查砼的和易性。
不能满
足设计要求时进行调整。
8、试配
试配应以不少于三个水灰比进行,水灰比间隔宜为0.05。
水灰比
砂率(%)
W(kg/m3)
(kg/m3)
S
Gkg/m3)
28d强度(Mpa)
0.63
37
302
706
1202
27.5
0.58
36
328
681
1211
31.7
0.53
35
39.6
0.48
34
185
385
632
1228
42.1
0.43
33
430
602
1223
50.2
9、确定配合比
试配的目的:
在特定的原材料及特定的试验环境和试验条件
下,通过合理的配合比设计,经试验找出灰水比与强度的关系,
然后根据这一关系确定砼配合比。
对上述试配结果进行一元线性回归,得出以下关系:
R28=B(C/W)+A=30.15(C/W)-19.71(回归曲线如图4)
相当于直线方程Y=aX+b(其中:
a=30.15,b=-19.71)
其中:
A、B为回归系数。
A=-19.71
B=30.15B0表示正相关,B0表示负相关。
r=0.988r为相关系数。
其值小于0.85时表示相关性
较差,回归方程不宜采用。
将回归方程变为:
W/C=30.15/(R28+19.71)
确定配合比时,试配强度fcu,o即为R28(预测强度)。
W/C=30.15/(R28+19.71)
图4:
回归方程曲线
通过这一关系我们可以确定曲线内各强度等级所需的水灰比:
强度等级
C20
C30
C40
试配强度(Mpa)
26.58
33.225
38.225
44.87
49.87
0.65
0.57
0.52
0.47
由于C20砼的水灰比在曲线外,因此不宜采用。
这样我们可以确定以下配合比:
C(kg/m3)
S(kg/m3)
G(kg/m3)
333
679
1208
365
653
1212
394
629
1222
采用一元线性回归确定配合比的优点:
通过一元线性回归可以找出灰水比与强度的准确线性关
系,而作图法所找出的线性关系误差较大。
通过一元性回归可消除部分试验误差。
可确定多个配合比。
二、掺加外加剂、掺合料及流动性砼配合比设计
上述砼配合比设计是在没有外加剂、没有掺和料,坍落度≤90mm的情况下进行的。
对于掺有外加剂、掺合料的流动性砼的设计与上述设计有所不同。
砼的分类(按稠度):
干硬性砼。
以维勃稠度表示其干硬程度。
塑性砼。
坍落度在10mm~90mm之间。
流动性砼。
坍落度≥100mm。
常用商品砼设计时一般都应考虑以下特点:
一般情况下都掺加外加剂,以改善砼的某些性能。
如:
缓
凝、防冻、早强等。
通常都使用掺合料,如:
粉煤灰、矿渣、硅灰等。
多数为大流动性砼,一般砼的出盘坍落度在200mm以上。
具体设计过程如下(同样以C30砼为例):
1、计算试配强度fcu,o=38.225Mpa
2、计算水灰比W/C=0.53
3、确定用水量mwa
选择用水量。
以砼坍落度90mm为基础,从JGJ/T55中选
取。
对于C30砼,选择用水量为190kg/m3。
据设计坍落度的大小计算用水量mw0。
按坍落度每增加
20mm,用水量增加5kg计算(假定设计坍落度为220mm)。
mw0=190+[(220-90)/20]5=222.5(kg/m3)。
计算加入外加剂后的用水量mwa
假设外加剂的掺量为1.5%时的减水率为21.5%。
mwa=mw0(1-)=222.5(1-21.5%)=175(kg/m3)。
为外加剂的减水率。
关于外加剂的减水率
外加剂的标准减水率是按照有关标准的要求,用标准
水泥和统一的配合比下经试验测得的。
标准减水率主要
用于衡量外加剂的减水效果。
由于外加剂与水泥存在相适应的问题,因此外加剂对非标
准水泥所测得的减水率与标准减水率是不一样的。
试配时所用的减水率是在外加剂掺量一定的情况下,以当
时试配所用的原材料为准测得的。
这个减水率才对试配有
指导作用。
萘系减水剂的减水率随掺量的增加而增加,因此砼的出
盘坍落度相同时,用水量随外加剂的增加而减少。
因此,
试配时要使砼达到相同坍落度可采取两种不同的方法:
一种是固定用水量,通过调整外加剂的掺量来达到设计的
坍落度;
另一种是固定外加剂的掺量,通过调整用水量来
达到设计的坍落度。
比较这两种方法,我们会发现:
第一
种方法可以保证砼的计算水灰比不变,原设计配合比中的
原材料仅外加剂的用量有变化,登记试配记录时比较简
单。
但采用这种方法时,必须保证外加的掺量在允许的最
大掺量之内。
第二种方法水灰比在不断变化,在登记试配
记录时必须对设计配合比进行重新计算,比较烦琐。
因此,
一般情况下,建议采用第一种方法。
4、确定水泥用量mca
mca=mwa/(W/C)=175/0.53=330(kg/m3)
5、确定砂率sa
选择砂率。
以砼坍落度100mm为基础,从JGJ/T55中选
对于C30砼,选择砂率为35%。
根据设计坍落度的大小计算砂率sa。
按坍落度每增加
20mm,砂率增加1%计算(假定设计坍落度为220mm)。
sa=35%+[(220-100)/20]1%=41%。
6、确定砂石用量msa、mga
假定容重仍为2420kg/m3
msa+mga=mcp-(mwa+mca)=2420-(175+330)=1915(kg/m3)
msa=191541%=785(kg/m3)
mga=1915-785=1130(kg/m3)
如果考虑10%的砂含石,则:
msa=785(1+10%)=864(kg/m3)
mga=1915-864=1051(kg/m3)
A
175
330
785
1130
4.95
注:
外加剂A=330×
1.5%=4.95(kg/m3)
7、试拌、试配及确定配合比同前。
8、掺加掺合料的配合比设计
掺合料分为活性掺合料和非活性掺合料,我们常用的掺合料多数为活性掺合料,比如:
活性掺合料的作用:
活性掺合料在砼中主要是通过火山灰效应,在砼内部进行二
次水化,形成凝胶体,构成砼强度的一部分。
由于大多数掺合料的细度较水泥大,因此在砼内部可以起到物理填充作用,增加砼的密实度,改善砼的和易性。
节约水泥,降低成本。
改善砼的其他性能。
比如:
掺加粉煤灰、矿渣等可以降低水泥的水化热,利于大体积砼的浇筑;
可以降低砼碱含量,抑制碱集料反应等。
掺加掺合料的砼配合比设计,主要考虑胶凝材料的变化,其
设计过程与上述过程基本相同。
等量取代水泥,如:
矿渣、硅灰、膨胀剂(属于外加剂,但
在配合比设计时按掺合料对待)。
掺合料等量取代水泥时,胶凝
材料的总量不变。
矿渣取代水泥35%,那么:
矿渣的用量为:
33035%=115(kg/m3)
水泥的用量为:
330-115=215(kg/m3)
基准配合比变为(kg/m3):
SL
215
115
超量取代水泥。
主要用于粉煤灰的配合比设计。
粉煤
灰取代水泥15%,则:
水泥用量为:
330-33015%=280(kg/m3)
粉煤灰得用量为:
33015%1.3=65(kg/m3)
1.3为超量系数,即用1.3kg的粉煤灰取代1kg的水
泥,其目的是为了保证粉煤灰取代后的配合比和原
配合比具有同样的强度。
对于超量系数,GBJ146
中是这样规定的:
粉煤灰等级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
超量系数
1.1~1.4
1.3~1.7
1.5~2.0
粉煤灰取代水泥后,砼的容重将有所减小。
这时我们可以根据
经验适当将容重减小10kg/m3~20kg/m3,也可以通过以下计算
求得:
假设水泥的比重为3100kg/m3,粉煤灰的比重为2200kg/m3,砂
石比重均为2650kg/m3,则
175/1000+280/3100+65/2200+ms+g/2650=175/1000+330/3100
+1915/2650
ms+g=[(330/3100)+(1915/2650)-(280/3100)-(65/2200)]2650
=1879(kg/m3)
这是砼的容重变为:
175+280+65+1879=2399(kg/m3)比原来减少
2420-2399=21(kg/m3)
由于加入粉煤灰后胶凝材料的总体积增加,砂率应适当的下调。
我们将砂率由41%减为40%。
msa=187940%=752(kg/m3)
msg=1879-752=1127(kg/m3)
这时基准配合比变为(kg/m3):
FA
280
752
1127
65
5.18
假设粉煤灰的需水量比为100%。
外加剂A=(280+65)×
1.5%=5.18(kg/m3)
设计配合比时,不要过多的考虑超量系数,主要应考虑胶
凝材料的总量,砼的和易性,以及砼的容重等因素。
因为
砼的强度可以通过调整水灰比来实现,不一定通过超量系
数来实现。
三、试配时应注意的问题
1、试配前应作好充分准备
作试配计划:
比如:
a.C+A1C10~C30
b.C+FA+A1C10~C30
c.C+FA+UEA+A1C10~C30
d.C+A2C35~C50
e.C+FA+A2C35~C50
f.C+FA+UEA+A2C35~C50
C―水泥;
FA―粉煤灰;
UEA―膨胀剂;
A1―普通减
水剂;
A2―高效减水剂。
准备原材料:
应有足够量的干砂、干石、水泥、粉煤灰、
外加剂。
对所有的原材料要进行单独的试验,试验的结果将作为原
材料质量控制的依据。
2、进行充分的试拌,通过试拌找出砼性能最理想的基准配合比。
然后设计出系列配合比进行试配。
3、试配后应留取所有原材料的试样,以便配合比使用过程中出现
问题时作对比试验,查找原因。
4、应充分相信试配结果。
确有异常时应重新试配,以检查试配结
果的重现性。
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