高性能混凝土全计算配合比设计方法

1、高性能混凝土及其全计算配合比设计 王栋民 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院混凝土与环境材料研究所一、前言二、对高性能混凝土的再认识三、全计算配合比设计 普遍适应的混凝土体积模型 公式的推导及物理意义的表述 全计算配合比设计的步骤与讨论 例证四、结语高性能混凝土(现代混凝土)及其全计算配合比设计一、前言n高性能混凝土（现代混凝土）n配合比设计n全计算配合比设计n高性能混凝土流行的观点（1）美国学者（2）日本学者（3）中国学者： 冯乃谦 教授 吴中伟 院士二、对高性能混凝土的再认识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，细掺量多掺材料组成及其用量合理，满足耐久性及特殊性能

2、要求掺加新型高效减水剂，改善与提高混凝土的多种性能HPC配合比设计的基本原则（作者认识）：二、对高性能混凝土的再认识PLCFLCHSC混凝土配合比组成图二、对高性能混凝土的再认识混凝土配合比设计的重要性n混凝土配合比设计是混凝土科研,生产及应用的一个基本问题也是一个非常重要的问题.n配合比设计决定了混凝土的性能: 强度 工作性 耐久性经济性 二、对高性能混凝土的再认识混凝土配合比设计方法n两个基本方法: 绝对体积法; 假定容重法n共同点:强度与水胶比的关系都遵从波罗米公式 fcu,p=Afcu,km(c)/m(w) Bn不同点: 前者以1m3混凝土绝对体积为基础; 后者以假定混凝土容重为一定值

3、(正常2400m3)为基础. 二、对高性能混凝土的再认识比较著名的高性能混凝土配合比设计方法n美国Metha和Aitcin教授推荐的方法n法国路桥试验中心(LCPC)建议的方法n日本阿部道彦方法n基于最大密实度理论的方法 Domone.P.L.J的方法 Carbouari.B.T的方法 清华大学陈肇元,王怀德的方法 -颗粒堆积密度计算线形模型的修正二、对高性能混凝土的再认识高性能混凝土配合比设计的计算机化n法国路桥中心 LCPC软件nDunstan.M.R.H方法nDay.K.W的Couad配合比设计系统n陈肇元-王怀德设计系统二、对高性能混凝土的再认识对国内外多种设计方法的评述n经验性,半定

4、量设计方法n通常体系较庞杂,包括CAD设计n核心参数用水量和砂率仍多为经验取值n根源: 未掌握和揭示混凝土材料内在组分关系n其中以美国Mehta和Atitcin教授的方法有较多的可取性. 二、对高性能混凝土的再认识本文对水泥混凝土领域的重大贡献n从理论上推导确定了用水量VW和砂率SP的计算公式:用水量通式:砂率通式:该两式加上著名的波罗米公式:就使混凝土全计算配合比设计成为可能.三、全计算配合比设计本工作的特点:n建立了普遍适用的混凝土体积模型。n数学推导确定了用水量和砂率的计算公式。n建立了混凝土全计算配合比设计新方法。三、全计算配合比设计四、普遍适用的混凝土体积模型作者的基本观点是：（1）

5、混凝土各组成材料（包括固、液、气三相）具有体积加和性。（2）石子的空隙由干砂浆来填充。（3）干砂浆的体积由水来填充。（4）干砂浆由水泥、细掺料、砂和空气隙所组成。其中干砂浆、干砂浆体积的概念以及基本观点（2）（3）（4）均为本文作者在国内外首次提出。四、普遍适应的混凝土体积模型以此模型为基础，即可很容易地用数学方法推导出用水量和砂率计算公式，特点是很严密砂率通式：S= g 则对HPC，Ve=350L，Ves=430L则五、公式的推导及物理意义的表述用水量通式：令 C= 3.15kg/L， f = 2.51kg/L Ve = 350L， Va = 20L则或 碎石混凝土 A=0.48 B=0.5

6、2HPC砂率与用水量之间的关系图3 -3 配 制强度与水胶比的关系607080901001101201301400.180.20.220.240.260.280.30.320.340.360.380.4水胶比配制强度(MPa)五、公式的推导及物理意义的表述图3-4 配制强度与用水量的关系60708090100110120130140120130140150160170180用水量（k g / m3）配制强度（M P a ）五、公式的推导及物理意义的表述图3-8 用水量与砂率的关系33343536373839404142122127132137142147152157162167172用水量(

7、k g /m3)砂率( % )五、公式的推导及物理意义的表述图3 -5 配 制强度与砂率的关系6070809010011012013014033343536373839404142砂率（% ）配制强度（M P a ）五、公式的推导及物理意义的表述图3 -6 配 制强度与C S P 掺量的关 系607080901001101201301400.830.931.031.131.231.331.431.531.631.73CSP掺量（% ）配制强度（M P a ）五、公式的推导及物理意义的表述图 3-7 配制强度与容重的关系60708090100110120130140237823932408242

8、32438245324682483容重（kg/m3）配制强度（MPa）五、公式的推导及物理意义的表述HPC全计算配合比设计步骤:三公式 + 现行规范n配制强度n水胶比n用水量六、全计算配合比设计的步骤与讨论n胶材组成与用量n砂率n超塑化剂掺量n试配与配合比调整六、全计算配合比设计的步骤与讨论表1 HPC配合比计算结果（单方混凝土组成材料用量）配制强度(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、例证表2 HPC配合比计算结果（单方混凝土组成材料用量）配制强度(MPa)M(w)/m(b)SP (%)CSP掺量（%）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、例证表3 H

10、PC计算配合比与美国HPC配合比对比配制强度(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、例证表4 HPC计算配合比与美国HPC配合比对比配制强度(

11、MPa)M(w)/m(b)SP (%)CSP掺量（%）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、例证n在国内外首次建立了普遍适用的混凝土体积模型，以此为基础推导求得了两个重要的基本关系式，即用水量和砂率公式。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HPC全计算配合比设计的基础。它使得HPC配合比设计从半定量走向定量、从经验走向科学，是混凝土配合比设计上一较大的改进。八、结语n由于