混凝土配合比设计的基本步骤及优化设计.ppt

1、混凝土配合比 设计的基本步骤及优化设计,北京东方建宇混凝土科学技术研究院 王安岭,目 录,概述 混凝土配合比设计原则 普通混凝土配合比设计基本步骤 混凝土配合比的设计程序 混凝土配合比设计的执行原则 混凝土配合比的优化设计 混凝土配合比的优化设计的实施例子,概 述,配合比设计是在原材料已基本确定的前提下，用计算和试配来确定，能满足工程和使用条件下各种要求的混凝土原材料配合比例，它决定了混凝土服役期间的几乎所有性能指标，因此是混凝土生产中的一个重要环节。 配合比一经确定，应基本保持不变。但在生产过程中，随着生产和使用条件的变化，原材料性能的波动，以及生产过程中反馈信息的要求，应当作必要的修正，但

2、这些修正的前提都是为了进一步更好地满足设计和施工的要求,概 述,混凝土配合比设计是混凝土科研、生产和应用过程中重要的基本环节。当前应用混凝土配合比设计，可以针对混凝土结构耐久性的要求，从发挥混凝土原材料作用出发，使具有特殊品质的多组分矿物掺合料和具有特殊功能的混凝土外加剂紧密结合，使混凝土技术获得进一步发展。混凝土适应特殊性能、特殊施工要求已成为现实。与以往的配合比设计相比，现代混凝土的配合比设计更强调试验环节，体现节约资源、节约能源、不污染环境及确保人身安全及人与环境的协调。提供快捷的配制技术，是现代混凝土推广、应用、发展的基础,混凝土配合比设计原则,应根据工程性质和所处环境确定混凝土性能指

3、标，根据要求的性能指标进行混凝土配合比设计。配合比设计应符合混凝土结构设计规范GB50010、普通混凝土配合比设计规程JGJ55等标准的有关规定。 配制成的混凝土应满足设计规定的强度、耐久性指标和施工工艺要求。试验方法应分别符合现行国家标准普通混凝土拌合物性能试验方法标准GB/T50080、普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T50081、普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准GB/T50082的规定,混凝土配合比设计原则,要求的混凝土性能指标以定量指标判定，当混凝土有多项性能要求时，应采取措施确保主要技术要求，并兼顾其他性能要求。 根据要求的混凝土性能及混凝土工程所处环境特点正确地选用符合

4、要求的各项原材料，按混凝土配合比设计程序选定其合理且经济的定量比例,普通混凝土配合比设计基本步骤,基本要求 混凝土配合比设计试配时应采用工程实际使用的原材料，配合比设计应以干燥状态骨料为基准，细骨料含水率应小于0.5%，粗骨料含水率应小于0.2%。 混凝土的最大水胶比应符合混凝土结构设计规范GB50010的规定。 除配制C15及其以下强度等级的混凝土外，混凝土的最小胶凝材料用量应符合下表的规定。 (GB50010中设计年限50年，四类环境类别：海水环境，五类环境类别：受人为或自然的侵蚀性影响的环境没有提及,普通混凝土配合比设计基本步骤,普通混凝土配合比设计基本步骤,矿物掺合料在混凝土中的掺量应

5、通过试验确定。钢筋混凝土中和预应力钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量宜分别符合下表的规定,普通混凝土配合比设计基本步骤,采用其它通用硅酸盐水泥时，宜将水泥混合材掺量20%以上的混合材量计入 矿物掺合料； 复合掺合料各组分的掺量不宜超过单掺时的最大掺量； 在混合使用两种或两种以上矿物掺合料时，矿物掺合料总掺量应符合表中复 合掺合料的规定,普通混凝土配合比设计基本步骤,混凝土拌合物中水溶性氯离子最大含量应符合下表的要求。混凝土拌合物中水溶性氯离子含量应按照水运工程混凝土试验规程JTJ 270中混凝土拌合物中氯离子含量的快速测定方法进行测定,普通混凝土配合比设计基本步骤,长期处于潮湿或水位变动的寒冷和严

6、寒环境以及盐冻环境的混凝土应掺用引气剂。引气剂掺量应根据混凝土含气量要求经试验确定。掺用引气剂的混凝土最小含气量应符合下表的规定，最大不宜超过7.0,普通混凝土配合比设计基本步骤,对于有预防混凝土碱骨料反应设计要求的工程，宜掺用适量粉煤灰或其他矿物掺合料，混凝土中最大碱含量不应大于3.0kg/ m；对于矿物掺合料碱含量，粉煤灰碱含量可取实测值的1/6，粒化高炉矿渣粉碱含量可取实测值的1/2,普通混凝土配合比设计基本步骤,混凝土配制强度的确定 混凝土在实际施工过程中，受材料质量和施工条件等的影 响，混凝土强度有一定的波动。为使混凝土强度符合国家相 关标准规定的强度标准值保证率及合格评定标准，混凝

7、土的 配制强度应适当高于设计要求强度等级的强度标准值。 1当混凝土的设计强度等级小于C60时，配制强度应按下式计算： fcu,0fcu,k+1.645 式中 fcu,0 混凝土配制强度，MPa； fcu,k混凝土立方体抗压强度标准值或称强度等级值，MPa； 混凝土强度标准差，MPa； 2当设计强度等级不小于C60时，配制强度应按下式计算： fcu,01.15 fcu,k,普通混凝土配合比设计基本步骤,混凝土强度标准差应按照下列规定确定： 1当具有近1-3个月的同一品种、同一强度等级混凝土的强度资料，且试件组数不小于30时，其混凝土强度标准差应按下式计算,式中 fcu,i第i组的试件强度，MPa

8、； mfcun组试件的强度平均值，MPa； n试件组数，值应大于或等于30。 对于强度等级不大于C30的混凝土:当计算值不小于3.0MPa时，应按照计算结果取值；当计算值小于3.0MPa时，应取3.0MPa。对于强度等级大于C30且不大于C60的混凝土：当计算值不小于4.0MPa时，应按照计算结果取值；当计算值小于4.0MPa时，应取4.0MPa,普通混凝土配合比设计基本步骤,2当没有近期的同一品种、同一强度等级混凝土强度资料时，其强度标准差可按下表取值,普通混凝土配合比设计基本步骤,配合比的计算-水胶比的确定 混凝土水胶比宜按下式计算(下式仅适用于强度等级小于C60的混凝土,式中a、 b 回

9、归系数。 fb胶凝材料（水泥与矿物掺合料按使用比例混合）28d胶砂抗压强度，MPa；试验方法应按水泥胶砂强度检验方法（ISO法）GB/T17671执行。 当无实测值时，也可按规程选用,普通混凝土配合比设计基本步骤,回归系数宜按下列规定确定： 1 根据工程所用的原材料，通过试验建立的水胶比与混凝土强度关系来确定； 2 当不具备试验统计资料时，可按下表选用,普通混凝土配合比设计基本步骤,当胶凝材料28d胶砂抗压强度fb无实测值时，可按下式确定,式中,f、s 粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数，可按下表选用； fce水泥28d胶砂抗压强度，MPa,普通混凝土配合比设计基本步骤,当水泥28d胶砂抗

10、压强度无实测值时,fce值可按下式计算,其中，fce水泥强度等级值，MPa。 fce,g水泥强度等级值的富余系数，可分别按品种、厂家实际统计资料确定；当缺乏实际统计资料时，也可按下表选用,普通混凝土配合比设计基本步骤,配合比的计算-用水量和外加剂用量的确定 1干硬性和塑性混凝土用水量的确定 水胶比在0.400.80范围时，可根据粗骨料品种、粒径及施工要求的混凝土拌合物稠度按下表选用,普通混凝土配合比设计基本步骤,2.每立方米流动性或大流动性混凝土的用水量可按下式计算,式中 mw0，未掺外加剂时推定的满足实际坍落度要求的每立方米混凝土用水量(kg/m),以上中90mm坍落度的用水量为基础,按每增

11、大20mm坍落度相应增加5kg用水量来计算；当坍落度增大到180mm以上时，随坍落度增加用水量可适当减少； 外加剂的减水率（%）,应经混凝土试验确定,普通混凝土配合比设计基本步骤,3.每立方米混凝土中外加剂用量应按下式计算,式中, ma0 每立方米混凝土中外加剂用量，kg/m； mb0 每立方米混凝土中胶凝材料用量，kg/m； a 外加剂掺量（%），应经混凝土试验确定,普通混凝土配合比设计基本步骤,配合比的计算-胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量的确定 1每立方米混凝土的胶凝材料用量应按下式计算,2每立方米混凝土的矿物掺合料用量应按下式计算,3每立方米混凝土的水泥用量应按下式计算,普通混凝土配合比

12、设计基本步骤,配合比的计算-砂率的确定 骨料总量中砂所占比例称为砂率，该值对混凝土拌合物 流动性和粘聚性有较大的影响。适宜的砂率能使混凝土拌合 物获得所需流动性的同时，还能保持拌合物的粘聚性和保水 性能。砂率的确定应符合下列规定： 砂率应根据骨料的技术指标、混凝土拌合物性能和施工要 求，参考既有历史资料确定；当缺乏历史资料时，砂率的确 定应符合下列规定： 1。坍落度小于10mm的混凝土，砂率应经试验确定； 2.坍落度为10-60mm的混凝土砂率，可根据粗骨料品种，粒径及水胶比按下表选取,普通混凝土配合比设计基本步骤,3. 坍落度大于60mm的混凝土砂率，可经试验确定，也可在上表基础上，按坍落度

13、每增大20mm、砂率增大1%的幅度予以调整。 在确定砂率时，应考虑混凝土结构形状和施工方法。例如：薄壁、薄板结构，难于振捣密实，此时应适当提高砂率，增加水泥砂浆量；厚大结构可适当减少砂率；泵送混凝土要增大砂率，以保证混凝土在泵管中作栓柱流动至施工点；高强混凝土、自密实混凝土等有特殊要求者，其砂率与混凝土性能关系密切，应通过试验确定,普通混凝土配合比设计基本步骤,配合比的计算-粗、细骨料用量的确定 1采用质量法计算粗细骨料用量应按下列公式计算,式中 ，mc0 每立方米混凝土的水泥用量，kg； mf0每立方米混凝土矿物掺合料用量，kg； mg0每立方米混凝土的粗骨料用量，kg； ms0每立方米混凝

14、土的细骨料用量，kg； mw0每立方米混凝土的用水量，kg； s砂率，%； mcp每立方米混凝土拌合物的假定质量，kg，可取2350-2450kg/m,普通混凝土配合比设计基本步骤,2.采用体积法计算粗细骨料用量应按下列公式进行计算,式中，c 水泥密度，kg/ m, 应按水泥密度测定方法GB/T208测定，也可取2900-3100（kg/ m）； f矿物掺合料密度，kg/ m，可按水泥密度测定方法GB/T208测定； g粗骨料的表观密度，kg/ m，应按普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准（JGJ52）测定； s细骨料的表观密度，kg/ m，应按普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准（JGJ52

15、）测定； w水的密度，kg/ m，可取1000 kg/m； 混凝土含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，可取为1,普通混凝土配合比设计基本步骤,试配 在计算配合比的基础上进行试拌。宜在水胶比不变、胶凝材料用量和外加剂用量合理的原则下调整胶凝材料用量、外加剂用量和砂率等，直到混凝土拌合物性能符合设计和施工要求，然后修正计算配合比，得出试拌配合比。 应在试拌配合比的基础上，进行混凝土强度试验，并应符合下列规定： （1）试验时至少应采用三个不同的配合比，其中一个为已确定的试拌配合比，另外两个配合比的水胶比，宜较该试拌配合比分别增加和减少0.05，其用水量与试拌配合比基本相同，砂率可分别增加和减少1,

16、普通混凝土配合比设计基本步骤,2）制作混凝土性能试验试件时，应保持拌合物性能符合设计和施工要求并检验拌合物的坍落度（或维勃稠度）、粘聚性、保水性及表观密度等，并以此结果作为相应配合比的混凝土拌合物的性能指标。 （3）进行混凝土强度试验时，每种配合比至少应制作一组试件，标准养护28d或按国家现行有关标准规定的龄期或设计强度要求的龄期进行试验,普通混凝土配合比设计基本步骤,配合比的调整 1配合比调整应符合下述规定： （1）根据混凝土强度试验结果，绘制强度与胶水比的线性关系图，用图解法或插值法求出与略大于配制强度对应的胶水比，包括混凝土强度试验中满足配制强度要求的一个水胶比。 （2）用水量应在试拌配

17、合比用水量的基础上，根据混凝土强度试验时实测的拌合物性能情况做适当调整。 （3）胶凝材料用量应以用水量乘以图解法或插值法求出的胶水比计算得出。 （4）粗骨料和细骨料用量应在用水量和胶凝材料用量调整的基础上，进行相应调整,普通混凝土配合比设计基本步骤,调整基本方法 当混凝土坍落度小时，可保持水胶比不变，适当增加胶凝材料和用水量，在砂率不变的前提下减少砂石用量； 当混凝土坍落度过大时，则可保持砂率不变，增加砂石用量，减少水和胶凝材料用量； 当粘聚性和保水性不好时，可在砂石总用量不变的前提下，提高砂率。 在进行上述调整的同时，适当增减外加剂用量，可使调整过程较为简捷。 若混凝土出现离析和泌水现象，宜

18、采用减少外加剂用量或更换外加剂品种或提高砂率等措施,普通混凝土配合比设计基本步骤,配合比确定 根据调整后的配合比所确定的材料用量按下式计算混凝土的 表观密度计算值，并测定调整后的混凝土表观密度,按下式计算混凝土配合比校正系数,式中，c,t 混凝土拌合物表观密度实测值，kg/m； c,c 混凝土拌合物表观密度计算值，kg/m。 当混凝土拌合物表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的2%时，调整后的配合比即确定为设计配合比。当二者之差超过2%时，需将配合比中每项材料用量均乘以校正系数进行配合比校正，校正后的配合比即确定为设计配合比,普通混凝土配合比设计基本步骤,当设计混凝土有耐久性、预防碱

19、骨料反应、氯离子含量等要求时，应进行相应的试验检测，以符合要求的配合比确定为设计配合比。 配合比重新设计依据 1.对混凝土性能有特殊要求时； 2.水泥、外加剂、掺合料等原材料品种、质量有显著变化时,混凝土配合比的设计程序,根据设计要求的混凝土强度等级及耐久性要求确定配制强度，按工程实际所用材料的技术资料进行计算得出“计算配合比”。 经试验室试拌、调整，得出满足施工工艺要求的“试拌配合比”。 按“试拌配合比”配备混凝土，进行表观密度、强度及相关性能的检测后，经调整，确定能满足工程设计和施工工艺要求的“设计配合比,混凝土配合比的执行原则,建立混凝土配合比执行的动态管理控制，实施执行控制。 充分掌握

20、混凝土各项组成材料性能，确保混凝土组成材料与 设计配比所用的材料性能相符合。 重视材料检验工作，依检验结果指导施工配比的微调。关 注影响混凝土单位用水量和流动性的相关原材料品质，关注 重点如下： 水泥：标准稠度用水量，细度，对外加剂的适应性。 矿物掺合料：细度、烧失量和需水量比。 外加剂：对水泥、矿物掺合料的适应性，混凝土达到所需单 位用水量的外加剂掺量,混凝土配合比的执行原则,重视水泥实际强度对水灰比的影响。统计分析宜采用快速测定法或早龄期法推定28d水泥胶砂强度和混凝土强度变异情况，以确定混凝土试配强度及配合比的适应情况。 加强工艺控制检查和监控，使用配合比单中规定的原材料，执行规定的搅拌

21、工艺，严格按下达的材料用量进行计量，每批配比单必须做好混凝土的开盘鉴定。 加强检测砂石含水率，按检测结果调整用水量和砂石用量，做好配比动态微调记录。 采用增减外加剂用量调整混凝土的工作性，最大限度地保持配比材料用量不变，目测每车混凝土的坍落度及和易性，抽样实测混凝土流变性能。坍落度及和易性不符合要求的混凝土不得出厂,混凝土配合比的执行原则,定期抽查混凝土的表观密度，当混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值超过计算值的2%时，应将配比中每项材料用量乘以校正系数，修正配合比。 做好配合比实时称量数据的抽查记录，按规定要求检测混凝土强度和混凝土的耐久性能。 定期对材料检测数据、工艺控制，成品等监控

22、检测数据进行统计分析，根据所用材料定期对配比库配比进行验证。验证应详细记录各组成材料的性能，混凝土拌合物和易性的量测和描述，不同龄期强度记录，相关的耐久性能检测记录等,混凝土配合比的优化设计,配合比优化设计原则 （1）掺用活性矿物掺合料，降低水泥用量 这是配制现代混凝土的技术核心，采用这种手段后可以提高混凝土抗化学腐蚀性，还可以增加密实度。 混凝土遭受化学腐蚀的主要成分是硅酸盐水泥水化生成的Ca(OH)2晶体和水化铝酸钙。掺入矿物掺合料可在水化过程中参与水化反应而消耗Ca(OH)2，增加C-S-H凝胶量； 掺入矿物掺合料后可降低水化温升并推迟温峰出现，减少由温差应力引起的开裂倾向。 未参与反应

23、的矿物掺合料颗粒则沉积在浆体与骨料的过渡区，改善了原本最疏松、薄弱的区域的结构，使其密实度和结合强度增加,混凝土配合比的优化设计,不同种类矿物掺合料有不同的特性和作用，例如粉煤灰自收缩和干燥收缩小，抗裂性能好，但抗碳化能力差；磨细矿粉活性高，早期强度高，抗碳化性能好，但自收缩和干缩大，因此将不同矿物掺合料复合使用，取长补短，即最好采用复合双掺或多掺技术。 水灰比低而流动性大的混凝土，一般需有较多的胶凝材料，其中应多用矿物掺合料，减少水泥，保证其体积稳定性的提高。 配制现代混凝土必须慎选水泥。要限制水泥中的C3A量和含碱量以利于防裂，并且不宜用细度过高的水泥,混凝土配合比的优化设计,2）使用高效

24、减水剂和其它必要的化学外加剂，降低水胶比 为得到很低的渗透性并使矿物掺合料充分发挥强度效应，高性能混凝土水胶比一般不低于0.40。但是，太低的水胶比混凝土更容易出现早期开裂，必须通过加强早期养护加以控制。如果强度不是要求很高，宜适当增加水胶比。 要按与水泥和矿物掺合料及其它外加剂相容的原则优选高效减水剂，同时针对工程具体要求，选用其它外加剂（如引气剂、缓凝剂等），以调整混凝土性能。 近些年开发和应用的聚羧酸高性能减水剂目前是比较理想的外加剂，它不但减水率高、保塑性好，而且配制成的混凝土收缩优于其它外加剂,混凝土配合比的优化设计,3）优选骨料 配制现代混凝土的粗细骨料必须有良好的级配，这样才能减

25、少用于填充骨料空隙的浆体量，减少收缩有利于防止开裂。 骨料的含泥量对高性能外加剂的掺量有明显影响，因此配制高性能混凝土应选用较低含泥量的粗细骨料。 粗骨料粒径不同时，水灰比对混凝土强度和抗渗性的影响不同。骨料粒径越大，混凝土的渗透性随水灰比的提高而增加得越快；而当水灰比低于0.50以后，混凝土强度随石子粒径的增加而下降的幅度显著增大,混凝土配合比的优化设计,砂石质量在混凝土原材料的质量控制中往往被忽略，受制于资源枯竭，开采工艺的落后，有些地方的粗骨料孔隙率达到50%以上，细骨料细度模数达4.0以上，含泥量达6%以上，配制现代混凝土从何谈起,混凝土配合比的优化设计,现代混凝土的工作性 混凝土工作

26、度选择的原则应以满足运输、浇注的要求并能填充密实为准，混凝土拌合物的流动度并不是越大越好，增大流动度往往需要多用胶凝材料，也不利于裂缝控制。 坍落度试验是评价混凝土拌合物工作性的传统方法，但此方法不能完全表征现代混凝土的工作性，但还没有一种方法如坍落度试验那样简单易行。 由于混凝土拌合物在流变学上属于宾汉姆体，需要用屈服剪应力和塑性粘度两个流变学参数来表征，坍落度试验反映拌合物在重力作用下的流动与变形性能，仅与屈服剪应力有关，不能反映塑性粘度的大小,混凝土配合比的优化设计,为正确评价混凝土拌合物的流动性、可泵性和对空间的充填性，采用的测试方法应同时能反映拌合物的两个流变学参数，如L型流动度仪、

27、V漏斗流动度法、和倒坍落度桶法等。 另一个与混凝土流变性能密切相关的问题是拌合物的离析。虽然现代混凝土很粘，但材料特性（如骨料级配、含水率）的微小变化就可能导致离析。调整胶凝材料浆体粘度可避免离析，但通常测定的是坍落度，因此只能定性比较不同拌合物之间的粘度差别,混凝土配合比的优化设计,现代混凝土工作性还包括易抹性。混凝土易抹性取决于工人各自感觉，现代混凝土总被形容为粘稠的难以抹光，这与其粘稠度有关。由于细粉量增加和低水胶比，使高性能混凝土十分粘稠，而且泌水量减少。因此高性能混凝土表面很容易形成一层硬壳，使抹光不易进行。表面硬壳还可能导致裂纹、以及在连续浇筑的两层混凝土之间形成不均匀地间隔层等问

28、题，坍落度试验也不能表征拌合物的易抹性，需要发展新的试验方法。 如何全面的测定与表征高性能混凝土的流变特性，正确评价其工作性，目前还缺乏能在工地普遍接受简单易行的测试方法,混凝土配合比的优化设计,现代混凝土的养护 现代混凝土需要加强养护已成学术界的共识，但尚需工程界充分认识其重要性。 现代混凝土由于水胶比低，用水量少，混凝土浇筑后泌水总量减少，泌水速率很低，使塑性收缩加剧，很容易导致塑性收缩裂缝的产生。 为防止因自身收缩、温度收缩和干燥收缩引起的裂缝，混凝土必须提早进行湿养护，且养护周期应适当延长,混凝土配合比的优化设计,现代混凝土的水化特点 传统混凝土水灰比大，浆骨比小。水分大约占浆体体积的

29、2/3，悬浮在其中的水泥颗粒仅为1/3。因此，需要水泥水化程度尽量高，以便产生大量的水化产物来填充内部空隙，并将骨料粘结成一个整体。 现代混凝土中，胶凝材料是水泥与矿物掺合料的复合体系，水胶比较低，水与胶凝材料的体积比约1:1，浆骨比大，需要由水化产物填充的空间较少。由此导致混凝土在水化和硬化过程中发生很大变化，内部结构也有很大变化，进行影响到它的施工性能与最终使用性能,混凝土配合比的优化设计,低水胶比条件下复合胶凝材料的水化硬化机理 根据水泥化学基本理论，普通硅酸盐水泥在水灰比小于0.40时，水泥将不能充分水化。而现代混凝土是低水胶比的复合胶凝材料体系，由水化速率较快的硅酸盐水泥（普通硅酸盐

30、水泥）和水化速率慢的辅助胶凝材料组成，有时甚至添加少量惰性填充细粉。因此，在水化初期，水泥的实际水灰比任然很大，可以维持较为可观的水化速度，并放出较多热量，使构件内部维持较高的环境温度，提高了辅助胶凝材料的水化活性,混凝土配合比的优化设计,一旦辅助胶凝材料参与水化反应，体系水胶比降低很大，使复合胶凝材料的水化程度不会有大幅度提高，总的水化程度较低。由于浆体内部空隙少，水分少，水化反应主要在胶凝材料颗粒表面原地进行，并迅速生成致密的水化产物层，这个产物层一方面阻碍水化反应的继续进行，另一方面又将相距很近的胶凝材料和骨料颗粒紧密连接起来，使混凝土凝结并获得强度。由于混凝土强度不仅仅是靠生成大量水化

31、产物来获得，使矿物掺合料水化活性低的弱点得以避免，而微集料的作用得以充分发挥。 另外，低水胶比使复合胶凝材料浆体匀质性大为改善。这样复合胶凝材料中的各个组分获得更加合理的物理、化学匹配效果，使混凝土获得满意的早期和后期力学性能,混凝土配合比的优化设计,最佳水化程度 在硬化混凝土内部，仍有大量未水化的胶凝材料颗粒内核，这未水化的颗粒内核，无论是水泥熟料颗粒，还是矿物掺合料颗粒，其强度都不低于水化产物，对提高混凝土力学性能是有帮助的。但是过低的水化程度对水泥来说是一种浪费，未水化的水泥颗粒就成为惰性填充材料。这样可通过提高辅助胶凝材料的掺量，降低水泥用量去提高水泥的水化程度,混凝土配合比的优化设计

32、,但水泥比例下降，水化初期水化产物数量会降低，水化温升也下降，这将严重削弱对辅助胶凝材料的激发作用，使其水化反应大幅度减弱，最终影响了混凝土的力学性能和耐久性能。 要想做到复合胶凝材料各个组分合理搭配是一个很复杂的问题，它不仅牵涉到水化硬化反应和混凝土性能，还需考虑经济性，以及混凝土配制与质量控制的可能性,混凝土配合比的优化设计,后期水化的影响 现代混凝土中没有水化的胶凝材料颗粒内核有潜在的水化活性，当混凝土构件在使用过程中产生微裂缝，外部水分能够渗入时与颗粒内核接触，还会继续水化，使结构密实，弥合裂缝；但另一方面，由于水化产物的固相体积大于未水化颗粒的固相体积，高性能混凝土只有很少的空隙来接

33、纳所增加的固相体积，继续水化有可能会在混凝土内部产生膨胀压力，对结构产生自伤作用。对于现代混凝土这个特有的问题，目前还只是理论上的推测,混凝土配合比的优化设计,现行的设计、施工和质量检验标准，主要是针对传统混凝土的特点制定的，许多不适合于以低水胶比为特点的现代混凝土。现代混凝土的配合比设计必须予以转变 在结构和材料设计上，要以强度为主要目标推进到以综合性能为目标的更高层次，并突出耐久性设计的内容。 对于低水胶比的混凝土，应允许有更大比例的矿物掺合料掺量，并应限制水泥的最大用量。 在混凝土的强度设计上，应允许按照结构的实际受荷过程，采取比28天龄期更长的后期强度作为验收指标，以充分利用现代混凝土

34、的特点,混凝土配合比的优化设计,发展现代混凝土需要以提高混凝土生产技术水平为基础，需要有高素质的操作人员，稳定的原材料质量，完善的生产施工施工设备和高水平的管理体制。 现代混凝土需要有设计、施工、科研、材料、混凝土生产企业的各方参与，需要有主管部门加以组织、协调、干预和技术经济政策上的支持。混凝土是传统产业，还需要有高新技术加以改造和提高。 毫无疑问，混凝土至今也看不出不会被其它建筑材料取代的趋势，但必须走绿色和可持续发展的方向,混凝土配合比的优化设计的实施例子,通过对目前采用的配制C60等级的混凝土的方法进行分析试验，重点针对矿物掺合料的使用、集料的性能及外加剂的选用作了试验研究，充分利用现

35、有的技术条件，如高性能减水剂-聚羧酸外加剂的使用，粉煤灰及磨细矿渣粉的合理添加，并对石子的孔隙率对混凝土性能的影响进行了充分研究，所配制和生产的混凝土有很好的坍落度和坍落度保留值、适宜的粘度、较好的可泵性能，较好的强度发展，较低收缩、水化温升和较高耐久性，在实际工程中应用后，获得了好的工程效果和经济效益,混凝土配合比的优化设计的实施例子,研究过程 （1）原材料 水泥：北京京都牌P.O42.5水泥,砂：河北涞水产中砂，细度模数2.6，含泥量、泥块含量符合JGJ52标准要求,混凝土配合比的优化设计的实施例子,石：河北涿州产碎卵石（粒径5.00-20.0mm）和北京 周口店金子沟采石场产碎石（粒径5

36、.00-20.0mm,混凝土配合比的优化设计的实施例子,粉煤灰：山东德州级粉煤灰和北京石热电厂产级粉煤灰,混凝土配合比的优化设计的实施例子,矿粉：北京首钢产,外加剂：北京辛庄汇强（德固赛）TZ12减水剂（萘系氨基复合），北京建工研究院AN3000减水剂(氨基磺酸盐系)和西卡公司生产3301减水剂（聚羧酸系,混凝土配合比的优化设计的实施例子,2）掺合料优化试验研究 采用水胶比0.30、砂率35%、5-20mm碎石和理论用水量162Kg/m3, TZ12减水剂掺量固定3.5%。 单掺级粉煤灰、级粉煤灰和矿粉均能够配制出符合C60要求的混凝土，只是单掺级粉煤灰15%时强度偏低。随着掺合料的掺量增加，

37、混凝土7天强度降低，28天和60天强度基本持平。和易性方面：单掺级粉煤灰混凝土粘聚性不好，石子外露,极易与浆体分离。单掺级粉煤灰和矿粉的混凝土浆体粘度偏大,混凝土配合比的优化设计的实施例子,级粉煤灰和矿粉复合掺加（总量40%）：级粉煤灰和矿粉比例3：5和1：2时，混凝土除7天强度较低外，28天和60天强度接近或稍高于单掺级粉煤灰、矿粉或10%级粉煤灰，均符合甚至高于C60强度要求。级粉煤灰和矿粉复合掺加后，混凝土的和易性均得到改善，粘度适宜； 级粉煤灰和矿粉复合掺加（总量30%）：只有级粉煤灰和矿粉比例为1：2时，混凝土和易性较好，其他比例时混凝土粘度较大。级粉煤灰和矿粉比例低于1：2时，混凝

38、土28天和60天强度基本可符合C60要求,混凝土配合比的优化设计的实施例子,级粉煤灰和矿粉复合掺加，总掺量由45%升高到50% （比例基本保持3：5）时，混凝土的和易性均较好，只 是粘度略微增大。混凝土7天和28天强度相比总掺量40% 时有一定降低，但60天强度与总掺量40%时基本持平。考 虑到该混凝土水泥用量较低，有益于硬化混凝土的体积 稳定性，而且后期强度高，非常适合用于大体积混凝土 施工,混凝土配合比的优化设计的实施例子,3）粗骨料级配优化试验研究 良好级配的骨料, 具有低空隙率,可降低填充水泥砂浆 的用量, 从而节约水泥, 降低成本。除此之外, 良好的颗粒 级配,还可以在用水量相同的情

39、况下, 提高混凝土的和易性, 骨料颗粒级配评价理论主要有3种: 最大密度理论。 最大密度理论认为孔隙率最小、密度最大的级配为最优级配。 由富勒(W.H. Fuller) 等人于19011907 年提出; 表面 积理论。表面积理论认为, 骨料表面积越小, 用来包裹其表 面的水泥浆用量越少, 这种级配就是最优级配; 粒子干涉 理论。粒子干涉理论取上一级骨料的间距恰好等于下一级骨 料的粒径, 下一级骨料填充其间不发生“干涉”的级配作为最 优级配,混凝土配合比的优化设计的实施例子,根据以上3三种理论得出的最优级配, 实际上是相近的,但是在实际应用中却遇到了操作上的困难，统一参数化的粗骨料质量评估实际上

40、仍然无法解决。但从“最大密度理论”来讲，可以根据具体的粗骨料情况，采用两种或两种以上粒径、粒形的粗骨料进行组合，使得配合比所需要量的粗骨料堆积密度最大、空隙率最小。 将山碎石和碎卵石筛分成5-10mm、15-20mm两个级配，分别按不同比例进行混合，混合后的空隙率测定结果见下,混凝土配合比的优化设计的实施例子,碎卵石两级配混合和碎卵石5-10mm与碎石15-20mm混合，得到的最小空隙率可达到36%左右，与碎石两级配和碎石5-10mm与碎卵石15-20mm混合的最小空隙率相差不多（37%左右），但不同组合级配调整后得到的最小空隙率远低于未调整前的空隙率（43-45%）。 采用以上四种最小空隙率

41、的石子组合配制混凝土，混凝土水胶比0.30，砂率35%，用水量162 Kg/m3，以工作性、强度综合表现较优的配合比1-8为基准（其中级粉煤灰掺量15%，矿粉25%，TZ1-2减水剂掺量3.5%），在拌合物工作度指标基本相同的前提下调整用水量，另外增加一组碎卵石混凝土做对比用，试验结果见下,混凝土配合比的优化设计的实施例子,与碎石混凝土相比，碎卵石由于形状圆滑，混凝土的需 水量略微减小且和易性好，但强度偏低（见配合比2-1、1- 8）。 级配优化后，混凝土的需水量均下降，下降幅度为2- 5kg/m3,空隙率低的骨料混凝土需水量也低。随着混凝土需 水量的降低，混凝土的强度均有提高，碎卵石两级配优

42、化和 碎石5-10mm与碎卵石15-20mm优化骨料强度提高幅度较小， 碎石两级配优化和碎卵石5-10mm与碎石15-20mm优化强度提 高幅度较大,最高提高幅度10%左右； 通过优化骨料级配，可在和易性指标基本相同的前提 下，通过降低混凝土需水量，进而降低混凝土的胶凝材料用 量，会对提高混凝土的体积稳定性和耐久性有利,混凝土配合比的优化设计的实施例子,不同系列外加剂优化试验研究 采用碎卵石5-10mm与碎石15-20mm优化骨料，保持混凝 土水胶比0.30，砂率35%，用水量155 Kg/m3，级粉煤灰掺 量15%，矿粉掺量25%不变，分别用TZ12（氨基复AN3000(氨 基磺酸盐系)和3301（聚羧酸系）三种减水剂配制混凝土,混凝土配合比的优化设计的实施例子,从倒坍落度桶流下时间看，氨基磺酸盐系减水剂配制的混凝土