高性能混凝土全计算配合比设计方法

高性能混凝土及其全计算配合比设计侯云芬北京建筑工程学院中国矿业大学(北京)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、结语高性能混凝土及其全计算配合比设计一、前言高性能混凝土（现代混凝土）配合比设计全计算配合比设计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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.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两个基本方法:绝对体积法;假定容重法共同点:强度与水胶比的关系都遵从波罗米公式fcu,p=Afcu,k[m(c)/m(w)–B]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(正常2400kg/m3)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美国Metha和Aitcin教授推荐的方法法国路桥试验中心(LCPC)建议的方法日本阿部道彦方法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法国路桥中心LCPC软件Dunstan.M.R.H方法Day.K.W的Couad配合比设计系统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经验性,半定量设计方法通常体系较庞杂,包括CAD设计核心参数用水量和砂率仍多为经验取值根源:未掌握和揭示混凝土材料内在组分关系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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:建立了普遍适用的混凝土体积模型。数学推导确定了用水量和砂率的计算公式。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王栋民教授的基本观点是：（1）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。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：ρS=ρg则对HPC，Ve=350L，Ves=450L则五、公式的推导及物理意义的表述用水量通式：令ρC=3.15kg/L，ρf=2.51kg/LVe=350L，Va=20L则或碎石混凝土A=0.46B=0.07HPC全计算配合比设计步骤:三公式+现行规范配制强度水胶比用水量六、全计算配合比设计的步骤与讨论胶材组成与用量砂率超塑化剂掺量试配与配合比调整六、全计算配合比设计的步骤与讨论表1HPC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)CFSSG60175346115-729101370166366122-705103780156390130-678106490147408136-65510881001414231132863911041101344371054162011231201274549160602114213012246481745881156七、例证表2HPC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3HPC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4HPC计算配合比与美国HPC配合比对比配制强度(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HPC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)图3-4配制强度与用水量的关系60708090100110120130140120130140150160170180用水量（kg/m3）配制强度（MPa）图3-8用水量与砂率的关系33343536373839404142122127132137142147152157162167172用水量(kg/m3)砂率(%)图3-5配制强度与砂率的关系6070809010011012013014033343536373839404142砂率（%）配制强度（MPa）图3-6配制强度与CSP掺量的关系607080901001101201301400.830.931.031.131.231.331.431.531.631.73CSP掺量（%）配制强度（MPa）图3-7配制强度与容重的关系6070809010011012013014023782393240824232438245324682483容重（kg/m3）配制强度（MPa）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由于模型的普遍适用性，这两个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、高强混凝土、流态混凝土及其它混凝土。用本方法设计的HPC配合比与美国资料中的HPC配合比总体上完全一致。本技术在北京、厦门、珠海等全国各地应用，效果良好，大大降低了试验工作量，提高了工作效率及可靠性，受到质检站、混凝土公司工程技术人员的普遍欢迎。八、结语