全计算法HPC配合比设计

1、全计算法 HPC 砼设计Hpc 配合比设计的理论基础为王栋民、陈建奎教授研究发展的hpc配合比设计全计算法。2.1Hpc 配合比设计的基本原则满足工作性的情况下，用水量要小满足强度的情况下，水泥用量小，细掺量多材料组成及用量合理，满足耐久性及特殊性能要求掺加新型高效减水剂，改善与提高砼的多种性能。2.2 全计算法配合比设计的技术基础砼各种组成材料（包括固、液、气三相）具有体积加和性；石子的空隙由干砂浆来填充；干砂浆由水泥、细掺料、砂和空气所组成。该模型假定砼总体积为1m3（ 1000L ），由水、水泥、细掺料、空气、砂、石部分组成， 对应的体积分别为vw. Vc. Vf. , 浆体体积 （ V

2、e）=Vw+vc+vf+va ，vs+vg （骨料体积） =1000-ve ；干砂浆体积（ ves） =vc+vf+va+vs. 在 HPC 配合比计算时，式中 ve 和 ves 应根据原材料及施工现场具体确定，理论值可作为参考。 C50HPC 配合比设计实例我们假定 ve=350； ves=460，砼含气量4%。原材料采用，细集料采用渭河区中砂，细度模数2.8，粗集料为二级级配碎石，最大粒径25mm；外加剂为聚羟酸高效减水剂，试验减水率 26%，掺量（ 1.0%×胶体材料用量） ；各原材料经检验符合 （客运专线高性能砼暂行技术条件）要求。3.1 配制强度 =50+1.645*6=6

3、0MPafcu。 p砼试配强度（fcu 。 0砼设计强度（mpa）；ó强度标准差（ mpa）；3.2 水胶比 =1/ （ 60/0.48*42.5*1.09）+0.52 ） =0.31mpa）；A B回归系数;回归系数 AB 资料显示以下取值都有人用过，而且更倾向于后者，实际上水胶比很大程度上已经验确定， 因此读者可以根据具体情况及经验计算选取更合理的水胶比。表 1回归系数选用表3.3 用水量3（ 350-40 ） /（ 1+0.335/0.31 ） 149kg/m3其中 0.335 为体积掺量有关。 计算表明体积掺量的变化对掺量系数影响不大，见下表。在一般计算中采用0.335 就可

4、以，当细集料的密度与设计值相差较大时，可用下表系数进行精确用水量计算。表 2 细集料的体积掺量对系数的影响（注：括号内为质量掺量（ %）3.4 胶凝材料用量Mb=mc+mf+mk=w/ （w/b ） =149/0.31=481kg取 mf=mk=100kgmc=281kgw/b- 氺胶比；mb、 mc、 mf 、 mk 、分别为每立方米胶凝材料、水泥、粉煤灰、矿粉用量（ kg ）；3.5 砂率及集料用量-4=（ 460-350+149 ） /（ 1000-350）=40容重取2380kg/m3可得ms=700kg/m3mg=kg/m3Sp-砼砂率；Ms 、 mg-砂、石每方用量（kg）；3.6

5、 配合比计算结果汇总表 3C50HPC 的配合比计算结果3.7 砼拌合物性能根据以上计算的配合比设计值，试拌的砼拌合物性能如下表所示：表 4新办砼拌合物性能3.8 砼耐久性指标检测结果表 5砼各项检测结果4 总结及体会4.1 关于 ve 及 ves通过对 HPC 配合比的试配和调整工作，发现低标号或低坍落度砼在ve 小于 350L 时，也具有很好的工作性和和易性，具体范围见下表：标号ve（L/M3)ves（L/m3）vs+vg（L/m3）c50（双掺 F/K)345359441473651662c30（单掺粉煤299323431460664693灰）注：c30 砼分为墩身和灌注桩两种，这两个配

6、合比无论从坍落度、 容重，还是含气量方面都有较大的差别，因此数据离散较大。F-粉煤灰；k-矿粉可以看出对于高强度的HPC由于胶凝材料用量大，浆体体积ve基本在350L左右，而对于c50以下标号HPC,浆体体积ve基本处于300330 之间。另外，根据配合比全计算法理论，可由碎石最大粒径，通过表观密度和堆积密度得出空隙率，进而计算出ves，表 7石子最大粒径与ves 的关系碎石最大粒径（ mm）192531.5ves计算值（ L/m3）444426412ves取用值（ L/m3）450430420但以上计算中未考虑砼含气量大于其自然状态下含气量（约 1%）的情况，例如加入引气成分。因此笔者建议v

7、es 的取值应考虑到这部分额外含气所增加的部分，可参考以下公式：Ves=（Q-1%）*1000+ves取用值-5Q-砼设计含气量（%）这是砼配合比全计算法在实际应用中的一个问题。这也是在例子中我们假定 ves=460 的原因。4.2 关于细掺料掺量问题根据配合比全计算法理论，水泥和细掺料的体积比vc：vf=3 ：1，换算为细掺料质量掺量为21% 时，满足ve=vw+vc+va ，但试验研究证明：砼中粉煤灰掺量超过25%时，对砼的性能才会有明显的改善；而另一主要矿物掺合料磨细矿渣通常在砼中的最佳掺量为30%50% 。因此经过现场实际的拌合调整，最终确定细掺料的掺量范围见下表：表 8HPC 配合比

8、参数表 -2在用配合比全计算法进行矿物细掺料的计算时，可结合水泥的性质、细掺料的性质权衡考虑，找到质量与成本的平衡点，再结合工程上的特殊要求，确定合适掺量。4.3 关于容重计算选取问题在试验中发现，用配合比全计算法算出的砼容重普遍偏低，而且设计标号越低越明显，在上面所举的例子中，砂石料通过计算所得如下：Ms= （ ves-ve+w）× ps-6=（ 460-350+149 ）× 2.65=686kg/m3Mg= （1000-ves-w ）× pg-7=（ 1000-460-149 ）× 2.70=1056kg/m3Ps、 pg- 砂、碎石的密度（g/cm3 ）；砼容重 =2371kg/m3此外随着引气成分的加入，砼含气量增加，密度会随之减少，根据密度与砼耐久性的关系，笔者认为根据砼设计含气量适当提高砼的容重是合适的。在计算砂石料时我们仍可以沿用JGJ55-2000 中的方法，先假定容重，根据砂率计算出砂石用量，效果较好， 此外因为这种方法经验成熟，也是我们采用的原因之一。5 结束语由上论述可得出结论；全计算法建立了普遍适用的砼体积模型，由此推导出用水量公式和砂