混凝土及外加剂配制数字量化讲义PPT119

混凝土及外加剂«混凝土技术»杂志主主编编北京城建混凝凝土研究所所所长长冀东混凝土研研发中心常常务副主主任首席科学家数字量化实用用技术朱效荣教授数字量化计算的内容1.水泥应用技术术指标的数字字量化计算2.粉煤灰应用技术指标标的数字量化化计算3.矿渣粉应用技术指标标的数字量化化计算4.硅粉应用技术术指标的数字字量化计算5.混凝土实用配配合比设计数数字量化计算算6泵送剂应用技术指标标的数字量化化计算7.砂石调整技术指标的数字量量化计算多组分混凝土土理论σ——标准稠度水泥浆体的强度（MPa）；u——胶凝材料填充充强度贡献率率；m——单方混凝土中硬化密实浆体的体积。预湿骨料技术术理论砂石最佳用量量的计算原理理和方法混凝土用水量量的准确区分分计算预湿骨料技术术的生产工艺艺及设备混凝土科技网网北京灵感科技技发展有限公公司水泥应用技术术指标的数字字量化计算水泥必须检测测的技术指标标1.抗压强度2.密度3.比表面积4.需水量5.水泥中SO3的含量技术思路为了解决配制混凝凝土时水泥用用量与混凝土土强度之间对对应关系，特特别是使用同同一强度等级级的水泥配制制某强度等级级的混凝土时时水泥用量差差别很大，水水泥与外加剂剂的适应性不不好的难题，，实现提高混混凝土企业产产品质量、控控制成本的目目的。建立配制单位强强度（为混混凝土贡献献1MPa强度对应的的水泥的质质量）混凝凝土所用水水泥量的计计算公式。。标准稠度水水泥浆强度的计算方法水泥水化形成的的纯浆体的的强度与标标准水泥胶胶砂的强度度不同。水水泥水化形形成的纯水水泥浆体的的强度用标标准水泥胶胶砂的强度度除以标准准胶砂中水水泥的体积比例求得。水灰比与强强度的关系系水泥的强度与水水灰比的关关系满足这这样的规律律，从0开始，随着着水灰比的的增加，水水泥的强度度增加，当当水灰比达达到标准稠稠度用水量量对应的水水灰比时强强度最高，，超过这一一水灰比时时，随着水水灰比的增增加，水泥泥的强度降降低。若水灰比过小小，水泥水水化反应所所需水量不不足，会延延缓反应进进行；由于没有足够孔隙来来容纳水化化产物而阻阻碍未水化化部分进一一步水化，，也会降低低水化速度度，强度降降低，因此此水灰比也也不宜太小小。在使用水泥前先检检测水泥标标准稠度用用水量对应应的水灰比比，此水灰比比既是水泥胶砂检测的的合理水灰灰比。当水灰比在标标准稠度对对应的水灰灰比范围上上下变化时时，适当增增大水灰比比，可以增增大水化反反应的接触触面积，使使水化速度度加快，早早期强度提提高，但水水灰比过大大，会使水水泥石结构构中孔隙太太多，此时时水灰比越越大水泥强强度越低，故水灰比不不宜太大。。根据以上上原理和思思路我们建建立水泥化化学反应形形成的桨体体强度的数数字量化计计算公式。。水泥在标准胶砂砂中体积比比的计算标准胶砂中中体积比的的计算公式式：符号的意义义:VC0--------标准胶砂中水泥泥的体积比比C0---------标准胶砂中水泥泥的用量（（450g）ρC0-------水泥的密度（2300——3100kg/m3）S0---------标准胶砂中砂的的用量（1350g）ρS0-------砂的密度（2700kg/m3）W---------标准胶砂中水的的用量（225g）ρW0-------水的密度（1000kg/m3）名称P·II水泥普通水泥矿渣水泥粉煤灰水泥火山灰水泥复合水泥密度305030002950230026502450体积比0.1690.1710.1740.2130.1900.202表1水泥的密度度与水泥的的体积比对对照水泥水化形成的的强度计算标准稠度水水泥浆硬化化形成的浆浆体强度计计算公式：：符号的意义义:σ0----标准稠度水水泥浆的强度R28----标准胶砂的强度度VC0----标准胶砂中水泥泥的体积比比名称P·II水泥普通水泥矿渣水泥粉煤灰水泥火山灰水泥复合水泥R28605548353840VC00.1690.1710.1740.2130.1900.202σ0297322276164200198表2水泥标准胶胶砂的强度度、水泥的的体积比与与纯浆体的的强度对照照标准稠度水泥浆浆表观密度度计算公式式标准稠度水水泥浆硬化化形成的浆浆体的表观观密度计算算公式：符号的意义义:ρ0---------标准稠度水泥浆浆的密度W0----------水泥的标准稠度度用水量ρC0--------水泥的密度名称P·II水泥普通水泥矿渣水泥粉煤灰水泥火山灰水泥复合水泥W0252729333231ρC0305030002950230026502450ρ0212421052051173918931824表3水泥的标准准稠度用水水量、水泥泥的密度与与水泥浆的的密度对照照贡献1MPa强度所需水水泥用量计计算由于标准稠度的的硬化水泥泥浆折算为为1m3时对应的强强度值正好好是水泥水水化形成浆浆体的强度度值，1m3浆体对应的的质量数值值正好和ρ0的数值相等等，因此水水泥浆中水水泥对强度度的贡献可可以用标准准稠度水泥泥浆的密度度数值除以标准稠度水泥浆的强度计算求求得，其单单位为kg/MPa，定义为质量量强度比。具体计算算公式如下下：贡献1MPa强度所需水水泥浆用量量计算公式式：符号的意义义:C------提供1MPa强度所需水水泥浆的用用量ρ0------标准稠度水泥浆的密密度σ0------标准稠度水水泥浆体的强度名称P·II水泥普通水泥矿渣水泥粉煤灰水泥火山灰水泥复合水泥强度等级52.552.542.532.532.532.5R28605548353840σ0297322276164200198ρ0212421052051173918931824C(kg/MPa)7.26.57.410.69.59.2C20（25MPa）180163185265238230C30（35MPa）252228259371333322C40（46MPa）331299340488437423C50(58MPa）418377429615551534表4胶砂强度、、纯浆体强强度、纯浆体密度度、1MPa强度水泥用用量对照表4解释了同样样强度等级级的水泥配配制混凝土土时水泥用用量差别很很大的原因因。混凝土科技技网北京灵感科科技发展有有限公司粉煤灰应用用技术指标标的数字量量化计算粉煤灰必须须检测的技术术指标1.对比强度2.密度3.比表面积4.需水量比5.粉煤灰中SO3的含量掺合料活性性的计算掺合料在混凝凝土中的作作用主要考考虑反应活活性和填充充效应。反反应活性用用活性系数数表示，活活性系数指指同样质量量的掺合料料产生的强强度与对比比试验水泥泥强度的比比值。填充充效应用填填充系数表表示，填充充系数指矿矿物掺合料料的比表面面积与表观观密度的乘乘积除以对对比试验水水泥的比表表面积与表表观密度的的乘积的二二次方根。。粉煤灰的填充效应粉煤灰的填充效应应是指粉煤煤灰的微细细颗粒均匀匀分布于水水泥浆体的的基相之中中，就像微微细的集料料。微集料的存在在有利于增增加混凝土土的强度。。粉煤灰的的表观密度度与比表面面积的乘积积除以对比比试验用水水泥的表观观密度与比比表面积的的乘积所得得的商开二二次方所得得数值即是是粉煤灰的的填充系数数。粉煤灰填充系数的计算算作为基准水水泥的填充充系数:u1------水泥的填充充系数(基准数据)ρC------水泥的密度SC------水泥的比表表面积符号的意义义:粉煤灰的填充系数数:u2-----------粉煤灰的填填充系数ρF-----------粉煤灰的密度SF-----------粉煤灰的比表面积其物理意义义为1千克的粉煤煤灰填充效效应产生的的强度相当于u2千克的水泥泥产生的强强度。符号的意义义:活性指数测定试试验测定试验胶砂和和对比胶砂砂的抗压强强度，以二二者抗压强强度之比确确定粉煤灰灰试样的活活性指数。。试验胶砂砂和对比胶胶砂材料用用量见表5表5试验胶砂和和对比胶砂砂材料用量量胶砂种类水泥（g）粉煤灰（g）标准砂（g）水（ml）28d强度（MPa）对比胶砂450——1350225R0=50试验胶砂3151351350225R1=45活性指数的的国家标准准计算方法法：结果计算H28----活性指数（%）；R1------试验胶砂28d抗压强度（（MPa）；R0------对比胶砂28d抗压强度（（MPa）。符号的意义义:活性系数的准确计算算方法根据对比胶砂可可知，450克水泥提供供强度50MPa，则315克水泥提供供的强度为为0.7R0=35MPa，135克水泥提供供的强度为为0.3R0=15MPa；那么，掺掺粉煤灰的的试验胶砂砂提供的强强度包括315克水泥提供供的强度（（即0.7R0=35MPa）与135克粉煤灰提提供的强度度（即R1-0.7R0=10MPa）。所以，，粉煤灰的的活性系数由下式求得得：式中：αF---------粉煤灰的活活性系数；R1--------试验胶砂28d抗压强度（（MPa）；R0--------对比胶砂28d抗压强度（（MPa）。粉煤灰的取代系数数用δc表示，其数数值为活性性系数的倒倒数，则代代入以上数数据可得本本例中粉煤煤灰的活性性系数αF=0.67，粉煤灰的的取代系数数δc=1.5。在混凝土配合合比设计过过程中可以以用1千克粉煤灰灰取代0.67千克与对比比试验相同同的水泥，，或者用1.5千克粉煤灰灰取代1千克与对比比试验相同同的水泥。。这种设计计思路在水水泥和粉煤煤灰用量的的计算方面面实现了适适量取代，，比传统观观念中粉煤煤灰等量取取代和超量量取代的观观念更加科科学，准确确合理地使使用了粉煤煤灰。取代系数的的准确计算算方法:δc=0.3R0/（R1-0.7R0）活性等级S75S75S95S95S105S105活性指数759096103106113活性系数0.170.670.871.11.21.43取代系数6.01.51.150.910.830.70表6粉煤灰活性性等级、活活性指数、、活性系数数与水泥取取代系数的的对照表6解释了同一强度度等级的粉粉煤灰在取取代水泥时时用量差别别很大的原原因。混凝土科技技网北京灵感科科技发展有有限公司矿渣粉应用用技术指标标的数字量量化计算矿渣粉必须须检测的技术术指标1.对比强度2.密度3.比表面积4.需水量比粒径大于45μm的矿渣颗粒粒很难参与与水化反应应，因此要要求用于高高性能混凝凝土的矿渣渣粉磨至比比表面积超超过400m2/kg，以较充分分地发挥其其活性，减减小泌水性性。比表面面积为600m2/kg～1000m2/kg的矿渣粉用用于配制高高强混凝土土时的最佳佳掺量为30%～50%。矿渣粉的填填充系数可可以用下式式求得：u3--------矿渣粉的填填充系数ρK--------矿渣粉的密密度SK--------矿渣粉的比比表面积计算求得的填充充系数，其其物理意义义为1千克的矿渣渣粉填充效效应产生的的强度相当当于u3千克的水泥泥填充效应应产生的强强度。粉磨磨矿渣要消消耗能源，，成本较高高；矿渣粉粉磨得越细细，掺量越越大，则配配制的高性性能混凝土土拌合物越越黏稠。用用于高性能能混凝土的的矿渣粉的的细度一般般要求比表表面积达到到400m2/kg以上。胶砂种类水泥（g）矿渣粉（g）标准砂（g）水（ml）28d强度对比胶砂450——1350225R0=50试验胶砂2252251350225R2=45表7测定矿渣粉粉活性指数数试验中试试验胶砂和和对比胶砂砂材料用量量活性指数的量量化计算算矿渣粉活性指指数测定定试验测定试验胶砂砂和对比比胶砂的的抗压强强度，以以二者抗抗压强度度之比确确定矿渣渣粉试样样的活性性指数。。试验胶胶砂和对对比胶砂砂材料用用量见表7。活性指数数的国家家标准计计算方法法：矿渣粉活活性指数数按下式式计算：：式中：A---------28d活性指数数，%；R0--------对比砂浆浆28d抗压强度度，MPa；R2--------试验砂浆浆28d抗压强度度，MPa。结果计算活性系数的准准确计算算方法式中：αK--------矿渣粉的的活性系系数；R0-------对比砂浆浆28d抗压强度度，MPa；R2-------试验砂浆浆28d抗压强度度，MPa。根据对比胶砂砂可知，，450克水泥提提供强度度50MPa，则225克水泥提提供的强强度为0.5R0=25MPa；那么，，试验胶胶砂提供供的强度度包括225克水泥提提供的强强度（即即0.5R0=25MPa）与225克矿渣粉粉提供的的强度（（即R2-0.50R0=20MPa）。所以以，矿渣渣粉的活活性系数数由下式式求得：：矿渣粉的取代代系数用用δk表示，其其数值为为活性系系数的倒倒数，则则代入数数据可得得本例中中矿渣粉粉的活性性系数αK=0.8，矿渣粉粉的取代代系数δc=1.25。在混凝土配配合比设设计过程程中可以以用1千克矿渣渣粉可以以取代0.8千克与对对比试验验相同的的水泥，，或者用用1.25千克矿渣渣粉取代代1千克与对对比试验验相同的的水泥。。这种设设计思路路在水泥泥和矿渣渣粉用量量的计算算方面实实现了适适量取代代，比传传统观念念中矿渣渣粉等量量取代和和超量取取代水泥泥的观念念更加科科学，准准确合理理地使用用了矿渣渣粉。取代系数数的准确确计算方方法δc=0.5R0/(R2-0.50R0)表8矿渣粉活活性等级级、活性性指数、、活性系系数与水水泥取代代系数的的对照活性等级S75S75S95S95S105S105活性指数759096103106113活性系数0.50.80.921.061.121.26取代系数2.01．251.090.940.890.79表8解释了同一等等级的矿矿渣粉在在取代水水泥时用用量差别别很大的的原因。。混凝土科科技网北京灵感感科技发发展有限限公司硅粉应用用技术指指标的数数字量化化计算硅粉必须须检测的技技术指标标1.活性指数数2.密度3.比表面积积4.需水量比比硅粉填充系系数的量量化计算算作为超细矿物物掺合料料，硅粉粉的平均均粒径度度为0.1μμm，仅为水水泥平均均粒径的的几百分分之一，，主要用用来配制制高强高高性能混混凝土，，掺入水水泥混凝凝土后能能很好地地填充于于水泥颗颗粒空隙隙之中，，使浆体体更致密密。硅灰的填填充系数数可以用用下式求求得：u4--------------硅灰的填填充系数数ρSi--------------硅粉的密密度SSi--------------硅粉的比比表面积积在混凝土配配合比设设计过程程中可以以用1千克硅灰灰取代u4千克对比比试验的的水泥，，充分利利用了硅硅灰的填填充功能能，实现现硅粉的的准确合合理利用。表9硅灰填充系系数与取取代系数数的对照照比表面积100001200015000180002000022000填充系数4.85.25.86.46.77.1取代系数0.210.190.170.160.150.14表9解释了不同比比表面积积的硅灰灰在取代代水泥用用量差别别很大的的原因胶砂种类水泥（g）硅粉（g）标准砂（g）水（ml）28d强度对比胶砂450——1350225R0=50试验胶砂405451350225R4=75表10测定硅粉粉活性指指数试验验中试验验胶砂和和对比胶胶砂材料料用量硅粉活性指指数的量量化计算算测定试验胶砂砂和对比比胶砂的的抗压强强度，以以二者抗抗压强度度之比确确定硅粉粉试样的的活性指指数。试试验胶砂砂和对比比胶砂材材料用量量见表10。硅灰活性性指数的的国家标标准计算算方法：：硅粉28d活性指数数按下式式计算：：式中：A28------28d活性指数数，%；R0-------对比砂浆浆28d抗压强度度，MPa；R4-------试验砂浆浆28d抗压强度度，MPa。硅灰活性系数的准准确计算算方法式中：αSi-------硅灰的活活性系数数；R0------对比砂浆浆28d抗压强度度，MPa；R4------试验砂浆浆28d抗压强度度，MPa。根据对比胶砂砂可知，，450克水泥提提供强度度50MPa，则405克水泥提提供的强强度为0.9R0=45MPa；那么，，试验胶胶砂提供供的强度度包括405克水泥提提供的强强度（即即0.9R0=45MPa）与45克硅粉提提供的强强度（即即R4-0.9R0=30MPa）；则硅硅粉的活活性系数数由下式式求得：：硅灰取代代系数的的准确计计算方法法u4=δSi硅灰的取代代系数用用δSi表示，其其数值为为活性系系数的倒倒数，则则代入数数据可得得硅灰的的活性系系数αSi=6，硅灰的的取代系系数δSi=0.17。在混凝土配配合比设设计过程程中可以以用1千克硅灰灰取代6千克与对对比试验验相同的的水泥，，或者用用0.17千克硅灰灰取代1千克与对对比试验验相同的的水泥。。这种设设计思路路在水泥泥和硅粉粉用量的的计算方方面实现现了适量量取代，，准确合合理地使使用了硅硅粉。混凝土科科技网北京灵感感科技发发展有限限公司泵送剂应应用技术术指标的的数字量量化计算算减水剂必必须检测的技技术指标标1.临界掺量量临临界减减水率2.饱和掺量量饱饱和减水率3.等效缓凝凝系数4.凝结时间间差5.水泥的需需水量水水泥泥中SO3的含量混凝土泵送剂配配方设计计计算技技术基础础用于商品混凝凝土的复复合泵送送剂应能能有效控控制混凝凝土拌合合物的坍坍落度损损失、减减少泌水水和离析析、改善善拌合物物工作性性，满足足远距离离运输、、泵送，，浇筑(现浇或水水下浇筑筑)、振捣(振捣或自自密实)等施工工工艺的要要求。复合泵送剂由由高效减减水剂、、缓凝剂剂、引气气剂和辅辅助剂组组成。可可以根据据混凝土土原材料料组成、、配合比比、工作作性要求求和环境境温度等等参数实实现复合合泵送剂剂的组成成和配方方设计。。泵送剂复配配方法及及计算公公式一元复配的的方法及及计算公公式一元复配的的主体是是利用一一种高效效减水剂剂和缓凝凝剂复配配泵送剂剂，必要要时适量量掺加引引气剂，，主要考考虑减水水剂的临临界掺量量c10和饱和掺掺量c11以及推荐荐掺量c，减水剂剂的临界界掺量减减水率n10和饱和掺掺量减水水率n11以及推荐荐掺量下下的减水水率n，检测外外加剂的的水泥的的标准稠稠度用水水量W、C3A和SO3。则每吨吨泵送剂剂中各种种原材料料的用量量为（单单位均为为kg）：减水剂的的用量缓凝剂的的用量引气剂的的用量溶剂水的的用量是否缺硫硫二元复配的的方法及及计算公公式二元复配是是利用一一种高效效减水剂剂、一种种普通减减水剂和和缓凝剂剂复配泵泵送剂，，主要考考虑高效效减水剂剂和普通通减水剂剂的饱和和掺量c21、.c22以及推荐荐掺量c，检测外外加剂的的水泥的的标准稠稠度用水水量W0、C3A和SO3。则每吨吨泵送剂剂中各种种原材料料的用量量为（单单位均为为kg）：高效减水水剂的用用量普通减水水剂的用用量缓凝剂的的用量引气剂的的用量溶剂水的的用量是否缺硫硫三元复配的的方法及及计算公公式三元复配是是利用两两种高效效减水剂剂和一种种普通减减水剂复复配泵送送剂，主主要考虑虑两种高高效减水水剂和普普通减水水剂的饱饱和掺量量c31、c32、c33以及推荐荐掺量c，检测外外加剂的的水泥的的标准稠稠度用水水量W0、C3A和SO3。则每吨吨泵送剂剂中各种种原材料料的用量量为（单单位均为为kg）：高效减水水剂1的用量高效减水水剂2的用量普通减水水剂的用用量缓凝剂的的用量引气剂的的用量容剂水的的用量是否缺硫硫：泵送剂对水水泥的适适应性高效减水剂对对水泥的的适应性性是通过过坍落度度损失程程度判断断的。高高效减水水剂在低低水胶比比的混凝凝土中一一个突出出的问题题是不同同程度上上存在坍坍落度损损失快：：而在另另一些情情况下，，水泥和和水接触触后，在在开始60min～90min内，大坍坍落度仍仍能保持持，没有有离析和和泌水现现象。前前者，外外加剂和和水泥是是不适应应的，后后者是适适应的。。适应性性取决于于水泥矿矿物组成成(主要是C3A、C3S)、可溶SO3和碱含量量。(1)适应性好好(充分兼容容)：高可溶溶SO3和高碱量量水泥；；(2)适应性稍稍差(兼容稍差差)：中等可可溶性硫硫酸盐和和碱含量量的水泥泥；(3)不适应(不兼容)：可溶性性硫酸盐盐少和低低碱水泥泥。最佳佳可溶性性碱量为为0.4%～0.6％。解决泵送剂对对水泥适适应性问问题必须须针对不不同的胶胶凝材料料采用相相应的复复合泵送送剂组成成体系，，泵送剂剂配方设设计的优优点就在在如此。。混凝土科科技网北京灵感感科技发发展有限限公司砂石最佳佳用量的的数字量量化计算算砂子必须须检测的技技术指标标1.紧密堆积积密度2.含石率3.含水率4.含泥率5.石粉含量量石子必须须检测的技技术指标标1.堆积密度度2.空隙率3.吸水率4.表观密度度砂子技术指标标的量化化计算砂的主要技技术指标标粒径为0.16mm～4.75mm的集料称称为细集集料，简简称砂。。混凝土土用砂分分为天然然砂和人人工破碎碎砂。天天然砂是是建筑工工程中的的主要用用砂，它它是由岩岩石风化化所形成成的散粒粒材料，，按来源源不同分分为河砂砂、山砂砂、海砂砂等。山山砂表面面粗糙、、棱角多多，含泥泥量和有有机质含含量较多多。海砂砂长期受受海水的的冲刷，，表面圆圆滑，较较为清洁洁，但常常混有贝贝壳和较较多的盐盐分。河河砂的表表面圆滑滑，较为为清洁，，且分布布广，是是混凝土土主要用用砂。人工破碎砂是是由天然然岩石破破碎而成成，其表表面粗糙糙、棱角角多，较较为清洁洁，但砂砂中含有有较多片片状颗粒粒和细砂砂。由于于天然砂砂资源的的枯竭，，人工砂砂在我国国已经大大量使用用。紧密堆积密度度紧密堆积密度度是混凝凝土配合合比设计计过程中中需要采采用的重重要参数数，对于于质量均均匀稳定定的混凝凝土，砂砂子均匀匀且紧密密地填充充于石子子的空隙隙当中，，因此单单方混凝凝土中砂砂子的合合理用量量应该为为石子的的空隙率率乘以砂砂子的紧紧密堆积积密度求求得。计算公式式含水率由于水泥检验验采用0.5的水胶比比，扣除除水泥标标准稠度度用水，，润湿标标准砂所所用的水水介于5.7%～7.7%之间，这这个范围围水的变变化对水水泥强度度造成影影响可以以认为是是在系统统误差值值内，可可以不用用考虑。。在混凝凝土配比比设计过过程中，，以干砂砂为基准准，我们们控制砂砂子用水水的合理理值也在在5.7%～7.7%这个范围围，所以以在混凝凝土配制制过程中中砂子的的用水量量可以浮浮动2%。含石率砂子中的含石石率较高高时，由由于石子子是粗集集料，砂砂子的称称量过程程没有考考虑这些些石子的的数量问问题，因因此使生生产过程程中实际际的砂子子用量小小于配合合比设计计计算用用量，使使混凝土土拌合物物的实际际砂率小小于计算算砂率，，这就是是相同配配比的条条件下，，含石率率提高导导致混凝凝土实际际砂率降降低使混混凝土拌拌合物初初始流动动性变差差、坍落落度经时时损失变变大。因因此在生生产过程程中必须须及时检检测砂子子的含石石率并及及时调整整计量秤秤。含泥量由于砂子的含含泥量同同时影响响混凝土土的工作作性、强强度、外外加剂的的适应性性以及实实际砂率率，因此此我们要要求严格格控制砂砂子的含含泥量符符合国家家标准的的指标。。石子技术指标标的量化化计算石子的主要技技术指标标粒径大于4.75mm的集料称称为粗集集料，简简称为石石子。粗粗集料分分为碎石石和卵石石。卵石分为河河卵石石、海海卵石石、山山卵石石等，，其中中河卵卵石分分布广广，应应用较较多。。卵石石的表表面光光滑，，有机机杂质质含量量较多多。碎石为天然然岩石石或卵卵石破破碎而而成，，其表表面粗粗糙、、棱角角多，，较为为清洁洁。与与卵石石比较较，用用碎石石配制制混凝凝土时时，需需水量量及水水泥用用量较较大，，或混混凝土土拌合合物的的流动动性较较小，，但由由于碎碎石与与水泥泥石间间的界界面黏黏结力力强，，所以以碎石石混凝凝土的的强度度高于于卵石石混凝凝土。。堆积密度由于混凝土土的支支撑体体系最最最主主要的的是石石子，，因此此配合合比设设计过过程中中石子子用量量的计计算以以石子子的堆堆积密密度为为基础础，而而我们们国家家地域域广阔阔，石石子资资源的的差异异特别别大，，为了了满足足混凝凝土和和易性性的要要求，，必须须根据据当地地的资资源状状态及及时对对混凝凝土用用石子子的堆堆积密密度进进行检检测。。空隙率率由于粒形粒粒径的的不同同，对对于堆堆积密密度相相同的的的石石子，，空隙隙率是是不同同的，，在配配制混混凝土土的过过程中中，为为了满满足混混凝土土和易易性的的要求求，合合理计计算砂砂子用用量，，必须须根据据现场场状态态及时时对测测量石石子的的空隙隙率进进行检检测。。表观密密度对于堆积密密度相相同的的的石石子，，由于于空隙隙率的的不同同，石石子的的表观观密度度完全全不同同，因因此单单方混混凝土土石子子用量量也不不相同同，为为了合合理计计算配配合比比，我我们必必须根根据现现场的的材料料状态态及时时对石石子的的表观观密度度进行行检测测。吸水率率对于堆积密密度、、空隙隙率和和表观观密度度完全全相同同的石石子，，由于于吸水水率不不同，，因此此单方方混凝凝土用用水量量也不不相同同，为为了合合理计计算配配合比比，我我们必必须根根据现现场的的材料料状态态及时时对石石子的的含水水率进进行检检测。。混凝土土科技技网北京灵灵感科科技发发展有有限公公司配合比比设计计的数数字量量化计计算多组分混混凝土土配合合比设设计理理论的的建立立随着混凝土土化学学外加加剂和和超细细矿物物掺合合料的的的普普遍使使用，，全国国各地地使用用的混混凝土土配合合比设设计规规范已已经不不能满满足高高性能能混凝凝土配配制及及施工工的实实际需需要，，特别别是传传统观观念下下配制制混凝凝土时时水泥泥强度度要比比混凝凝土强强度高高，粉粉煤灰灰及矿矿渣粉粉等矿矿物掺掺合料料用量量不能能超过过规定定比例例的规规定，，在混混凝土土生产产过程程中已已经失失去了了指导导意义义。以以水胶胶比（（水胶胶比））决定定强度度的假假设为为基础础的混混凝土土配合合比设设计技技术规规程在在许多多方面面已经经不能能满足足混凝凝土材材料自自身性性能和和特点点的因因素。。基于于以上上观点点，本本人首首先对对混凝凝土的的体积积组成成模型型进行行了分分析，，以POWERS胶空比比理论论、晶晶体强强度计计算理理论和和GRIFFITH脆性材材料断断裂理理论为为基础础，结结合水水灰比比公式式建立立了多多组分分混凝凝土理理论数数学模模型及及计算算公式式。σ———水泥水水化形形成的的标准准稠度度浆体体的强强度（（MPa）；u———胶凝材材料填填充强强度贡贡献率率；m———硬化密密实浆浆体在在混凝凝土中中的体体积百百分比比；多组分分混凝凝土理理论数数学模模型及及计算算公式式根据生产实实践提提出了了多组组分混混凝土土体积积组成成石子子填充充模型型，并并对混混凝土土中标标准稠稠度水水泥浆浆体强强度、、硬化化密实实浆体体在混混凝土土中的的体积积百分分比、、掺合合料的的活性性系数数和胶胶凝材材料的的填充充因子子系数数等进进行了了定义义和准准确计计算公公式的的推导导。根根据混混凝土土体积积组成成石子子填充充模型型，我我们进进行了了现代代多组组分混混凝土土强度度的早早期推推定和和配合合比设设计计计算，，推导导出了了多组组分混混凝土土强度度与水水泥、、掺合合料、、砂、、石、、外加加剂及及拌合合用水水定量量计算算的科科学计计算公公式。。混凝土土配比比设计计由多组分分混凝凝土强强度理理论数数学模模型f=σσ×u×m可知，，多组组分混混凝土土硬化化后单单位体体积内内的石石子、、砂子子均没没有参参与胶胶凝材材料的的水化化硬化化，其其体积积没有有发生生改变变，分分别为为Vg、Vs，混凝凝土的的强度度由硬硬化水水泥混混合砂砂浆理理论强强度、、胶凝凝材料料的填填充强强度贡贡献率率和硬硬化密密实浆浆体的的体积积百分分比决决定。。以下下介绍绍依据据现代代多组组分混混凝土土理论论进行行混凝凝土配配合比比设计计的具具体步步骤。。胶凝材料料和外外加剂剂的确确定，，以使使用水水泥配配制混混凝土土为计计算基基础，，根据据水泥泥强度度、需需水量量和表表观密密度求求出1MPa强度水泥的用用量，以此计计算出满足设设计强度等级级所需水泥的的量,其次根据掺合合料的活性系系数和填充系系数用等活性性替换和等填填充替换求得得胶凝材料的的合理分配比比例，然后用用胶凝材料求求得标准用水水量对应的水水胶比，在这这一水胶比条条件下确定合合理的外加剂剂用量以及胶胶凝材料所需需的搅拌用水水量。集料的确定，，首先测得石石子的空隙率率，根据砂子子完全填充于于石子的空隙隙中求得每立立方混凝土砂砂子的准确用用量，然后按按照混凝土体体积组成石子子填充模型，，用石子的堆堆积密度扣除除胶凝材料，，即可求得每每立方混凝土土石子的准确确用量，通过过试验求得砂砂子和石子的的吸水率即可可求得润湿砂砂石所需的水水。在计算的的过程中，除除去含气量，，由于砂子的的空隙率所占占体积和胶凝凝材料水化所所需水分在混混凝土最后占占据的体积基基本相同，因因此计算过程程不考虑砂子子的孔隙率和和拌合水的体体积。配制强度的确定现代多组分混凝土土的配制强度度按现行规范范fcu,p=fcu,o+1.645σ确定,不同强度等级级混凝土σ值按表11确定。表11混凝土的σ（标准差）取取值表强度等级C10～C25C30～C55C60～C100σ（MPa）456水泥标准稠度度浆强度σc的计算由于配制设计强度度等级的混凝凝土选用的水水泥是确定的的，在基准混混凝土配比计计算时取水泥泥为唯一胶凝凝材料，则σσ0的取值等于水水泥标准砂浆浆的理论强度度值σ0计算如下：VC0——标准胶砂中水水泥的体积比比；C0——标准胶砂中水水泥的用量（（kg）；ρC0——水泥的密度（（kg/m3）；S0——标准胶砂中砂砂的用量（kg）；ρS0——标准砂的密度度（kg/m3）；W0——标准胶砂中水水的用量（kg）；ρW0——水的密度（kg/m3）。则标准胶砂中水水泥水化形成成的纯浆体的的强度计算公公式如下：式中:σ0——标准胶砂中水水泥水化形成成的纯浆体的的强度（MPa）；R28——标准胶砂的28d强度（MPa）；VC0——标准胶砂中水水泥的体积比比。依据石子填充充法设计思路路，当混凝土土中水泥浆体体的体积达到到100%时，混凝土的的强度等于水水泥浆体的理理论强度值，，即R=σ0，此时水泥浆浆体内含水泥泥的量可以通通过下式求得得：标准稠度水泥浆的表观观密度值：ρ0-----------标准胶砂中纯纯浆体的密度度W----------标准胶砂中水水泥的标准稠稠度用水量ρC0----------标准胶砂中水水泥的密度水泥基准用量量的确定每兆帕混凝土土对应的水泥泥浆质量由下下式求得：C----------提供1MPA强度所需水泥泥用量ρ0-----------标准胶砂中纯纯浆体的密度度σ0-----------标准胶砂中水水泥水化形成成的纯浆体的的强度配制强度为fcu，p的混凝土基准准水泥用量为为C01：胶凝材料的分分配设计中采用掺合料料反应活性和和填充强度贡贡献率折算后后与水泥相等等为基础，因因此掺合料可可由下式求得得：C01=B=αα1C+α2F+α3K+α4SiC01=u1C+u2F+u3K+u4Si300≤C+F+K+Si≤600C、F、K、Si分别为水泥、、粉煤灰、矿矿粉、硅粉的的量；α1、α2、α3、α4分别为水泥、、粉煤灰、矿矿粉、硅粉的的活性系数；；u1、u2、u3、u4分别为水泥、、粉煤灰、矿矿粉、硅粉的的填充系数综合填充系数数C10～C30（大掺量粉煤煤灰）混凝土土由于C10～C30混凝土配比计计算C01小于300时，用于生产产普通混凝土土时基准水泥泥用量C0直接取C01计算值，但用用于富浆的泵泵送混凝土时时，为了增加加浆体对骨料料的包裹性，，改善工作性性，减少坍落落度损失，我我们利用活性性较低的粉煤煤灰、炉渣粉粉等活性代替替部分水泥，，使胶凝材料料用量增加，，不考虑填充充效应，解决决了我国现行行规范规定预预拌或者自密密实等富浆的的混凝土中的的胶凝材料用用量不少于300kg的问题，计算算可以由以下下公式：C0=α1C+α2FC+F=300联立方程可以以准确求得：：水泥用量，，粉煤灰（炉炉渣粉）用量量。C35～C55掺复合料（矿矿粉和粉煤灰灰）混凝土由于C35～C55混凝土配合比比计算值C01为水泥，用于于生产普通混混凝土时水泥泥用量C0直接取计算值值C01，在配制泵送送混凝土时，，为了降低混混凝土的水化化热，掺加一一定的矿物掺掺合料，可以以有效地预防防混凝土塑性性裂缝的产生生，本计算方方法确定将水水泥的量C控制在C01的70%以下。当生产产预拌或者自自密实等富浆浆的混凝土时时，应优先选选用矿粉和粉粉煤灰代替部部分水泥。根根据现场实际际情况，我们们可以先确定定水泥用量，，然后求其余余的两种，考考虑反应活性性和填充效应应，实现技术术效果的最佳佳，具体用量量由以下公式式求得：C0=B=αα1C+α2F+Α3kC0=u1C+u2F+u3K当水泥用量预预先设定时，，联立方程可可以准确求得得：粉煤灰用用量，矿渣粉粉（炉渣粉））用量。C60～C100掺硅粉高强混混凝土由于C60～C100混凝土配比计计算C01较大，用于生生产普通混凝凝土或干硬性性混凝土时水水泥用量C0直接取计算值值C01，当用于生产产高性能混凝凝土时，为了了改善混凝土土的工作性，，降低水泥的的水化热，预预防混凝土塑塑性裂缝的产产生，提高混混凝土的耐久久性，选用矿矿粉和硅粉并并部分代替水水泥。本计算算方法确定将将水泥的量控控制在450kg以下。采用矿矿粉主要考虑虑活性系数，，硅粉主要考考虑填充效应应，胶凝材料料总量控制在在600kg左右。当技术术效果最佳时时具体计算由由以下公式求求得：联立方程可以以准确求得：：水泥用量，，矿渣粉（炉炉渣粉）用量量，硅灰用量量。减水剂及用水水量的确定胶凝材料需水量量的确定（1）试验法通过以上计算算求得水泥、、粉煤灰、矿矿粉和硅灰的的准确用量后后，按照已知知的比例将各各种胶凝材料料混合成复合合胶凝材料，，可以采用测测定水泥标准准稠度用水量量的方法求得得胶凝材料的的标准稠度用用水量为W，对应的有效水水胶比。求得搅拌胶凝材料料所需水量W1为胶凝材料总总量乘以有效效水胶比。（2）计算法通过以上计算求得得水泥、粉煤煤灰、矿粉和和硅粉的准确确用量后，按按照胶凝材料料的需水量比比通过加权求求和计算得到到搅拌胶凝材材料所需水量量W。同时求得搅拌拌胶凝材料的的有效水胶比比。外加剂用量的的确定采用以上有效水胶胶比，以推荐荐掺量进行外外加剂的最佳佳掺量试验，，外加剂的调调整以胶凝材材料标准稠度度用水量对应应的水胶比为为基准。要控控制混凝土拌拌合物坍落度度值为多大，，则掺外加剂剂的复合胶凝凝材料在推荐荐掺量下净浆浆流动扩展度度达到多大。砂子用量的确确定测出配合比设计所所用的砂子的的紧密堆积密密度和石子的的空隙率p，由于混凝土土中的砂子完完全填充于石石子的空隙中中，每立方米米混凝土中砂砂子的准确用用量为砂子的的紧密堆积密密度乘以石子子的空隙率。砂子润湿用水水量的确定根据水泥标准胶砂砂检测方法，，水泥检测用用的水一部分分用于水泥，，使之达到标标准稠度，另另一部分用于于润湿标准砂砂，使砂子表表面润湿，这这样做出来的的水泥胶砂强强度为水泥标标准强度。在在混凝土配合合比设计过程程中，胶凝材材料实际上是是一种复合水水泥，在标准准稠度条件下下，只要干砂砂润湿使用的的水与标准砂砂润湿使用的的水对应，水水泥的强度和和混凝土的强强度就是对应应的。我们可可以通过标准准砂的润湿水水量求得混凝凝土用干砂子子用水量的合合理取值围，，由于预拌混混凝土生产企企业使用的水水泥主要有普普通水泥、矿矿渣水泥和复复合水泥，因因此我们以这这三种水泥为为对比基准进进行润湿砂子子合理用水量量取值范围的的计算，见表12。表12砂子用水量计算依依据水泥品种需水量水泥用水水/水泥标准砂用水润湿水/标准砂（%）普通水泥27121.50.27103.57.7矿渣水泥301350.30906.7复合水泥33148.50.3376.55.7注：检测时使使用450g水泥，1350g标准砂，225g水由于混凝土生产企企业使用的水水泥主要有普普通水泥、矿矿渣水泥和复复合水泥，根根据水泥检验验数据的计算算推导可知，，润湿砂子不不影响混凝土土强度的合理理用水量范围围在5.7%～7.7%之间，我们以以下限5.7%作为混凝土中中干砂子用水水量最小值计计算的基准，，砂子合理的的最小润湿水水量等于5.7%乘以干砂子用用量求得，以以上限7.7%作为混凝土中中干砂子用水水量最大值计计算的基准，，砂子合理的的最大润湿水水量等于7.7%乘以干砂子用用量求得：即W2min=5.7%×SW2max=7.7%×S石子用量的确确定根据混凝土体积组组成石子填充充模型，计算算过程不考虑虑含气量和砂砂子的孔隙率率。用石子的的堆积密度值值扣除胶凝材材料的体积以以及胶凝材料料水化用水的的体积对应的的石子量，即即可求得每立立方混凝土石石子的准确用用量。按照这这一思路，为为了保证强度度同时实现砂砂浆对石子的的包裹，当混混凝土配制使使用的砂子和和石子的技术术参数确定后后，每一方混混凝土中石子子的用量随着着混凝土强度度等级的提高高，由于胶凝凝材料体积增增加，所以石石子的量是减减少的。即只只要使用了同同一批的砂石石料，从C10~C100的各强度等级级混凝土，单单方混凝土使使用的石子用用量越来越少少，这个结果果与以前的观观点完全不同同，则石子用用量计算公式式如下：石子润湿用水水量的确定现场测量石子的堆堆积密度，空空隙率和吸水水率，用吸水水率乘以石子子用量即可求求得润湿石子子的合理用水水量：W3=G×P吸水率总用水的确定定通过以上计算算，可得混凝凝土搅拌胶凝凝材料所用水水量为W1；润湿砂子所需需的水W2；润湿石子所需的水水W3；混凝土总的用水量W=W1+W2+W3混凝土的试配配、配合比调调整及生产由上可知，混凝凝土体积组成成石子填充模模型是适用于于C10~C100强度等级多组组分混凝土配配合比设计的的数学模型，，经过数学推推导得到混凝凝土配合比设设计中水泥、、掺合料、砂砂、石、外加加剂和拌合用用水量等组成成材料的准确确计算公式，，解密了混凝凝土各组成与与强度之间的的定量关系，，实现了现代代混凝土配合合比设计和强强度的科学定定量计算。在在此基础上我我们编制了混混凝土配合比比设计计算软软件，提出了了预湿骨料生生产工艺，应应用于重点工工程的预拌混混凝土生产，，取得了良好好的技术经济济效果。结论论高性性能能混混凝凝土土制制备备关关键键技技术术解解决决了了利用用硅硅酸酸盐盐系系列列水水泥泥配配制制高高性性能能混混凝凝土土降降低低成成本本的的技技术术难难题题，，突突破破了了利利用用不不同同品品种种不不同同等等级级硅硅酸酸盐盐水水泥泥配配制制不不同同强强度度等等级级的的高高性性能能混混凝凝土土的的关关键键技技术术，，技技术术效效果果明明显显，，降降低低成成本本的的作作用用比比较较理理想想，，从而而为这这项项技技术术的的推推广广应应用用奠奠定定了了坚坚实实的的理理论论基基础础。。高性性能能混混凝凝土土制制备备关关键键技技术术的的