现代混凝土配合比设计-全计算法

1、现混土合设全算北工大 陈奎摘要：传统混凝土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 半定量计算方法能面满足代混凝土的性能要求代凝土配合比全计算设计方法 是以工作性度耐久性为基建立数学模, 通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与水(胶)定则相结合能计算出混凝土各组(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 究成果是混凝土配合比上一次大的改进于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, 而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。键词

2、配合比、全计算法、高性能混凝土、流态混凝土。(一)高性能混凝上配合比全计法设计高性能混凝土 与强混凝土 (HSC)流态混凝土 (FLC)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： 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少，细掺料多掺； 材料组成及其用量合理，满足耐久性及特殊性能要求； 掺多功能复合超塑化(CSP)改善和提高混凝土的多种性能。因此，HPC 的配合比设计比 和 FLC 为严格合理。图- 表各种类型的混凝土配合比分区范围，无论采取什么方法设计HSC,FLC 和 塑性混凝上)的配合比在一个范围之内，而 HPC 在 AB 线附近

3、。由此证明 的合 比设计必须严格，精确和合理。图 混凝土配合比组成图一强与水(胶) 比的关系混凝土配合比设计是混凝土材料科学中最基本而又最重要的一个问题。早在 1919 年 (D艾拉姆)就发表了混凝土强度的水灰比则一材料强度 仅取决于一个因素，即水灰比。这一定则可以用下列公式表示：该式成为混凝土配合比设计中计算强度的基础。近 80 年混土配合比设计方法也 几经发展到前为止最为常用的两种方法是绝对体积法和假定容重法两种方法都是 以强度为基础的半定量设计方法。二混土的普适体积模型混凝土是多相聚集，其组分包括：水泥、矿物细掺料、砂：石子、水、空气和外 加剂等。 我们的基本观点如下 混凝土各组成材(包

4、括固、气、液三相)有体积加和性， 石子间的空隙由 干砂来填充， 干砂浆的空隙由水来填充， 千砂浆由水泥、细掺料、砂和空气所组成。根据以上观点，混凝土普适体积模型建立如-2三两基本公式的数学推导砂率计公式根据混凝土的普适体积模(-2)知：浆体体积 = (1)集料体积 + Vg 1000 Ve 干砂浆体积 Vc+Vf+Vs+Va 式中：Ve 浆体积 Ves 干浆体积(l/m3) 水体积 或水量 kg/m3)、VfVa、 和 分别示水泥、细掺( 、空气、砂子和石子的体 积由式(3)得： 一 + 由式(1)得： Vc + Vf + Va e 一 W (5)将式(5)代人式(4) 得： Vs = Ves

5、Ve + W 则砂子重量： S 一 + 式中， 一子用量(kg/m3 一的视密( 由式(得： 一 Vs Ve 将式(代入式得： Vg (9)则石子重量： = 一 W) (10) 式中，G 一子用( 子的视密(kg/m3 )由此式表明，混凝土的砂率随用水量的增加而增加，随胶凝材料的增加而减小。 根据美国 K 和 C 教授的观点，要使 HPC 同达到最佳的施工和易性和强度性能，其水泥浆与骨料的体积比应为 ：65故对 HPC可取 Ve ，料体积 。干砂浆积的确定对于一定粒径的碎石，视密度为 ，密度为b 与子空隙(P)的关系为：公式(21)(22)和表明： 混土的用水量取决于强度和水胶比，混凝土强度越

6、高，水胶比越小，则用水 越少 矿细掺料的品(密度不同和掺量响混凝土的用水量; 引量越大，混凝土用水量越少。四. HPC 配比设计步骤现代混凝土由水泥矿细掺料砂、石子、水和超塑化剂等多种成分按严格的 比例关系组成，传统 配合设方法不可能得到优化的配合比，而全计算法在定条件 下能精确计算出每个组分的用量和相互比例 配合比全计算法设计步骤如下： 试配和配合比调整在以上混凝土配合比设计中，配制强度、水胶比、用水量、胶凝材料组成与用量、砂 率及粗细集料用量、超塑化剂等均可以通过公式计算而定量确定，最终确定混凝土配合比， 故称之为全计算配合比设计当在算中也涉及到个别参数的取值问题对特定混 凝土泥浆体体积

7、和砂浆体积 的取值这取值都有比较成熟的研究结果 传统的配比设计中大量参数经过查表取值的经验方法比较，其科学性与定量性大大提高值得指出的是在用水量 W 公式中涉及到两个参数，气体体积。和胶凝材料中超细 粉掺合料体积分&同时给出了超塑化剂掺量的计算公式化 CSP 和细粉掺 量在设计中均得以体现，这是以高耐久性为特征的 的要组成材料另外 气体 积分数为引气混凝土特征项成引气型高耐久性混凝土然混土耐久性是一个非常复杂的问题，涉及很多方面，除上述各方面外，还有诸如碱集料反应，抗硫酸盐侵蚀等，这 只须在配合比设计时同时对组成材料化学成分加以关注即可将配制强度 MPa 算配合比例人表-4 中表- 是作者提出

8、的全计算方法得到的 HPC 配合比与美国资料中 的合比进行 对比由看出由胶比计算用水量与美国资料中的统计用水量完全一致种方法得到 的砂率相差不大总的规律是相的即率随用水量的减小而减小强度等级划分和抗压 强度值有差别这由于标准不和抗压强度测定方法不同国采用园柱形试体中采 用立方体试体但是抗压强度与水胶比关系是相同的综上所述可得出结论：(1)在国内外首次建立了普遍适用混凝土体积模,以此为基础推导求得了两个重要的基本关系式 用量公式和砂率计公式。这两个 公式揭示了混凝土组成材料内在的客观规律和必然联系，成为 混土全计算配合比设 计的基础它使得 混土配合比设计从半定量走向定、从经验走向科学，是混凝土配合比设计上一较大的改进(2)由于模型的普遍适用性，这两基本关系式及全计算配合比设计方法不仅适用于 高性能混凝土，也适用于普通混凝土、