6.1.5 普通混凝土配合比设计混凝土配合比设计就是根据工程要求、结构形式和施工条件来确定各组成材料数量之间的比例关系。

常用的表示方法有两种：一种是以1m3混凝土中各项材料的质量表示，如某配合比：水泥240kg，水180kg，砂630kg，石子1280kg，矿物掺合料160kg，该混凝土1m3总质量为2490kg；另一种是以各项材料相互间的质量比来表示（以水泥质量为1），将上例换算成质量比为：水泥∶砂∶石∶掺合料＝1∶2.63∶5.33∶0.67，水胶比＝0.45。

1.混凝土配合比的设计基本要求市政工程中所使用的混凝土须满足以下五项基本要求：（1）满足施工规定所需的和易性要求；（2）满足设计的强度要求；（3）满足与使用环境相适应的耐久性要求；（4）满足业主或施工单位渴望的经济性要求；（5）满足可持续发展所必需的生态性要求。

2.混凝土配合比设计的三个参数混凝土配合比设计，实质上就是确定胶凝材料、水、砂和石子这四种组成材料用量之间的三个比例关系：（1）水与胶凝材料之间的比例关系，常用水胶比表示；（2）砂与石子之间的比例关系，常用砂率表示；（3）胶凝材料与集料之间的比例关系，常用单位用水量（1m3混凝土的用水量）来表示。

3.混凝土配合比设计步骤混凝土配合比设计步骤包括配合比计算、试配和调整、施工配合比的确定等。

（1）初步配合比计算1）计算配制强度（f cu，o）。

根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）规定，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小于C60时，配制强度应按下式确定：f cu，o≥f cu，k＋1.645σ式中f cu，o——混凝土配制强度，MPa；f cu，k——混凝土立方体抗压强度标准值，这里取混凝土的设计强度等级值，MPa；σ——混凝土强度标准差，MPa。

②当混凝土的设计强度不小于C60时，配制强度应按下式确定：f cu，o≥1.15f cu，k混凝土强度标准差σ应根据同类混凝土统计资料计算确定，其计算公式如下：σ=式中f cu，i——统计周期内同一品种混凝土第i组试件的强度值，MPa；mf cu——统计周期内同一品种混凝土n组试件的强度平均值，MPa；n——统计周期内同品种混凝土试件的总组数。

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，且试件组数不小于30时，其混凝土强度标准差σ应按上式进行计算。

对于强度等级不大于C30的混凝土，当混凝土强度标准差计算值不小于3.0MPa时，应按混凝土强度标准差计算公式计算结果取值；当混凝土强度标准差计算值小于3.0MPa时，应取3.0MPa。

对于强度等级大于C30且小于C60的混凝土，当混凝土强度标准差计算值不小于4.0MPa时，应按混凝土强度标准差计算公式计算结果取值；当混凝土强度标准差计算值小于4.0MPa时，应取4.0MPa。

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6-3取值。

混凝土强度标准差σ值 表6-32）计算水胶比（W /B ）。

混凝土强度等级小于C 60时，混凝土水胶比应按下式计算：a b cu o a b b +W f B f f ααα=，式中 αa 、αb ——回归系数，回归系数可由表6-4采用；f b ——胶凝材料28d 胶砂抗压强度，可实测，MPa 。

回归系数αa和αb 选用表表6-4当胶凝材料28d 抗压强度（f b ）无实测值时，其值可按下式确定：f b＝γf·γs·f ce式中γf、γs——粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数，按表6-5选用；f ce ——水泥28d胶砂抗压强度，可实测，MPa。

粉煤灰影响系数γf和粒化高炉矿渣粉影响系数γs表6-5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级粒化高炉矿渣粉宜取上限值加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测定。

在确定f ce值时，f ce值可根据3d强度或快测强度推定28d强度关系式得出。

当无水泥28d抗压强度实测值时，其值可按下式确定：f ce＝γc·f ce，g式中γc——水泥强度等级值的富余系数（可按实际统计资料确定）；当缺乏实际统计资料时，可按表6-6选用；f ce，g——水泥强度等级值，MPa。

水泥强度等级值的富余系数（γc）表6-63）每立方米混凝土用水量的确定。

①干硬性和塑性混凝土用水量的确定。

水胶比在0.40～0.80范围内时，根据粗集料的品种、粒径及施工要求的混凝土拌合物稠度，其用水量可按表6-7、表6-8选取。

干硬性混凝土的用水量（单位：kg/m3）表6-7塑性魂混凝土的用水量（单位：kg/m3）表6-8②流动性和大流动性混凝土的用水量宜按下列步骤计算：A.以表6-8中坍落度90mm的用水量为基础，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg，计算出未掺外加剂时的混凝土用水量。

当坍落度增大到180mm以上时，随坍落度的相应增加的用水量可减少。

B.掺外加剂时的混凝土用水量可按下式计算：m wa＝m wo（1－β）式中m wa ——掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用水量，kg；m wo——未掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用水量，kg；β——外加剂的减水率，应经混凝土的试验确定，％。

4）每立方米混凝土胶凝材料用量（m bo ）的确定。

根据已选定的混凝土用水量m wo 和水胶比（W /B ）可求出胶凝材料用量：wobo =m m W B每立方米混凝土矿物掺合料用量（m fo ）的确定：m fo =m bo ·βf式中 βf ——矿物掺合料掺量（％），矿物掺合料在混凝土中的掺量应通过试验确定。

采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥时，钢筋混凝土和预应力混凝土中矿物掺合料最大掺量宜分别符合表6-9和表6-10的规定。

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％。

采用掺量大于30％的C 类粉煤灰的混凝土应以实际使用的水泥和粉煤灰掺量进行安定性检验。

钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量 表6-9预应力混凝土中矿物掺合料最大掺量表6-10每立方米混凝土水泥用量（m co）的确定：m co=m bo－m fo为保证混凝土的耐久性，由以上计算得出的胶凝材料用量还要满足有关规定的最小胶凝材料用量的要求，如算得的胶凝材料用量少于规定的最小胶凝材料用量，则应取规定的最小胶凝材料用量值。

5）砂率的确定。

砂率可以根据以砂填充石子空隙，并稍有富余，以拨开石子的原则来确定。

根据此原则可列出砂率计算公式如下：so go V V P '''=''so so so ''''go so so go go'''''so go so ''''''''so go go go so go s so m V m m V V V P P V P V P ρβββρρρρββρρρρ===++=++式中 βs ——砂率，％；m so ，m go ——每立方米混凝土中砂及石子用量，kg ； V 'so ，V 'go ——每立方米混凝土中砂及石子松散体积，其中V 'so ＝V 'go P '，m 3；ρ'so ，ρ'go ——砂和石子堆积密度，kg /m 3；P ′ ——石子空隙率，％；β ——砂浆剩余系数（一般取1.1～1.4）。

6）粗集料和细集料用量的确定。

①当采用质量法时，应按下列公式计算：m co ＋m fo ＋m go ＋m so ＋m wo ＝m cpso s so go 100%m m m β=⨯+式中 m co ——每立方米混凝土的水泥用量，kg ；m fo ——每立方米混凝土的矿物掺合料用量，kg ；m go ——每立方米混凝土的粗集料用量，kg ； m so ——每立方米混凝土的细集料用量，kg ； m wo ——每立方米混凝土的用水量，kg ；m cp ——每立方米混凝土拌合物的假定质量（其值可取2350～2450kg ），kg ；βs ——砂率，％。

②当采用体积法时，应按下列公式计算：goco fo so wo''c f g s w +++++0.01=1m m m m m ρρρρρso s so go100%m m m β=⨯+式中 ρc ——水泥密度（可取2900～3100kg /m 3），kg /m 3；ρf ——矿物掺合料密度，kg /m 3；ρ′g ——粗集料的表观密度，kg /m 3；ρ′s ——细集料的表观密度，kg /m 3；ρw ——水的密度（可取1000kg /m 3），kg /m 3； α ——混凝土的含气量百分数（在不使用引气型外加剂时，α可取1）。

粗集料和细集料的表观密度ρg 与ρs 应按现行行业标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ 52—2006）规定的方法测定。

7）每立方米混凝土外加剂用量（m ao）的确定。

每立方米混凝土外加剂用量（m ao）应按下列计算：m ao=m bo·βa式中m ao——计算配合比每立方米混凝土中外加剂用量，kg/m3；m bo——计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量，kg/m3；βa——外加剂掺量，％，应经混凝土试验确定。

（2）配合比的试配、调整与确定1）配合比的试配、调整。

以上求出的各材料用量，是借助于一些经验公式和数据计算出来的，或是利用经验资料查得的，因而不一定符合实际情况，必须通过试拌调整，直到混凝土拌合物的和易性符合要求为止，然后提出供检验混凝土强度用的基准配合比。

2）配合比的确定。

由试验得出的各胶水比值时的混凝土强度，用作图法或计算求出与f cu，o相对应的胶水比值，并按下列原则确定每立方米混凝土的材料用量：①用水量（m w）和外加剂用量（m a）。

在试拌配合比的基础上，用水量（m w）和外加剂用量（m a）应根据确定的水胶比作调整；②胶凝材料用量（m b）。

胶凝材料用量（m b）应以用水量乘以确定的胶水比计算得出；③粗、细集料用量（m g 及m s ）。

粗、细集料用量（m g 及m s ）应根据用水量和胶凝材料用量进行调整。

3）混凝土表观密度的校正。

其步骤如下： ①计算出混凝土的计算表观密度值（ρc ，c ）：ρc ，c ＝m c ＋m f ＋m g ＋m s ＋m w②将混凝土的实测表观密度值（ρc ，t ）除以ρc ，c 得出校正系数δ，即c t c c ρδρ=，，③当ρc ，t 与ρc ，c 之差的绝对值不超过ρc ，c 的2％时，由以上定出的配合比，即为确定的设计配合比；若二者之差超过2％时，则要将已定出的混凝土配合比中每项材料用量均乘以校正系数δ，即为最终定出的设计配合比。