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1、第四章 高性能混凝土的配制技术高性能混凝土的配制技术1 1、泵送混凝土配合比设计、泵送混凝土配合比设计2 2、配合比设计的原则和特点、配合比设计的原则和特点3 3、介绍高性能混凝土配合比设计的方法、介绍高性能混凝土配合比设计的方法 1.1 掺减水剂的普通混凝土配合比计算1、提高混凝土强度设计原则：（1）水泥用量不变；（2）降低水灰比；（3）砂率减小1%3%。【例题1】：不掺加减水剂时混凝土基准配合比为：C:W:S:G=410:182:636:1181，W/C=0.44，砂率为35%。使用高效减水剂，其掺量为水泥用量的0.5%，减水率为15%(砂率减小2%)。求：（1）用此减水剂提高强度时的试验
2、室配合比（混凝土实测表观密度为2405kgm)；（2）若使用碎石、42.5#普通硅酸盐水泥，估算混凝土28天强度。答案下一页解：（1）水用量：W=182(1-15%)=155 kg；水泥用量不变：C=410 kg；砂率：；由公式：C+W+S+G=2405 kg/m3 有：S+G=2405-155-410=1840 kg/m3 所以，S=184033%=607 kg/m3；G=1840-607=1233 kg/m3。混凝土各材料用量为：C:W:S:G=410:155:607:1233。（2）所以使用碎石和42.5#普通硅酸盐水泥配制的混凝土其28天强度估计可达。2、节约水泥设计原则：（1）水泥用
3、量依据减水率相应减少10%15%；（2）水灰比不变，用水量减少，则水泥用量减少；（3）砂率不变，计算砂石。【例题2】：不掺加减水剂时混凝土基准配合比为：C:W:S:G=410:182:636:1181，砂率为35%。使用木钙减水剂，其掺量为水泥用量的0.25%，可节约水泥8%。求：（1）用此减水剂提高强度时的试验室配合比（混凝土实测表观密度为2405kgm)；（2）若使用碎石、42.5#普通硅酸盐水泥配制混凝土，估算混凝土28天强度。答案下一页解：（1）掺入木钙减水剂可节约水泥8%，则水泥用量为：C=410（1-8%）=41092%=377kg;水灰比不变，则水用量：W=3770.44=166
4、 kg；砂率：；由公式：C+W+S+G=2405 kg/m3 有：S+G=2405-377-166=1862 kg/m3 所以，S=186235%=652 kg/m3；G=1862-652=1210 kg/m3。混凝土各材料用量为：C:W:S:G=377:166:652:1210。（2）所以使用碎石和42.5#普通硅酸盐水泥配制的混凝土其28天强度估计可达。3、提高混凝土的和易性设计原则：（1）水泥用量、水用量不变，水灰比不变；（2）砂率增大5%，到40%45%。【例题3】：已知混凝土基准配合比为：C:W:S:G=410:182:636:1181，砂率为35%。利用泵送剂将其基准混凝土配制成1
5、80mm的泵送混凝土，求其配合比。答案下一页解：水泥用量和水用量不变，C=410 kg，W=182 kg；砂率增大5%，取 ；由公式：C+W+S+G=2405 kg/m3 有：S+G=2405-410-182=1813 kg/m3 所以，S=181340%=725 kg/m3；G=1813-725=1088 kg/m3。混凝土配合比为：C:W:S:G=410:182:725:1088。1.2 掺加粉煤灰泵送混凝土配合比的计算掺加粉煤灰泵送混凝土配合比的计算【例4】某坍落度为3050mm的C20混凝土实验室配合比为C：W：S：G=271：162：705：1247，使用粉煤灰和泵送剂配制C20泵送
6、混凝土，（粉煤灰替代水泥量为25%，超量系数为，粉煤灰表观密度为 砂子表观密度为 ，石子表观密度为 混凝土实测表观密度2390kg/m3，采用42.5#PO水泥），求混凝土各材料用量。答案下一页解：1）先计算泵送混凝土配合比 水泥、水用量不变，即：C=271 kg，W=162 kg；砂率增大5%,取由 和 得出：S=800 kg，G=1152 kg。2）掺加粉煤灰的配合比计算粉煤灰总掺量为：粉煤灰超量部分：砂子用量：石子用量：G=1152 kg；水泥实际用量：C=271（1-25%）=203 kg；水用量：W=162 kg；A=203+162+95+767+1152=2379各材料用量为：2
7、2、配合比设计的原则和特点、配合比设计的原则和特点 高性能混凝土配制原则高性能混凝土配制原则 为实现混凝土的高性能，混凝土的配合比为实现混凝土的高性能，混凝土的配合比设计应遵循下述原则：设计应遵循下述原则：低水胶比对高性能混凝土很重要，低水胶比对高性能混凝土很重要，依靠高效依靠高效减水剂和优质矿物细粉掺合料实现混凝土的减水剂和优质矿物细粉掺合料实现混凝土的低水胶比。低水胶比。不能过分地提高胶凝材料的用量不能过分地提高胶凝材料的用量。胶凝材料。胶凝材料过多，不仅成本高，混凝土的体积稳定性也过多，不仅成本高，混凝土的体积稳定性也差，同时，对获得高的强度意义不大。差，同时，对获得高的强度意义不大。应
8、该应该通过合理调整粗细骨料用量及砂率控制空隙通过合理调整粗细骨料用量及砂率控制空隙率，实现较低水胶比下的良好和易性。率，实现较低水胶比下的良好和易性。在混凝土中应该在混凝土中应该掺加一定量的引气剂掺加一定量的引气剂，使混，使混凝土的含气量在凝土的含气量在3-4%3-4%。尽可能使用聚羧酸高性能减水剂，尽可能使用聚羧酸高性能减水剂，以提高工以提高工作性，减少收缩作性，减少收缩。高性能混凝土对骨料的高性能混凝土对骨料的颗粒级配和最大颗粒级配和最大粒径粒径有严格的要求。可通过改变加工工有严格的要求。可通过改变加工工艺和混凝土生产工艺，改善艺和混凝土生产工艺，改善骨料的粒形骨料的粒形和级配和级配。掺入
9、活性矿物材料可带来很多好处：掺入活性矿物材料可带来很多好处：改善新拌混凝土的改善新拌混凝土的工作性工作性。降低混凝土初期水化热，减少降低混凝土初期水化热，减少温度裂缝温度裂缝。活性矿物材料与水泥水化产物活性矿物材料与水泥水化产物Ca(OH)Ca(OH)2 2起起火山灰反应，提高混凝土的火山灰反应，提高混凝土的抗化学侵蚀性能抗化学侵蚀性能。提高混凝土提高混凝土密实度密实度，保证，保证耐久性能耐久性能。通过以上技术措施，通过以上技术措施，减少水泥用量和混减少水泥用量和混凝土单位体积用水量凝土单位体积用水量。3 3、介绍高性能混凝土配合比设计的方法、介绍高性能混凝土配合比设计的方法关于高性能混凝土配
10、合比设计方法，我们在关于高性能混凝土配合比设计方法，我们在此介绍吴中伟先生提出的简易配合比设计方此介绍吴中伟先生提出的简易配合比设计方法和黄兆龙先生的高密实混凝土配合比设计法和黄兆龙先生的高密实混凝土配合比设计方法。方法。吴中伟提出的简易配合比设计方法的基本原吴中伟提出的简易配合比设计方法的基本原则是要则是要求砂石有最小的混合空隙率求砂石有最小的混合空隙率，按绝对按绝对体积法原理计算体积法原理计算。具体步骤和实例如下：。具体步骤和实例如下：简易配合比设计方法简易配合比设计方法1)1)首先选择高性能混凝土平均或常用性能指首先选择高性能混凝土平均或常用性能指标作为基准，或选用工程要求的性能为基准，
11、标作为基准，或选用工程要求的性能为基准，然后再试配调整，满足其他条件或要求。然后再试配调整，满足其他条件或要求。例如要求耐久性为低渗透性，要求用例如要求耐久性为低渗透性，要求用Nernst-Nernst-EinsteinEinstein法测定的氯离子扩散系数为法测定的氯离子扩散系数为(50(50100)10-14m100)10-14m2 2/s/s，配制强度为，配制强度为404050MPa50MPa，工作性要求坍落度为工作性要求坍落度为180180200mm200mm，1h1h坍落度坍落度损失不大于损失不大于10%10%，无离析等。，无离析等。2)2)求砂石混合空隙率求砂石混合空隙率，选择最小
12、值，选择最小值可先从砂率可先从砂率38%38%40%40%开始开始，将不同砂石比的砂石混，将不同砂石比的砂石混合，分三次装入一个合，分三次装入一个151520L20L的不变形的容重筒中，的不变形的容重筒中，用直径为用直径为15mm15mm的圆头捣棒各插捣的圆头捣棒各插捣3030下下(或在振动台上或在振动台上振动至试料不再下沉为止振动至试料不再下沉为止)，刮平表面后称量，并换，刮平表面后称量，并换算成松椎密度算成松椎密度0 0(kg/m(kg/m3 3),),测出砂石混合料的混合测出砂石混合料的混合表观密度表观密度(kg/m(kg/m3 3)，一般为，一般为3 3左右。左右。计算，最经济计算，最
13、经济的混合空隙率约为的混合空隙率约为16%16%，一般为，一般为20%20%22%22%。3)3)计算胶凝材料浆量计算胶凝材料浆量胶凝材料浆量等于砂石混合空隙体积加富余胶凝材料浆量等于砂石混合空隙体积加富余量。量。胶凝材料浆富余量取决于工作性要求和胶凝材料浆富余量取决于工作性要求和外加剂性质和掺量，可先按坍落度外加剂性质和掺量，可先按坍落度180180200mm200mm估计为估计为8%8%10%10%，由试拌决定。假设为，由试拌决定。假设为8%8%，为为20%20%，则浆体积为，则浆体积为+8%=28%+8%=28%，即，即280L/m280L/m3 3。4)4)计算各组分用量计算各组分用量
14、设选用水胶比为，掺入磨细矿渣设选用水胶比为，掺入磨细矿渣30%30%，水，水泥密度为泥密度为3 3，磨细矿渣密度为，磨细矿渣密度为3 3，则，则 即即1L1L浆用胶凝材料。浆用胶凝材料。1 m1 m3 3胶凝材料总用量胶凝材料总用量=2801.35=378 kg/m=2801.35=378 kg/m3 3水泥用量水泥用量=3780.7=265 kg/m=3780.7=265 kg/m3 3矿渣用量矿渣用量=3780.3=113 kg/m=3780.3=113 kg/m3 3水用量水用量=3780.4=151kg/m=3780.4=151kg/m3 3集料总用量集料总用量=(1000-280)2
15、.65=1908 kg/m=(1000-280)2.65=1908 kg/m3 3砂用量砂用量=190840%=763 kg/m=190840%=763 kg/m3 3 石用量石用量=1908-763=1145 kg/m=1908-763=1145 kg/m3 3因引入了浆体积富余量，总体积略超过因引入了浆体积富余量，总体积略超过1m1m3 3，故所计，故所计算的各材料用量总需按实测的表观密度校正。算的各材料用量总需按实测的表观密度校正。5)5)或按或按15L15L筒试配的砂石量筒试配的砂石量+以上胶凝材料和以上胶凝材料和水各量的水各量的1.5%1.5%，掺入外加剂试拌，测坍落度，掺入外加剂试
16、拌，测坍落度和流动度。如不符，则调整富余量或外加剂和流动度。如不符，则调整富余量或外加剂掺量。达到要求后，再装入筒中称量筒中混掺量。达到要求后，再装入筒中称量筒中混凝土和多余混凝土拌合物质量，求出混凝土凝土和多余混凝土拌合物质量，求出混凝土表观密度，并校正各计算量。一般允许坍落表观密度，并校正各计算量。一般允许坍落度误差为度误差为40mm40mm，富余量误差为，富余量误差为1.5%1.5%。在以上基础上，经多次试拌，求得符合要求在以上基础上，经多次试拌，求得符合要求的合理、经济的配合比。但针对此方法提出的合理、经济的配合比。但针对此方法提出两点改进建议，两点改进建议，第一是浆体富余量在第一是浆
17、体富余量在8%8%以上，以上，不一定在不一定在810%810%之间，由试拌决定。之间，由试拌决定。第二是第二是粗骨料应该采取两个以上粒级混拌的方法，粗骨料应该采取两个以上粒级混拌的方法，使混拌后的粗骨料空隙率小于使混拌后的粗骨料空隙率小于38%38%。高密实混凝土配合比方法原 理 骨料因占混凝土体积的骨料因占混凝土体积的2/32/3以上，所以直接控制骨料以上，所以直接控制骨料的比例将会有效地获得混凝土的最小空隙率。以混凝土的比例将会有效地获得混凝土的最小空隙率。以混凝土中固体材料的最大单位重，来寻求最小空隙，从而获得中固体材料的最大单位重，来寻求最小空隙，从而获得最佳级配以配制混凝土，可获得较
18、好的工作性、较高的最佳级配以配制混凝土，可获得较好的工作性、较高的强度及优异的耐久性。混凝土中颗粒材料的堆积方式对强度及优异的耐久性。混凝土中颗粒材料的堆积方式对于宏观力学行为有很大的影响，就好像土壤颗粒材料一于宏观力学行为有很大的影响，就好像土壤颗粒材料一样，颗粒结构堆积越致密，空隙越小，接触点越多，则样，颗粒结构堆积越致密，空隙越小，接触点越多，则密度越大，理论上应能获得较高的强度。密度越大，理论上应能获得较高的强度。另外，以相同水灰比而言，骨料在另外，以相同水灰比而言，骨料在最佳堆积下总浆体用量也会跟着减少，最佳堆积下总浆体用量也会跟着减少，相对的拌合水用量也会减少，因而可减相对的拌合水
19、用量也会减少，因而可减少混凝土中弱界面的形成几率及浆体本少混凝土中弱界面的形成几率及浆体本身产生收缩裂缝的可能，从而提高混凝身产生收缩裂缝的可能，从而提高混凝土的耐久性。土的耐久性。高密实混凝土配合比设计对原材料的要求一、石最大粒径不超过一、石最大粒径不超过25mm25mm。二、砂细度模数二、砂细度模数M MK K之间最佳。之间最佳。三、水泥的成分要求比较稳定。三、水泥的成分要求比较稳定。四、粉煤灰二级以上四、粉煤灰二级以上五、减水剂要求有较高的减水率，保水性好。五、减水剂要求有较高的减水率，保水性好。粉煤灰取代砂的曲线图粉煤灰取代砂的曲线图 利用四分法取样将砂和粉煤灰混合，以粉煤灰取代利用四
20、分法取样将砂和粉煤灰混合，以粉煤灰取代砂的方式，求出混合料的最大单位重，此就是粉煤灰砂的方式，求出混合料的最大单位重，此就是粉煤灰取代砂的最佳比例，如下图所示。在下图中粉煤灰取取代砂的最佳比例，如下图所示。在下图中粉煤灰取代砂代砂13%13%时，单位重最大。时，单位重最大。=13砂砂粉煤灰填充石的曲线图粉煤灰填充石的曲线图 在固定砂和粉煤灰的最佳比例情况下，重新用四在固定砂和粉煤灰的最佳比例情况下，重新用四分法混合，找出砂与粉煤灰及石的最大单位重，分法混合，找出砂与粉煤灰及石的最大单位重，在本次实验中，砂与粉煤灰所占骨材总量的比例在本次实验中，砂与粉煤灰所占骨材总量的比例为为50%50%，如下
21、图所示。，如下图所示。=50高高密密实实混混凝凝土土配配比比流流程程步骤三：求骨料的最大单位重步骤三：求骨料的最大单位重 在骨料最大单位重的情况下求出最小空隙在骨料最大单位重的情况下求出最小空隙V VV V 1 1、假设粉煤灰取代砂的最大单位重比例为、假设粉煤灰取代砂的最大单位重比例为2、（砂+粉煤灰）在混合骨料中的最大单位重比例为 步骤一：选择材料步骤一：选择材料 步骤二；确定坍落度与强度步骤二；确定坍落度与强度详细步骤如下高高密密实实混混凝凝土土配配比比流流程程 式中：式中：w wf f、f f分别代表粉煤灰重（分别代表粉煤灰重（kg/mkg/m3 3）及粉煤灰比重）及粉煤灰比重 (kg/
22、m(kg/m3 3 ）；）；w ws s、s s分别代表石子重（分别代表石子重（kg/m kg/m3 3 ）及石子比重（）及石子比重（kg/m kg/m3 3 ）；）；w wG G、G G分别代表砂子重（分别代表砂子重（kg/mkg/m3 3）及砂子比重（）及砂子比重（kg/mkg/m3 3）。）。步骤四：计算水泥浆体量和骨料体积步骤四：计算水泥浆体量和骨料体积 1 1、计算各骨料用量、计算各骨料用量 水泥浆体水泥浆体V VP P用下式计算用下式计算高高密密实实混混凝凝土土配配比比流流程程将公式和重新带入中就可以求出各骨料的用量高高密密实实混混凝凝土土配配比比流流程程2、水泥和用水量的计算3、
23、当设计强度为=W/B、B=（Wf+WC），时：所以高高密密实实混混凝凝土土配配比比流流程程(12)上式中上式中 W W：用水量：用水量 w w：水的比重：水的比重 C C：水泥重：水泥重 c c：水泥的比重：水泥的比重 ：水胶比：水胶比步骤五：减水剂用量和最后用水量步骤五：减水剂用量和最后用水量 为了保持总的用水量不变，应该将减水剂的用量从总为了保持总的用水量不变，应该将减水剂的用量从总的用水量中扣除。假设减水剂的用量为的用水量中扣除。假设减水剂的用量为W WSPSP，则最终用水，则最终用水量为量为 WW=Wtotal-WSP (13)经过测定，粉煤灰取代砂的最大单位重比例=0.13,砂加粉煤
24、灰在混合骨料的最大单位重比例=0.50,此时其最大单位重为2100Kg/m3。水胶比为。试求其最密实混凝土配合比。（水泥、粉煤灰、水、砂、石的表观密度分别为3100、2200、1000、2600、2650Kg/m3。）解：（1）（2）（3）例 题高高密密实实混混凝凝土土配配比比实实例例高高密密实实混混凝凝土土配配比比实实例例高高密密实实混混凝凝土土配配比比实实例例高高密密实实混混凝凝土土配配比比流流程程本次试验中减水剂用量与拌合水总量之间的关系图总结为 根据图中减水剂用量曲线，回归出下面的减水剂计算公式，供人参考。SP：减水剂百分含量（%）B：胶凝材料的用量（kg/m3）；高流动性 高密实混凝
25、土因为骨料之间的致密堆积，使其颗高密实混凝土因为骨料之间的致密堆积，使其颗粒搭配情况良好，这有助于减少骨料之间的滑动阻力，粒搭配情况良好，这有助于减少骨料之间的滑动阻力，拌制出高流动性、易泵送的混凝土。上图是我们在试拌制出高流动性、易泵送的混凝土。上图是我们在试验过程中所拍下的坍落度照片。验过程中所拍下的坍落度照片。新拌性能分析表a高高密密实实混混凝凝土土配配比比 VV浆量表现最好。这这种种情情况况不不仅仅V V时时存存在在，V V也也有有类类似似现现象象，只只是是由由于于骨骨料料含含量量相相对对较较多多，润润滑滑浆浆量量较较少少，导导致致骨骨料料之之间间的的滑滑动动阻阻力力很很大大，整整体体
26、内内聚聚力力提提高高，不不易易流流动动。V V和和以以上上浆浆量量因因为为水水泥泥用用量量较较多多，导导致致水水化化速速率率很很大大，且且用用水水量量多多，使使得得减减水水剂剂的的浓浓度度降降低低，虽虽然然粉粉煤煤灰灰也也会会释释水水，但但由由于于粉粉煤煤灰灰的的含含量量较较少少，释释放放水水量量无无法法平平衡衡水水化化产产物物所所带带来来的的粘粘稠稠性性损损失失，故故6060分分钟钟在在无无适适当当的的粘粘稠稠性性与与减减水水剂剂浓浓度度的的帮帮助助下下，会会有有较较大大的工作性损失的工作性损失 。工程试验2002年11月，我们在首钢矿山挡土墙工程中使用高密实混凝土技术配制尾矿砂石泵送混凝土，进行施工取得了成功，在负温下，每立方米混凝土水泥用量260kg，混凝土和易性良好，强度满足C25要求。