1、高性能混凝土及其全計(jì)算配合比設(shè)計(jì) 王棟民 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院混凝土與環(huán)境材料研究所一、前言二、對(duì)高性能混凝土的再認(rèn)識(shí)三、全計(jì)算配合比設(shè)計(jì) 普遍適應(yīng)的混凝土體積模型 公式的推導(dǎo)及物理意義的表述 全計(jì)算配合比設(shè)計(jì)的步驟與討論 例證四、結(jié)語(yǔ)高性能混凝土(現(xiàn)代混凝土)及其全計(jì)算配合比設(shè)計(jì)一、前言n高性能混凝土（現(xiàn)代混凝土）n配合比設(shè)計(jì)n全計(jì)算配合比設(shè)計(jì)n高性能混凝土流行的觀點(diǎn)（1）美國(guó)學(xué)者（2）日本學(xué)者（3）中國(guó)學(xué)者： 馮乃謙 教授 吳中偉 院士二、對(duì)高性能混凝土的再認(rèn)識(shí)滿足工作性的情況下，用水量要小滿足強(qiáng)度的情況下，水泥用量少，細(xì)摻量多摻材料組成及其用量合理，滿足耐久性及特殊性能

2、要求摻加新型高效減水劑，改善與提高混凝土的多種性能HPC配合比設(shè)計(jì)的基本原則（作者認(rèn)識(shí)）：二、對(duì)高性能混凝土的再認(rèn)識(shí)PLCFLCHSC混凝土配合比組成圖二、對(duì)高性能混凝土的再認(rèn)識(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)的重要性n混凝土配合比設(shè)計(jì)是混凝土科研,生產(chǎn)及應(yīng)用的一個(gè)基本問(wèn)題也是一個(gè)非常重要的問(wèn)題.n配合比設(shè)計(jì)決定了混凝土的性能: 強(qiáng)度 工作性 耐久性經(jīng)濟(jì)性 二、對(duì)高性能混凝土的再認(rèn)識(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法n兩個(gè)基本方法: 絕對(duì)體積法; 假定容重法n共同點(diǎn):強(qiáng)度與水膠比的關(guān)系都遵從波羅米公式 fcu,p=Afcu,km(c)/m(w) Bn不同點(diǎn): 前者以1m3混凝土絕對(duì)體積為基礎(chǔ); 后者以假定混凝土容重為一定值

3、(正常2400m3)為基礎(chǔ). 二、對(duì)高性能混凝土的再認(rèn)識(shí)比較著名的高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)方法n美國(guó)Metha和Aitcin教授推薦的方法n法國(guó)路橋試驗(yàn)中心(LCPC)建議的方法n日本阿部道彥方法n基于最大密實(shí)度理論的方法 Domone.P.L.J的方法 Carbouari.B.T的方法 清華大學(xué)陳肇元,王懷德的方法 -顆粒堆積密度計(jì)算線形模型的修正二、對(duì)高性能混凝土的再認(rèn)識(shí)高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)化n法國(guó)路橋中心 LCPC軟件nDunstan.M.R.H方法nDay.K.W的Couad配合比設(shè)計(jì)系統(tǒng)n陳肇元-王懷德設(shè)計(jì)系統(tǒng)二、對(duì)高性能混凝土的再認(rèn)識(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)外多種設(shè)計(jì)方法的評(píng)述n經(jīng)驗(yàn)性,半定

4、量設(shè)計(jì)方法n通常體系較龐雜,包括CAD設(shè)計(jì)n核心參數(shù)用水量和砂率仍多為經(jīng)驗(yàn)取值n根源: 未掌握和揭示混凝土材料內(nèi)在組分關(guān)系n其中以美國(guó)Mehta和Atitcin教授的方法有較多的可取性. 二、對(duì)高性能混凝土的再認(rèn)識(shí)本文對(duì)水泥混凝土領(lǐng)域的重大貢獻(xiàn)n從理論上推導(dǎo)確定了用水量VW和砂率SP的計(jì)算公式:用水量通式:砂率通式:該兩式加上著名的波羅米公式:就使混凝土全計(jì)算配合比設(shè)計(jì)成為可能.三、全計(jì)算配合比設(shè)計(jì)本工作的特點(diǎn):n建立了普遍適用的混凝土體積模型。n數(shù)學(xué)推導(dǎo)確定了用水量和砂率的計(jì)算公式。n建立了混凝土全計(jì)算配合比設(shè)計(jì)新方法。三、全計(jì)算配合比設(shè)計(jì)四、普遍適用的混凝土體積模型作者的基本觀點(diǎn)是：（1）

5、混凝土各組成材料（包括固、液、氣三相）具有體積加和性。（2）石子的空隙由干砂漿來(lái)填充。（3）干砂漿的體積由水來(lái)填充。（4）干砂漿由水泥、細(xì)摻料、砂和空氣隙所組成。其中干砂漿、干砂漿體積的概念以及基本觀點(diǎn)（2）（3）（4）均為本文作者在國(guó)內(nèi)外首次提出。四、普遍適應(yīng)的混凝土體積模型以此模型為基礎(chǔ)，即可很容易地用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出用水量和砂率計(jì)算公式，特點(diǎn)是很嚴(yán)密砂率通式：S= g 則對(duì)HPC，Ve=350L，Ves=430L則五、公式的推導(dǎo)及物理意義的表述用水量通式：令 C= 3.15kg/L， f = 2.51kg/L Ve = 350L， Va = 20L則或 碎石混凝土 A=0.48 B=0.5

6、2HPC砂率與用水量之間的關(guān)系圖3 -3 配 制強(qiáng)度與水膠比的關(guān)系607080901001101201301400.180.20.220.240.260.280.30.320.340.360.380.4水膠比配制強(qiáng)度(MPa)五、公式的推導(dǎo)及物理意義的表述圖3-4 配制強(qiáng)度與用水量的關(guān)系60708090100110120130140120130140150160170180用水量（k g / m3）配制強(qiáng)度（M P a ）五、公式的推導(dǎo)及物理意義的表述圖3-8 用水量與砂率的關(guān)系33343536373839404142122127132137142147152157162167172用水量(

7、k g /m3)砂率( % )五、公式的推導(dǎo)及物理意義的表述圖3 -5 配 制強(qiáng)度與砂率的關(guān)系6070809010011012013014033343536373839404142砂率（% ）配制強(qiáng)度（M P a ）五、公式的推導(dǎo)及物理意義的表述圖3 -6 配 制強(qiáng)度與C S P 摻量的關(guān) 系607080901001101201301400.830.931.031.131.231.331.431.531.631.73CSP摻量（% ）配制強(qiáng)度（M P a ）五、公式的推導(dǎo)及物理意義的表述圖 3-7 配制強(qiáng)度與容重的關(guān)系60708090100110120130140237823932408242

8、32438245324682483容重（kg/m3）配制強(qiáng)度（MPa）五、公式的推導(dǎo)及物理意義的表述HPC全計(jì)算配合比設(shè)計(jì)步驟:三公式 + 現(xiàn)行規(guī)范n配制強(qiáng)度n水膠比n用水量六、全計(jì)算配合比設(shè)計(jì)的步驟與討論n膠材組成與用量n砂率n超塑化劑摻量n試配與配合比調(diào)整六、全計(jì)算配合比設(shè)計(jì)的步驟與討論表1 HPC配合比計(jì)算結(jié)果（單方混凝土組成材料用量）配制強(qiáng)度(MPa)材料用量（kg/m3）WCFA(BFS)CFSSG60175 346115-729101370166 366122-705103780156 390130-678106490147 408136-6551088100141 4231132

9、86391104110134 437105416201123120127 45491606021142130122 46481745881156七、例證表2 HPC配合比計(jì)算結(jié)果（單方混凝土組成材料用量）配制強(qiáng)度(MPa)M(w)/m(b)SP (%)CSP摻量（%）容重（kg/m3）600.3841.80.832378700.3440.50.982396800.3038.91.152418900.2737.61.3124341000.2536.71.4124481100.2335.61.5324601200.2134.51.6524761300.19733.71.732486七、例證表3 H

10、PC計(jì)算配合比與美國(guó)HPC配合比對(duì)比配制強(qiáng)度(MPa)材料用量（kg/m3）WCFA(BFS)CFSSG80（A）160400106-690105074*161397106-692105075（B）150423113-670107087*150424112-663108090（C）140477119-6501090106*141481120-5391104105（D） 13047175426301110115*13147676436121131120（E） 12049579446201120131*12149981445861158七、例證表4 HPC計(jì)算配合比與美國(guó)HPC配合比對(duì)比配制強(qiáng)度(

11、MPa)M(w)/m(b)SP (%)CSP摻量（%）容重（kg/m3）60（A）0.3239.7-240674*0.3239.71.14240675（B）0.2838.5-242687*0.2838.01.33242990（C）0.23537.4-2476106*0.23536.71.482485105（D）0.2236.2-2458115*0.2235.11.652469120（E）0.19435.5-2478131*0.19433.61.822489七、例證n在國(guó)內(nèi)外首次建立了普遍適用的混凝土體積模型，以此為基礎(chǔ)推導(dǎo)求得了兩個(gè)重要的基本關(guān)系式，即用水量和砂率公式。這兩個(gè)公式揭示了混凝土組成材料內(nèi)在的客觀規(guī)律和必然聯(lián)系，成為HPC全計(jì)算配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。它使得HPC配合比設(shè)計(jì)從半定量走向定量、從經(jīng)驗(yàn)走向科學(xué)，是混凝土配合比設(shè)計(jì)上一較大的改進(jìn)。八、結(jié)語(yǔ)n由于