C30混凝土配合比设计举例（仅供参考）

 设计要求：C30混凝土，坍落度T=240，抗渗等级P10，抗冻D50。

    原材料参数：P·S42.5水泥，R_C=49MPa，细度0.08mm方孔筛筛余3%，需水量W=29
    水泥和粉煤灰的比表面积：S_c=320m²/kg，S_F=150m²/kg
    水泥和粉煤灰的密度：ρ_C=2.85×10³kg/m³  ρ_F=1.8×10³kg/m³
    粉煤灰需水量比:β_F=1.05
    粉煤灰活性系数:α₂=0.67
    外加剂减水率: n=15%
   砂子：紧密堆积密度1850kg/m³，含石率7%，含水率2%
    石子：堆积密度1650kg/m³，空隙率41.5%，吸水率2%，表观密度2820kg/m³

    式中=30（MPa）
    =4（MPa）。
    =30+1.645×4
    =36.5（MPa）；

2  水泥标准稠度浆强度σ_c的计算

    由于配制设计强度等级的混凝土选用的水泥是确定的，在基准混凝土配比计算时取水泥为唯一胶凝材料，则σ_c的取值等于水泥标准砂浆的理论强度值σ_c，计算如下：
（1）水泥在标准胶砂中体积比的计算公式

    标准砂ρ_S0=2700 kg/m³，水ρ_W0=1000 kg/m³，水泥ρ_C0==2.85×10³kg/m³，代入已知数V_C0=(450÷2850)÷(450÷2850+1350÷2700+225÷1000)
    =0.157÷(0.157+0.500+0.225)
    =0.157÷0.883
    =0.178
（2）水泥水化形成的强度计算公式

    水泥实测强度值为R₂₈=49MPa，代入公式：
σ₀=49÷0.178
    =275

3  水泥基准用量的确定

    根据多组分混凝土理论和配合比设计石子填充模型，代入原材料参数求得标准稠度水泥浆的表观密度值，具体公式如下：

    式中: W₀=29（kg），ρ_C0=2850（kg/m³）代入数据计算：
ρ₀=2850×（1+29÷100）÷（1+2850×29÷100000）
    =2013（kg/m³）；
    每兆帕混凝土对应的水泥浆质量由下式计算，其单位为kg/MPa，具体公式如下：

式中: ρ₀=2013
    σ₀=253
C=2013÷275
    =7.3（kg/MPa）
    配制强度为f_cu，p=36.5的混凝土基准水泥用量为C₀₁：

    =7.3×36.5
    =267

4  胶凝材料的分配

    由于本设计中C30混凝土只使用水泥和粉煤灰，配比计算C₀₁小于300kg，需要用一部分的低活性的粉煤灰等活性替换水泥，不考虑填充效应。实现混凝土中的胶凝材料用量不少于300kg，可以由以下公式求得：

    联立方程可以准确求得：

    267=1×C+0.67×F
    300=C+F
    计算求得水泥用量C=201；粉煤灰用量F=99

5  减水剂及用水量的确定

（1）胶凝材料需水量的确定
    通过以上计算求得水泥和粉煤灰的准确用量后，按照胶凝材料的需水量比通过加权求和计算得到搅拌胶凝材料所需水量W₁。

    =（201+99×1.05）×29÷100

    =（201+104）×0.29
    =88
    同时求得搅拌胶凝材料的有效水胶比。

    =88÷300

    =0.295
（2）外加剂用量的确定
    采用以上0.295水胶比，以推荐掺量2%进行外加剂的最佳掺量试验，本设计使用脂肪族减水剂，净浆流动扩展度达到240mm，一小时保留值235mm,与设计坍落度240mm一致，可以保证拌合物不离析不泌水。
6.砂子用量的确定
（1）砂子用量的确定
    石子的空隙率p=41.5%，由于混凝土中的砂子完全填充于石子的空隙中，每立方米混凝土中砂子的准确用量为砂子的紧密堆积密度1850乘以石子的空隙率41.5%，则砂子用量计算公式如下：

    =1850×41.5%

    =768
    由于沙子含石率为7%，含水率2%，砂子施工配合比用量为：
S₀=S÷(1-7%)÷(1-2%)
    =768÷93%÷98%
    =843
（2）砂子润湿用水量的确定
    本设计用的砂子含水2%，故吸水率的取值下限为5.7-2=3.7，上限为7.7-2=5.7：
即W_2min = 3.7%×S
    =31
W_2max = 5.7%×S
    =48
 

7  石子用量的确定

 （1）石子用量的确定
    根据混凝土体积组成石子填充模型，计算过程不考虑含气量和砂子的孔隙率。用石子的堆积密度1650扣除胶凝材料的体积以及胶凝材料水化用水的体积88升对应的石子，即可求得每立方混凝土石子的准确用量，则石子用量计算公式如下：

    =1650-（201÷2850+99÷1800）×2820-88÷1000×2820

    =1650-0.126×2820-0.088×2820
    =1047
    考虑砂子的含石率，混凝土施工配合比中石子的用量计算：
G₀=G-S₀×含石率
    =1047-843×7%
    =988
（2）石子润湿用水量的确定
    石子吸水率2%，用吸水率乘以石子用量即可求得润湿石子的水量：
W₃ = G ×吸水率
    =988×2%
    =20

8  总用水的确定

    通过以上计算，可得混凝土搅拌胶凝材料所用水量为W₁；

    =88

    润湿砂子所需的水W₂=31--48
    润湿石子所需的水W₃=20；
    混凝土总的用水量W = W₁ + W₂ + W₃
    =139～156

表1   C30混凝土配合比设计计算结果

材料名称	水泥	粉煤灰	砂子	石子	外加剂	砂子用水	石子用水	胶凝材料用水
单方用量	201	99	843	988	6	31	20	88

 

 作者：朱效荣