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1、才涔夫挈高性能混凝土配合比设计实践方案论文题目：高性能混凝土配合比设计实践方案学位类：工程硕士专 业：建筑与土木工程高性能混凝土配合比设计实践方案赵宣青海大学内容摘要传统混凝土配合比设计方法（如绝对体积法和假定容重法）是以强度为基础 的半定量计算方法，不能全面满足现代混凝土的性能要求。现代混凝土配合比全 计算设计方法是以工作性、强度和耐久性为基础建立数学模型，通过严格的数学 推导得到混凝土的用水量和砂率的计算公式，并且将此二式与水灰（胶）比定则相 结合能计算出混凝土各组份（包括：水泥、细掺料、砂、石、含气量，用水量和 超塑化剂掺量等）之间的定量关系和用量。这项研究成果是混凝土配合比上一次 大的
2、改进。由于模型的普遍适用性,全计算法不仅用于高性能混凝土的配比设计, 而目还能用于流态混凝土、高强混凝土、泵送混凝土、自密实混凝土、商品混凝 土以及防渗抗裂混凝土等现代混凝土的配合比设计。式中：对于 HPC： Ve=350 l/m3对于 FLC： Ve =305335 l/m3；非引气混凝土： Va=15 l/m3；引气混凝土： Va=3050 l/m3(含气量3%5%)。4 .胶凝材料用量：C+FA=W/(W/B)=QFA= a QC =Q( 1- a )式中：ci FA的掺量(%)C水泥用量(kg/m3)FA矿物细掺料(如粉煤灰)用量(kg/m3)5 .砂率及集料用量：S 尸 JsT+Wx
3、lOO%1000 _匕，S=(DwcF) XSPG=D-W-C-F-S式中：Ves 干砂浆体积，取决于石子最大粒径(见表1)D混凝土容重(2360 2440kg/m3)式中：W、C、F、S和G分别为水、水泥、细掺料、砂和石子的用量(kg/ m3 )。6 .配合比的调整和试配(三)、配合比设计实践C80高性能泵送混凝土配合比设计1、原材料的要求1. 1采用普通硅酸盐42. 5R或硅酸盐52. 5水泥。表1水泥性能指标细度()S03 (%)MgO (%)Loss (%)凝结时间 (min)抗压强度 (MPa)抗折强度 (MPa)2.02. 552. 421.90初凝1553d 30. 13d 5.
4、8终凝22028d 50.628d 8. 5L2粉煤灰采用I级粉煤灰，其性能指标见表2O表2粉煤灰性能指标细度(45 um) (% )需水量比 (% )烧失量 (% )含水量 (% )三氧化硫 (% )10. 010. 010. 00. 10. 941.3矿渣采用S75级矿渣粉，其性能指标见表3O表3矿渣粉各性能指标密度(g/cm3 )比表面积 (m2/kg)活性指数 (%)流动度比 (%)三氧化硫 (%)烧失量 (%)2. 94337d 6228d 821012. 00.01. 4外加剂采用上海路加化工有限公司生产的新型高性能泵送剂(VF5),其性能指标见表4o表4外加剂性能指标减水率(%
5、)28d抗压强度比 (% )lh坍落度保留值 (cm)对钢筋有无锈2612018无1. 5细骨料采用人工砂，细度模数为2.8, n区砂。1. 6粗骨料采用碎石，粒径为5 20 mmo2技术指标要求：2. 1 强度：C802.2抗冻：F200(冻融环境F300)2. 3抗渗：P20以上1 .4流动度：符合泵送要求2 . 5 56d电通 量小于1000C (氯盐环境小于800C)3设计注意的几点要求(1)基于控制水化热和收缩的抗裂要求以及耐久性要求，选择胶凝材料主要应注 意以下几点：水泥强度等级应在42.5及以上；应限制使用早强型水泥；应控制碱含量W 0. 6%；应控制熟料中的C3A含量W8%；应
6、控制比表面积W350 m2 /kg。粉煤灰控制烧失量W3%；控制需水量比100%；对于硫酸盐侵蚀环境，应限制粉煤 灰CaO含量W10%。磨细矿粉控制比表面积350450 m2 /kg。基于强度和耐久性要求，选择骨料应注意以下几点：粗骨料母岩强度应达90 MPa以上；级配合理，粒形好，紧密空隙率宜40%, 松堆密度大于1500 kg/m3 ,压碎值W10%,针片状W5%；硬质、洁净碎石； 控制吸水率W2%,处于冻融环境应1%；非碱活性。细骨料细度模数宜为2. 63.0,含泥量W 2%,吸水率2%,硬质、洁净天然河 砂；非碱活性。(3)基于抗裂、耐久性、强度、施工性能要求，选择外加剂应注意：外加剂
7、与胶凝材料的相容性要好，减水率宜为25%以上，并适度引气，适度 缓凝。4.设计用硅酸盐52. 5水泥配制强度应满足现行国家有关规程规定，C80混凝土配制强度应不低于强度 等级值的1. 121. 15倍。确定为9092 MPa。配合比较试验设计状况及试验数据等，见表配合比正交设计因素水平表水平因素水胶比砂率(% )掺合料(% )10. 24382020. 25372530. 2636305.聚竣酸系减水剂产品性能(液体，固含量2260%)Na2s04W0. 5%,减水率3040% (掺量 0. 81.0%)类型一：全计算法A.配制强度90Mpa (42. 5R硅酸盐水泥)(1) .配制强度：fe
8、u. o = fcu. k+1. 645 o =90 (Mpa) 取 90Mpa(2) .水胶比:=5=1/【90/( 0.48x1.13x42.5)+0.52 =0.226/ if TCU.0八+ BAfee(3) .用水量:350-300-3351 + 0.335/0.226 W/B=129kg/m3(引气3%)(4) .胶凝材料用量：C+FA = W/ (W/B) =129/ 0. 226 = 571 (kg/m3)FA = 571X0. 30 = 172(kg/m3)C = 571-172=399 (kg/m3)由于矿渣粉的用量为胶凝材料用量的25%,粉煤灰用量为胶凝材料总量的5%,所
9、 以计算得出：磨细矿渣粉 磨FS) =0. 25X571=143kg/m3粉煤灰(CFA) =0. 05X571=29kg/m3硅酸盐水泥(PC) =538-143-29=399kg/m3(5).砂率及集料用量:y _y + yv450 - 350+1291000-V1000 -350SP = esex 100% =-x 100% = 35%由于采用单一粒级的碎石砂率应增加到SP=40%S= (D-W-C-F) XSP=(2440-129-571) X0. 40 =696(kg/m3)G二(D-W-C-F-S)=2440-129-571-696 =1044 (kg/m3)故：PC:BFS:CF
10、A:W:G:S=399： 143:29： 129:1044： 696水胶比W/B=O.226表一表一 C80高性能泵送混凝土配合比水胶比砂率 (% )单位体积材料用量(kg /m3 )水水泥掺合料砂石减水剂()0. 2263512939917269610441(6).配合比的调整与试配B.配制强度95Mpa (42. 5R硅酸盐水泥)(1) .配制强度：feu. o = l. 15fcu. k=92 (Mpa) 取 95Mpa(2) .水胶比：% = 丁=1/【95/( 0.48x1.13x42.5)+0.52 =0.215/ D tClLO八+ BAfce(3) .用水量: 0.3351 +
11、 W/B350-301 + 0.335/0.215=125kg/府(引气3%)(4) .胶凝材料用量:C+FA = W/ (W/B)=125/ 0.215 = 581 (kg/m3)FA = 581X0. 30 = 174(kg/m3)C = 581-174=407 (kg/m3)由于矿渣粉的用量为胶凝材料用量的25%,粉煤灰用量为胶凝材料总量的5%,所 以计算得出：磨细矿渣粉(BFS) =0. 25X581=145kg/m3粉煤灰(CFA) =0. 05X581=29kg/m3硅酸盐水泥(PC) =581-145-29=407kg/m3(5) .砂率及集料用量：V -V + W450 - 3
12、50+125SP =噎 %X100% =-X100% = 35%1000 匕1000 - 350由于采用单一粒级的碎石砂率应增加到SP=40%S= (D-W-C-F) XSP=(2440-125-581) X0. 40 =694(kg/m3)G=(D-W-C-F-S) =2440-125-581-694 =1040(kg/m3)故：PC:BFS:CFA:W:G:S=407： 145:29： 125:1040： 694水胶比W/B=0.215表二表二C80高性能泵送混凝土配合比水胶比砂率 (%)单位体积材料用量(kg/m3 )水水泥掺合料砂石减水剂(%)0. 215351254071746941
13、0401(6).配合比的调整与试配C.配制强度90Mpa (52.5R硅酸盐水泥)(1).配制强度：feu. o = fcu. k+1. 645 。=90 (Mpa) 取 90Mpa(2) .水胶比:fCILO 八+ BAfee= 1/1 90/( 0.48x1.13x52.5 +0.52 =0.27(3) .用水量:350-30j +0.335 1 + 0.335/0.27w7b(引气3%)(4) .胶凝材料用量：C+FA = W/(W/B凝材3/ 0. 27 = 530 (kg/m3)FA = 530X0. 30 = 160 (kg/m3)C = 530-159-371(kg/m3)由于矿
14、渣粉的用量为胶凝材料用量的25%,粉煤灰用量为胶凝材料总量的5肌所 以计算得出：磨细矿渣粉(BFS) =0. 25X530=133kg/m3粉煤灰(CFA) =0. 05X530=27kg/m3硅酸盐水泥(PC) =538-133-27=378kg/m3(5) .砂率及集料用量：V -V + W450 - 350 +143SP =3x 100% =-x 100% = 37%1000-V,1000 -350由于采用单一粒级的碎石砂率应增加到SP=40%S= (D-W-C-F) XSP= (2440-143-530) X0. 40 =707(kg/m3)G=(D-W-C-F-S)=2440-143
15、-530-707 =1060 (kg/m3)故：PC:BFS:CFA:W:G:S=378： 133:27： 143:1060： 707水胶比W/B=O. 226表三表三C80高性能泵送混凝土配合比水胶比砂率 (% )单位体积材料用量(kg /m3 )水水泥掺合料砂石减水剂(%)0. 273714337816070710601(6) .配合比的调整与试配D.配制强度95Mpa (52. 5R硅酸盐水泥)(1) .配制强度：feu. ol. 15fcu. k=92 (Mpa) 取 95Mpa(2) .水胶比： = -= 1/ 95/( 0.48x1.13x52.5)+0.52 =0.26/b fw
16、obAfce(3) .用水量:匕-i 0.3351 +W/B350-301 + 0.335/0.26=140kg/m3(引气3%)(4) .胶凝材料用量:C+FA = W/ (W/B)=140/ 0. 26 = 538 (kg/m3)FA = 538X0. 30 = 162 (kg/m3)C = 538-162=376 (kg/m3)由于矿渣粉的用量为胶凝材料用量的25%,粉煤灰用量为胶凝材料总量的5%,所 以计算得出：磨细矿渣粉 磨FS) =0. 25X538=135kg/m3粉煤灰(CFA) =0.05X538=27kg/n)3硅酸盐水泥(PC) =538-135-27=376kg/m3(
17、5) .砂率及集料用量：V -V + w450 - 350 +140SP =n。x 100 % =义 100 % = 3 7 %1000 匕1000 -350由于采用单一粒级的碎石砂率应增加到SP=40%S= (D-W-C-F) XSP= (2440-140-538) X0. 40 =705 (kg/m3)G= (D-W-C-F-S)=2440-140-538-705 =1057 (kg/m3)故：PC:BFS:CFA:W:G:S=376： 135:27： 140:1057： 705水胶比W/B=O.26表四表四C80高性能泵送混凝土配合比水胶比砂率 (% )单位体积材料用量(kg/m3 )水
18、水泥掺合料砂石减水剂(%)0. 263714037616270510571(7).配合比的调整与试配类型二：Mehta和Aitcin推荐的高强高性能混凝土配合比设计方法A.配置强度90MPa (42. 5R硅酸盐水泥)C80高性能混凝土的配合比计算步骤如下：(1) .确定混凝土的配制强度C80 混凝土的配制强度 feu, 0 2fcu, k+ 1.645。即 feu, 0 三90MPa。取 90MPa(2) .估计拌合水量拌合水量由表2查出，最大用水量为140kg / m3o表2不同强度等级高性能混凝土最大用水量强度等级ABCI)E平均强度 /MPa607590105120最大用水量 /(kg
19、/m3)160150140130120(3),计算浆体体积组成Mehta等认为，采用适当骨料时，固定浆体和骨料的体积比为35 ： 65,可 以很好地解决强度、工作性和体积稳定性之间的矛盾，配制出理想的高性能混凝 土。用浆体体积0.35m，减去上一步估计用水量和0.03m3的含气量，按矿物外加剂的掺量（用占总胶凝材料体积约25%的矿渣粉和5%的硅粉混合等量取代水泥），计算浆体中各组分的体积含量：易知水的体积含量为14% ；空气为3%假设胶凝材料为20%则硅酸盐水泥（PC ）为14%磨细矿渣粉（BFS）为5%粉煤灰（CFA）为1%（4） .估计骨料用量骨料的总体积为0.63m3,粗细骨料的体积比由
20、表3查出。根据表3选定粗骨料体积为62% ,细骨料体积为38% o表3粗细骨料的体积比强度等级ABCDE粗骨料体积 /%6061626364细骨料体积 /%4039383736（5） .估计混凝土中各种材料用量原材料的密度为：硅酸盐水泥（PC ）的密度为3140kg / m3,磨细矿渣粉（BFS）的密度为2850kg /磨天然砂的密度为2670kg / m3碎石的密度为2680kg / m3粉煤灰（CFA）的密度为2600kg / m3根据各种原材料所占体积，计算各种材料的用量，lm3混凝土中:PC 的用量：3140X0. 14=440kg,BFS 的用量：2850X0. 05=143kg,C
21、FA 的用量：2600X0. 01=26kg,胶体质量：440+143+26=609kg总用水量：140kg,粗骨料：0. 63X0. 62X2680=1047kg,细骨料：0. 63X0. 38X2670=639kg,关键词：配合比、全计算法、高性能混凝土。AbstractTraditional concrete mixture ratio design method (such as the absolute volume method and the assumed density method) is based on the intensity of semi-quantitativ
22、e calculation method, can not fully meet the performance requirements of modern concrete. Modern concrete mixture ratio design method of calculating all is based on the workability, strength and durability of establishing mathematical model of concrete is obtained by strict mathematical derivation o
23、f the formula for calculation of water and sand ratio and the second type combined with water and ash (glue) than rule can calculate the different concrete components (including: cement, fine admixture, sand, stone, air content, water consumption and super plasticizer dosage, etc.) and the quantitat
24、ive relationship between the dosage. The results of this research is one of水胶比：W/B =140/609=0.230。表五表五C80高性能泵送混凝土配合比水胶比 (% )单位体积材料用量(kg/m3 )水水泥掺合料砂石减水剂(%)0. 23014044016963910471(6) .以上方法中有许多假设，因此必须用现场使用的原材料经多次试配, 逐渐调整。B.配制强度105MPa (42. 5R硅酸盐水泥)C80高性能混凝土的配合比计算步骤如下：(1) .确定混凝土的配制强度C80 混凝土的配制强度 feu, 0 N
25、feu, k+ 1.645。即 feu, 0 三90MPa。取 105MPa(2) .估计拌合水量拌合水量由表2查出，最大用水量为130kg / m3o表2不同强度等级高性能混凝土最大用水量强度等级ABCI)E平均强度/MPa607590105120最大用水量 / (kg/m3)160150140130120(3) .计算浆体体积组成Mehta等认为，采用适当骨料时，固定浆体和骨料的体积比为35 ： 65,可 以很好地解决强度、工作性和体积稳定性之间的矛盾，配制出理想的高性能混凝 土。用浆体体积0.35电3减去上一步估计用水量和0.03n?的含气量，按矿物外加 剂的掺量(用占总胶凝材料体积约2
26、5%的矿渣粉和5%的粉煤灰混合等量取代水泥），计算浆体中各组分的体积含量：易知水的体积含量为13% ；空气为3%假设胶凝材料为20%则硅酸盐水泥（PC ）为14%磨细矿渣粉（BFS）为5%粉煤灰（CFA）为1%(4) .估计骨料用量骨料的总体积为0.64m3,粗细骨料的体积比由表3查出。根据表3选定 粗骨料体积为62% ，细骨料体积为38% o表3粗细骨料的体积比强度等级ABCDE粗骨料体积 /%6061626364细骨料体积 /%4039383736(5) .估计混凝土中各种材料用量原材料的密度为：硅酸盐水泥（PC ）的密度为3140kg / m3,磨细矿渣粉（BFS）的密度为2850kg
27、/ m3,天然砂的密度为2670kg / m3碎石的密度为2680kg / m3粉煤灰（CFA）的密度为2600kg / m3根据各种原材料所占体积，计算各种材料的用量，lm3混凝土中:PC 的用量：3140X0. 14=440kg,BFS 的用量:2850X0. 05=143kg,CFA 的用量:2600X0. 01=26kg,胶体质量:440+143+26=609kg总用水量：130kg,粗骨料:0. 64X0. 62X2680=1063kg,细骨料:0. 64X0. 38X2670=649kg,水灰比:W/B =130此09=0. 213。表六表六C80高性能泵送混凝土配合比水胶比 (%
28、 )单位体积材料用量(kg /m3 )水水泥掺合料砂石减水剂(%)0. 21313044016964910631(6) .以上方法中有许多假设，因此必须用现场使用的原材料经多次试配, 逐渐调整。表七表七配合比实验方案标号水泥 用量 (%)掺合 料 (%)砂率 (%)外加 剂 (%)单位体积材料用料(kg/m，)水泥矿渣 粉粉煤 灰砂石水13991723513991432969610441292407174351407145296941040125337316037137813327707106014343761623713761352770510571405440169144014326639
29、104714064401691440143266491063130四、试拌调整(1)、新拌混凝土各项性能。.新拌混凝土的工作性包括流动性、充填性、粘聚性、保水性、可泵性等，是 混凝土拌合物运输、浇捣、抹面等主要操作工序能够顺利地进行的保证，故又称 和易性。流动性是指混凝土拌合物在自重或机械振捣力的作用下，能产生流动 并均匀密实地充满模型的性能。流动性的大小，反映拌合物的稠度，它直接影响 施工的难易和混凝土的质量。粘聚性则是指混凝土拌合物内部组分之间具有一 定的粘聚力，在运输和浇注过程中不会发生分层离析现象，能使混凝土保持整体 均匀性。保水性是指混凝土拌合物具有一定的保持内部水分的能力，在施工中
30、 不致产生严重的泌水现象。保水性好的新拌混凝土，在混凝土振实后，一部分水 容易从内部析出至表面，在渗流之处留下许多毛细管孔道，成为混凝土内部的透 水通道。.影响工作性的因素a.用水量用水量的大小是影响新拌混凝土工作性的决定性因素。b.水泥混凝土拌合物在自重或外界振动力的作用下要产生流动，必须克服其 内部的阻力。拌合物内部阻力主要来自两个方面，一是骨料间的摩阻力，二是水 泥浆的粘聚力。c.骨料骨料对新拌混凝土工作性的影响较大。在混凝土骨料用量一定的情况 下，采用卵石和河砂拌制的混凝土拌合物，其流动性比用碎石和山砂拌制的好。 这是因为前者骨料表面光滑，摩阻力小，而后者骨料摩阻力相对较大；骨料级配
31、的好坏也影响着混凝土拌合物的工作性。砂率对混凝土拌合物的工作性也有显 著影响。d.拌和物存放时间和环境温度的影响混凝土拌合物随着时间的延长会变得 越来越干稠，这是由于拌合物中的水分一部分被蒸发，另一部分则是水泥水化所 消耗，因此拌合物逐渐失去可塑性而凝结硬化。混凝土工作性还受温度的影响。 随着环境温度的升高，混凝土的工作性降低很快，因为这时的水分蒸发及水泥的 化学反应将进行得更快。(2)、混凝土硬化后性能。包括：混凝土的抗压强度，混凝土的抗拉强度。a.混凝土的抗压强度按照国家标准普通混凝土力学性能试验方法GBI50081-2002,混凝土 立方体试件抗压强度(常简称为混凝土抗压强度)是指以边长
32、为150mm的立方体 试件，在标准条件下(温度20t 3t,相对湿度90%或水中)养护至28d龄期, 在一定条件下加压至破坏，以试件单位面积承受的压力作为混凝土的抗压强度。 b.混凝土的抗拉强度混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/10-1/13,且随着混凝土强度等级的 提高，比值有所降低，也就是当混凝士强度等级提高时，抗拉强度的增加不及抗 压强度提高的快。因此，混凝土在工作时一般不依靠其抗拉强度。五、设计结果（结论）1 .配制高性能混凝土的方法有很多，在原材料和生产工艺不变的条件下,采 用加入活性矿物细掺料和高效减水剂的技术途径来配制高性能混凝土,有利于高 性能混凝土的大规模推广和应用O高性能混
33、凝土科学地大量使用矿物细掺料及其 它工业废渣,有利于降低成本，保护环境。因此,高性能混凝土是可持续发展的混 凝土,其配合比设计也将得到更深入的研究。2 .传统混凝土配合比仅考虑安全性、工作性和经济性，以材料强度为设计主 要指标。高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，它以耐久性作为设计的主要指 标，针对不同用途要求，对耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济 性有重点地予以保证。高性能混凝土配合比设计思路是利用高效减水剂的减水作 用降低水灰比，同时掺入矿物掺和料改善其流动性等性能指标，以获得具有高 耐久性、高强度和优良工作性的混凝土六、存在的问题及改进的方法(1)、高性能混凝土配合比设计中的
34、原材料问题高性能混凝土使用的原材料和普通混凝土基本相同，如水泥和集料等，但同 时必须掺入矿物细掺料和高效外加剂。高性能混凝土中的组分多，其性能对原材 料很敏感。在进行高性能混凝土配合比设计时,要充分考虑到矿物细掺料和高效 外加剂。矿物细掺料问题的关键是建立一种评价矿物细掺料的质量指标体系，把 矿物细掺料作为一种产品的形式来供应,在进行高性能混凝土配合比设计时,把 矿物细掺料作为配制高性能混凝土的一个必需组分。高效减水剂问题的关键是高 效减水剂与水泥相容性的问题。目前,我国生产的高效减水剂品种繁多，良莠不齐, 应规范生产市场,尽快建立一种评价高效减水剂品质的质量体系。(2)、高性能混凝土配合比设
35、计的规范问题现行混凝土配合比设计规程并未解决高性能混凝土配合比设计中矿物细掺 料掺量的计算问题和高性能混凝土配合比设计的问题。在进行高性能混凝土配合 比设计时,人们往往凭借经验,然后通过试配来调整混凝土配合比,至今没有一个 像普通混凝土鲍罗米公式那样简单有效的配合比计算公式。水胶比是高性能混凝 土强度的决定因素。改变传统的先决定用水量,再计算胶凝材料用量的配合比设 计思路,而是根据耐久性要求及胶凝材料品质、水胶比和所选高效减水剂效能， 首先确定胶凝材料用量，再计算用水量。高性能混凝土的强度保证率宜选98% 99%,配制强度的提高幅度，随强度等级提高而下降,选择应合理,才能保证质量。the mo
36、st big improvement in concrete mixture ratio.Due to the universal applicability of the model, the calculation method is not only used in high performance concrete proportioning design, and can also used for the flow pattern of concrete, high strength concrete, pumping concrete, self-compacting concr
37、ete, concrete products, as well as seepage control of the crack resistance of concrete and other modern concrete mixture ratio design.Keywords: proportions, the whole calculation method, high performance concrete.目录一、高性能混凝土的配合比设计依据1二、高性能混凝上配合比设计思路及原则1三、高性能混凝土配合比设计的方法及步骤2（一）、全计算法设计方法2（二）、全计算法混凝土配合比设计
38、步骤5（三）、配合比设计实践6类型一：全计算法9类型二：Mehta和Aitcin推荐的高强高性能混凝土配合比设计方法.14四、试拌调整19五、设计结果（结论）21六、存在的问题及改进的方法22七、参考文献23一、高性能混凝土的配合比设计依据高性能混凝土(简称HPC)是一种具有良好体积稳定性、高耐久性、高强度 和高工作性能的混凝土，它是在大幅度提高常规混凝土性能基础上采用现代商品 混凝土技术，选用优质原材料，包括水泥、水、粗细集料以及矿物掺合料和高效 外加剂配制而成的新型商品混凝土，具有高质量和高耐久性。随着高强高性能混凝土在国内的广泛应用，以强度为设计指标的传统混凝土 配合比设计方法已不能满足
39、，高强高性能混凝土配合比设计的要求。国内高性能 混凝土配合比方法为全计算设计方法(简称全计算法)，国外称为Mehta、 Aitcin高性能混凝土配合比设计方法(简称Mehta Aitcin法)。实践表明 C80高强高性能混凝土的配合比设计符合以强度、工作性、耐久性为设计指标的 混凝土配合比全计算法和Mehta、Aitcin法的要求。二、高性能混凝上配合比设计思路及原则(1)、混凝土是由各种形状和大小的集料颗粒和水泥浆凝结硬化而成的水 泥石所组成的,可以把它看作是水泥石与粗细集料组成的复合材料。因此,混凝土 的强度、耐久性主要取决于水泥石的强度及耐久性、集料的强度以及水泥石与集 料之间的粘结强度
40、与耐久性。选择合适的原材料、优化配比参数以提高这三者强 度、耐久性和混凝土的工作性是高性能混凝土配合比设计的关键。以强度为基础的传统配合比设计方法(即假定容重法和绝对体积法)已不能 满足现代混凝土配合比设计的要求。现代混凝土配合比“全计算法”设计是以“工 作性、强度和耐久性”为基础建立的普适数学模型，并推导出混凝土用水量和砂 率的计算公式。进而将此二式与水胶(灰)比定则相结合就能实现混凝土配合比和 组成的全计算，故称谓全计算法。全计算法的创建和推广应用几近十年，受到广 泛的关注，取得良好的技术经济效益。全计算法不仅适用于所有现代混凝土的配 合比设计和计算，而且能检验和验证其它配合比的正确性。(
41、2)、高性能混凝土(HPC)与高强混凝土(HSC)最显著的差别是混凝土配合 比综合考虑工作性、强度和耐久性。其配合比设计的基本原则是：(1)满足工作性的情况下，用水量要小；(2)满足强度的情况下.水泥用量少，细掺料多掺；(3)材料组成及其用量合理，满足耐久性及特殊性能要求；(4)掺多功能复合超塑化剂(CSP),改善和提高混凝土的多种性能。因此，HPC的配合比设计比HSC更为严格合理。三、高性能混凝土配合比设计的方法及步骤(一)、全计算法设计方法.混凝土由水泥、矿物细掺料、砂、石、空气、水和外加剂等组分构成，在单位积 体中：(1)石子间的空隙由干砂浆填充；(2)干砂浆中的空隙由水填充；(3)水胶
42、比决定混凝土强度。根据此模型：Vw+Ves+Vg=1000(3)其中、干砂浆由水泥、矿物细掺料、空气和砂子组成，即：Ves=Vc+Vf+Va+Vs(4)在一定体系中，干砂浆体积是常数。Ves大小取决于石子的最大粒径，石子粒径越大、比表面积越小，因此Ves越小。Ves干砂浆体积(1/ m3 )2、干砂浆体积Ves的确定干砂浆体积由两部分组成，即石子空隙率和拔开系数：Ves= (1+h) pX 1000(4-2)式中：P一石子空隙率，取决于石子堆积方式、颗粒形状和级配。h一拨开系数，取决于石子的比表面积和包裹层厚度。粒子呈六方最密堆积时，空隙率为0.3954。当采用最大粒径 19mm 的碎石配制
43、60MpaHPC 时，Ve=350、Vs+Vg=650、Vs： Vg=2:3,W=160kg/m3o其干砂浆体积为：Ves=1000-Vw-Vg=1000- 160-390=450(1/ m3)p=0. 3954,h= (0. 45-0. 3954)/0. 3854 =0. 138由于h取决于石子的比表面积，随着石子最大粒径增加比表面积减小，因此Ves减小(h减小)。表1中列举了 Ves与石子最大粒径的关系。表1 Ves与石子最大粒径的关系碎石最大粒径” (mm)192531.5404)23616359921600a= (P/36111. 732. 734. 43l/a=361/d)210.
44、580. 360. 226h=0. 138Xl/a0. 1380. 080. 050. 03Ves (1/m3)450427415407Ves (l/n?)(取 值)450430420405中砂(Mx=2. 602.80)将表 1 中 h=0. 138Xl/a=0. 138X361/e2=50/e2代入式(*2)得到:Ves=(l+50/ 6 2)p x 1000(1/m3)(4-3) o此式表明，干砂浆体积与石子最大粒径的平方成反比。石子空隙率石子最密堆积时的空隙率(0. 3954) o3、浆体体积和集料体积，另外浆体体积由水、水泥、矿物细掺料和空气体积组 成，即:Ve=Vw+Vc+Vf+Va(5)对于不同类型的混凝土 Ve取值：HPC、HSC： Ve=350 m3；FLC 或其它混凝土： Ve=305335 l/m3o集料体积：Vs+Vg=1000-Ve(6)将此模型能得到关系式(3)(6)与水胶比定则组成联立方程，可求解混凝土 各组分的用量，实现配合比全计算。4、砂率，用水量计算公式xlOO%(1) .根据混凝土的普适体积相关模型(图-2)和有关参数可以得到砂率计算 公式：