水泥混凝土配合比设计

龙泉至庆元（浙闽界）公路土建工程项目第LQA6标段

水泥混凝土配合比设计作业指导书

浙江公路技师学院

路桥系

2013年09月

桥梁钻孔灌注桩配合比设计作业指导书

一、任务描述：

龙泉至庆元（浙闽界）公路土建工程项目起点位于龙泉市龙泉城关大猫亭，与丽龙高速公路顺接，起点桩号K109+697.499，终点为庆元县的新窑与福建省松溪县的木城交界处，终点桩号YK164+397.6（ZK164+421.131），路线总长54.764公里（右线），沿线主要经过的乡镇有龙泉的剑池街道、兰巨乡、查田镇、小梅镇和庆元的黄田镇、竹口镇。主线按高速公路标准建设，设计速度100公里/小时，整体式路基宽度26米，双向4车道。桥涵设计汽车荷载等级：公路-Ⅰ级；设计洪水频率：特大桥1/300，大、中、小桥、涵洞及路基1/100。

本合同段为第LQA6标段，起讫桩号为K153+360- YK164+397.6（ZK164+421.131），主线全长11.037公里，本合同段K157+365竹口大桥，基础采用钻孔灌注桩，下部构造采用桩柱式桥墩、肋式桥台、桩接盖梁桥台，上部结构采用6*25m +6*25m先简支后连续预应力砼小箱梁;

1.设计内容

设计钻孔灌注桩C30混凝土配合比，桩长60m，桩径1.5m，所需混凝土数量约110m3，导管内径25cm。

1.1设计条件

1.1.1 施工设备与施工工艺：

⑴搅拌机：具有自动计量系统的混凝土双卧强制式搅拌机，容积2m3，每小时理论产量60m3；

⑵混凝土运输车：容积8m3，拌合至运输到现场时间1小时；

⑶灌注混凝土：直接通过料斗入导管进行灌注施工，通过拆卸导管进行灌注作业，从首灌到灌注完毕，需时3小时。

1.1.2 环境条件：

温度：20℃，湿度：40℃

1.2设计依据：

⑴《普通混凝土配合比设计规程》 JGJ55-2011

⑵《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》 JTG/T 07-01-2006

⑶《公路桥涵施工技术规范》 JTG/T F50-2011

1.3材料条件：

⑴水泥：42.5级；

⑵减水剂：缓凝、保塑、减水效果。

⑶砂：中砂，潮湿；

⑷碎石：5～31.5mm连续级配，潮湿，2档；

1.4主要仪器设备

卧式水泥混凝土搅拌机(手工搅拌)、电子天平、1.5m×2m×0.03m钢板，振动台、坍落度筒、钢直尺、试模。

1.5设计要求：（和易性、经济性、安全性、耐久性）

1.5.1 和易性指标：

新拌（0h）混凝土坍落度：180-220mm；

1.5.2 经济性指标：

在满足质量指标的前提下，宜根据相关规范，掺入掺合料，优选相容性好，性价比高的外加剂来降低材料成本。

1.5.3 安全性指标

⑴新拌混凝土、入模混凝土、浇筑完成时首灌混凝土和易性是否满足施工要求，是确保混凝土拌合物顺利灌注的前提条件，否则宜发生堵管，断桩现象；

⑵灌注桩混凝土是依靠自身流动性和一定压力状态下密实的混凝土，因此混凝土拌合物流动稳定性直接影响灌注的顺利程度，所以混凝土不得发生板结、抓底、粘度过大现象。

1.5.4 耐久性指标

⑴强度，以60天评价指标为准。

二、任务分析：

桥梁钻孔灌注桩工程施工中，采用C30水泥混凝土，制作配合比之前需完成原材料检测，主要技术指标有水泥：细度、标准稠度用水量、凝结时间、强度、安定性，集料：颗粒级配、压碎值、针片状、密度、含泥量、泥块含量，原材料检验合格后进行配合比设计三阶段，主要检测指标有：坍落度、密度、凝结时间、含气量、泌水率、强度。

具体周计划如下：

日期实训任务

周一

上午水泥原材料试验

下午集料筛分、粗集料压碎值、含泥量及泥块含量

周二

上午集料针片状、粗、细集料密度

下午粗、细集料密度、级配设计

周三

上午配合比制作（坍落度、密度、凝结时间、含气量、泌水率、强度）

下午配合比制作（坍落度、密度、凝结时间、含气量、泌水率、强度）周四

上午配合比制作（坍落度、密度、凝结时间、含气量、泌水率、强度）

下午配合比制作（坍落度、密度、凝结时间、含气量、泌水率、强度）、

水泥强度

周五

上午拆模、数据处理，打扫卫生，实训周总结

下午班团活动

三、任务实施：

一、原材料要求

2.1水泥外掺材料

硅酸盐水泥熟料主要由硅酸三钙（3Ca0.SiO

2，简写C

S）、硅酸二钙（2Ca0.SiO

，

简写C

2S）、铝酸三钙（3Ca0.AL

，简写C

A）和铁铝酸三钙（4Ca0.ALCO

.Fe

，

简写C

AF）4种矿物组成。

各种矿物单独与水作用时所表现出的特性见表4.1.3。

表4.1.3 硅酸盐水泥主要矿物组成与特性

性能指标熟料矿物

C 3S C

S C

A C

含量范围（%）35～65 10～40 0～15 0～15 水化速度中慢最快快，仅次于

A 水化热中低高中

强度早期良差良良后期良优中中

耐化学腐蚀中良差优干缩性中小大小

具体技术指标见规范《通用硅酸盐水泥》GB175-2007

2.2细集料

桥涵混凝土的细集料，应采用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净、粒径小于5mm的河砂，河砂不易得到时，也可用山砂或硬质岩石加工的机制砂。

2.2.1 砂的分类

砂的分类应符合表4.2.1-1的规定。

表4.2.1-1 砂的分类

注：细度模数主要反映全部颗粒的粗细程度，不完全反映颗粒的级配情况，混凝土配置时应同时考虑砂的细度模数和级配情况。 2.2.2细集料分区及级配要求

细集料的颗粒级配应处于表4.2.2-1中的任一级配区以内表4.2.2-1 细集料的分区及级配范围

注：1.表中除4.75mm 和0.06mm 筛孔外，其余各筛孔的累积筛余允许超过分界线，但其超过量不得大于5%。

2.人工砂中0.015mm 筛孔的累积筛余：Ⅰ区可放宽到100～85，Ⅱ区可放宽到100～80，Ⅲ区可放宽到100～75。

3. Ⅰ区砂宜提高砂率配低流动性混凝土，Ⅱ区砂宜优先配不同强度等级的混凝

砂组粗砂中砂细砂细度模数

3.7～3.1

3.0～2.3

2.2～1.6

方孔筛筛孔尺寸（mm ）

级配区

Ⅰ区

Ⅱ区 Ⅲ区

累计筛余（%）

4.75 10～0 10～0 10～0 2.36 35～5 25～0 15～0 1.18 65～35 50～10 25～0 0.06 85～71 70～41 40～16 0.03 95～80 92～70 85～55 0.015

100～90

土，Ⅲ区砂宜适当降低砂率保证混凝土的强度。

4.对于高性能、高强、泵送混凝土宜选用细度模数为2.9～2.6的中砂。2.36mm 筛孔的累计筛余量不得大于15%，0.03mm筛孔的累计筛余量宜在85%～92%范围内。

2.2.3 细集料的技术指标

表4.2.3-1细集料技术指标

技术要求

项目

Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类天然砂含泥量（按质量计，%）≤2.0 ≤3.0 ≤5.0 泥块含量（按质量计，%）≤0.5 ≤1.0 ≤2.0 表观密度（Kg/ m3）＞2500

松散堆积密度（Kg/m3）＞1350

2.天然砂包括河砂、湖砂、山砂、淡化海砂，人工砂包括机制砂和混合砂。

3.砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣等杂质。

4、当对砂的坚固性有怀疑时，应做坚固性试验。

5、当碱集料反应不符合表中要求时，应采取抑制碱集料反应的技术措施。

2.3粗集料

桥涵混凝土的粗集料，应采用坚硬的卵石或碎石，应按产地、类别、加工方法和规格等不同情况，分批进行检验，机械几种生产时，每批不宜超过400 m3,人工分散生产时，每批不宜超过200m3。

2.3.1粗集料级配要求

粗集料的颗粒级配，可采用连续级配或连续级配与单粒级配合使用。在特殊情况下，通过试验证明混凝土无离析现象时，也可采用单粒级。粗集料的级配范围应符合表3.1.1.1-1的要求。

碎石或卵石的颗粒级配范围应符合表3.1.1.1-1 的要求。

级配情况

公称

粒径

（mm）

累计筛余（按质量百分率计）

方孔筛筛孔尺寸（mm）

2.36 4.75 9.5 16.0 19.0 26.5 31.5 37.5 53 63 75 90

连续级配

5~10 95~100 80~100 0~15 0 ————————5~16 95~100 85~100 30~60 0~10 0 ———————5~20 95~100 90~100 40~80 —0~10 0 ——————5~25 95~100 90~100 —30~70 —0~5 0 —————5~31.5 95~100 90~100 70~90 —15~45 —0~5 0 ————5~40 —95~100 70~90 —30~65 ——0~5 0 ———

单粒粒级

10~20 —95~100 85~100 —0~15 0 ——————16~31.

—95~100 —85~100 ——0~10 0 ————20~40 ——95~100 —80~100 ——0~10 0 ———31.5~6

———95~100 ——75~100 45~75 —0~10 0 —40~80 ————95~100 ——75~100 —30~60 0~10 0

2.3.2 集料含水率

含水率是骨料最重要的参数之一，能影响混凝土的抗压强度、空隙率和耐久性、坍落度等性能。骨料的水分很容易带入混凝土中，从而改变浆体中水的总重，进而改变拌合物的工作性能（取决于用水量），并通过改变混凝土的水灰比来影响抗压强度。

2.3.3 集料针片状

当针片状颗粒含量超过一定界限时，会使集料空隙增加，不仅使混凝土拌和物和易性变差，而且会使混凝土的强度降低，所以混凝土粗集料中针片状颗粒含量应有限制，卵石和碎石的针片状颗粒含量应符合下表

针片状颗粒含量

指标

项目

Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类针片状颗粒（按质量计）% 5 15 25

2.3.4 集料含泥量

卵石、碎石的含泥量和泥块含量应符合下表

卵石、碎石的含泥量和泥块含量

指标

项目

Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（按质量计）% ＜0.5 ＜1.0 ＜1.5

泥块含量（按质量计）% 0 ＜0.5 ＜0.7

2.4矿物掺合料和外加剂

由于矿物掺合料具有一定的细度和活性，因此在混凝土中掺入矿物掺合料能有效地改善混凝土拌合物的和易性。可大大地改善拌合物的粘聚性和保水性能，这些矿物掺合料在混凝土硬化过程中，能发挥其活性，参与水化反应，生成有利于强

度的水化产物，能使得混凝土的结构更加坚固、更加密实，不但有利于混凝土强度的发展，同事也会更好地提高混凝土的耐久性。

用于混凝土的矿物掺合料常有以下几类：

①、粉煤灰、磨细粉煤灰、高钙粉煤灰；

②、粒化高炉矿渣粉、磨细矿粉；

③、磨细天然沸石粉；

④、硅灰。

案例：第二阶段：目标配合比计算、试拌及调整阶段

1、配制强度(fcu,o)：

fcu,o= fcu,k+1.645σ

fcu,o =30+5×1.645

fcu,o=38.2MPa

2、水胶比W/B：

W/C=

=0.53×42.5×1.16/(38.2+0.53×0.2×42.5×1.16)=0.60

根据公路桥涵规范规定及以前钻孔灌注桩施工经验，确定W/C=0.44为试配基准水灰比。

3、每立方米砼用水量（mw0）：

根据公路桥涵规范规定，确定mw0=237Kg

考虑掺用山西格瑞特GRT-HPC缓凝减水剂（掺水泥重量的0.8%），减水率为25%。

mw0=237-（237×0.25）=178Kg

4、每立方米水泥用量（mc0）：

mc0=mwo/（W/C）=178/0.44=405Kg

5、确定砂率βs：

依据公路桥涵规范选取βs=43%

6、确定粗集料（mg0）细集料（ms0）用量（质量法）：

9、按目标配合比水灰比增加0.05，砂率增加1%的得出三个配比(每方用量：

kg/m3)：

按计算的初步配合比进行试拌，以校核混凝土拌和物的工作性，如试拌得出的拌和物的坍落度不能满足要求，或粘聚性和保水性不好时，则应在保证水灰比不变的条件下，相应调整用水量或砂率，直到符合要求为止，然后提出供混凝土生产配合比用的“基准配合比”

1、新拌水泥混凝土指标检测（基准）

序号检测项目检测结果（有测的填写）与设计是否相

符

1 坍落度mm

2 容重kg/m3

3 含砂率

4 棍度

5 粘聚性

6 泌水率试验

7 含气量试验

8 凝结时间试验

2、硬化水泥混凝土强度检测（基准）

序号检测项目检测结果（有测的填写）与设计是否相

符

1 水泥混凝土抗压强

度试验