混凝土及外加剂配制数字量化讲义.pptx

1、 混凝土技术混凝土技术杂志杂志 主主 编编北京城建混凝土研究所北京城建混凝土研究所 所所 长长冀东混凝土研发中心冀东混凝土研发中心 常务副主任常务副主任 首席科学家首席科学家数字量化数字量化计算的内容计算的内容p1.水泥应用技术指标的数字量化计算水泥应用技术指标的数字量化计算p2.粉煤灰粉煤灰应用技术指标的数字量化计算应用技术指标的数字量化计算p3.矿渣矿渣粉粉应用技术指标的数字量化计算应用技术指标的数字量化计算p4.硅粉应用技术指标的数字量化硅粉应用技术指标的数字量化计算计算p5.混凝土实用配合比设计数字量化计算混凝土实用配合比设计数字量化计算p6泵送剂泵送剂应用技术指标的数字量化计算应用技

2、术指标的数字量化计算p7.砂石砂石调整技术调整技术指标的数字量化计算指标的数字量化计算多组分混凝土理论标准稠度水泥浆体的强度（MPa）；u胶凝材料填充强度贡献率；m单方混凝土中硬化密实浆体的体积。预湿骨料技术理论 砂石最佳用量的计算原理和方法 混凝土用水量的准确区分计算 预湿骨料技术的生产工艺及设备 水泥必须检测的技术指标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 为了解决配制混凝土时水泥用量与混凝土强度之间对应关系，特别是使用同一强度等级的水泥配制某强度等级的混凝土时水泥用量差别很大，水泥与外加剂的适应性不好的难题，实现提高混凝土企业产品质量、控制成本的目的。建

3、立配制单位强度（为混凝土贡献1MPa强度对应的水泥的质量）混凝土所用水泥量的计算公式。标准稠度水泥浆强度的计算方法 水泥水化形成的纯浆体的强度与标准水泥胶砂的强度不同。水泥水化形成的纯水泥浆体的强度用标准水泥胶砂的强度除以标准胶砂中水泥的体积比例求得。水灰比与强度的关系 水泥的强度与水灰比的关系满足这样的规律，从0开始，随着水灰比的增加，水泥的强度增加，当水灰比达到标准稠度用水量对应的水灰比时强度最高，超过这一水灰比时，随着水灰比的增加，水泥的强度降低。若水灰比过小，水泥水化反应所需水量不足，会延缓反应进行；由于没有足够孔隙来容纳水化产物而阻碍未水化部分进一步水化，也会降低水化速度，强度降低，

4、因此水灰比也不宜太小。在使用水泥前先检测水泥标准稠度用水量对应的水灰比，此水灰比既是水泥胶砂检测的合理水灰比。当水灰比在标准稠度对应的水灰比范围上下变化时，适当增大水灰比，可以增大水化反应的接触面积，使水化速度加快，早期强度提高，但水灰比过大，会使水泥石结构中孔隙太多，此时水灰比越大水泥强度越低，故水灰比不宜太大。根据以上原理和思路我们建立水泥化学反应形成的桨体强度的数字量化计算公式。水泥在标准胶砂中体积比的计算标准胶砂中体积比的计算公式：符号的意义:VC0-标准胶砂中水泥的体积比C0-标准胶砂中水泥的用量（450g）C0-水泥的密度（23003100kg/m3）S0-标准胶砂中砂的用量（13

5、50g）S0-砂的密度（2700kg/m3）W-标准胶砂中水的用量（225g）W0-水的密度（1000kg/m3）名称名称P PII水泥水泥普通水泥普通水泥 矿渣水泥矿渣水泥粉煤灰水粉煤灰水泥泥火山灰水火山灰水泥泥复合水泥复合水泥密度密度305030503000300029502950230023002650265024502450体积比体积比0.1690.1690.1710.1710.1740.1740.2130.2130.1900.1900.2020.202表1 水泥的密度与水泥的体积比对照 水泥水化形成的强度计算标准稠度水泥浆硬化形成的浆体强度计算公式：符号的意义:0-标准稠度水泥浆的强

6、度R28-标准胶砂的强度VC0-标准胶砂中水泥的体积比名称名称 P PII水泥水泥普通水泥普通水泥 矿渣水泥矿渣水泥粉煤灰水粉煤灰水泥泥火山灰水泥火山灰水泥 复合水泥复合水泥R28606055554848353538384040V VC00.1690.1690.1710.1710.1740.1740.2130.2130.1900.1900.2020.2020297297322322276276164164200200198198表2 水泥标准胶砂的强度、水泥的体积比与纯浆体的强度对照标准稠度水泥浆表观密度计算公式标准稠度水泥浆硬化形成的浆体的表观密度计算公式：符号的意义:0-标准稠度水泥浆的密

7、度W0-水泥的标准稠度用水量C0-水泥的密度名称名称P PII水水泥泥普通水普通水泥泥矿渣水矿渣水泥泥粉煤灰粉煤灰水泥水泥火山灰火山灰水泥水泥复合水复合水泥泥W0252527272929333332323131C03050305030003000295029502300230026502650245024500212421242105210520512051173917391893189318241824 表3 水泥的标准稠度用水量、水泥的密度与水泥浆的密度对照贡献1MPa强度所需水泥用量计算 由于标准稠度的硬化水泥浆折算为1m3时对应的强度值正好是水泥水化形成浆体的强度值，1m3浆体对应的质

8、量数值正好和0的数值相等，因此水泥浆中水泥对强度的贡献可以用标准稠度水泥浆的密度数值除以标准稠度水泥浆的强度计算求得，其单位为kg/MPa，定义为质量强度比定义为质量强度比。具体计算公式如下：贡献1MPa强度所需水泥浆用量计算公式：符号的意义:C-提供1MPa强度所需水泥浆的用量0-标准稠度水泥浆的密度0-标准稠度水泥浆体的强度名称名称P PII水水泥泥普通水泥普通水泥矿渣水泥矿渣水泥粉煤灰水泥粉煤灰水泥火山灰水泥火山灰水泥复合水复合水泥泥强度等级强度等级52.552.552.552.542.542.532.532.532.532.532.532.5R286060555548483535383

9、8404002972973223222762761641642002001981980212421242105210520512051173917391893189318241824C(kg/MPa)7.27.26.56.57.47.410.610.69.59.59.29.2C20（25MPa）180180163163185185265265238238230230C30（35MPa）252252228228259259371371333333322322C40（46MPa）331331299299340340488488437437423423C50(58 MPa）4184183773774

10、29429615615551551534534表4 胶砂强度、纯浆体强度、纯浆体密度、1MPa强度水泥用量对照表4解释了同样强度等级的水泥配制混凝土时水泥用量差别很大的原因。粉煤灰必须检测的技术指标1.对比强度2.密度3.比表面积4.需水量比5.粉煤灰中SO3的含量掺合料活性的计算 掺合料在混凝土中的作用主要考虑反应活性和填充效应。反应活性用活性系数表示，活性系数指同样质量的掺合料产生的强度与对比试验水泥强度的比值。填充效应用填充系数表示，填充系数指矿物掺合料的比表面积与表观密度的乘积除以对比试验水泥的比表面积与表观密度的乘积的二次方根。粉煤灰的填充效应 粉煤灰的填充效应是指粉煤灰的微细颗粒均

11、匀分布于水泥浆体的基相之中，就像微细的集料。微集料的存在有利于增加混凝土的强度。粉煤灰的表观密度与比表面积的乘积除以对比试验用水泥的表观密度与比表面积的乘积所得的商开二次方所得数值即是粉煤灰的填充系数。粉煤灰填充系数的计算作为基准水泥的填充系数:u1-水泥的填充系数(基准数据)C-水泥的密度SC-水泥的比表面积符号的意义:粉煤灰的填充系数:u2-粉煤灰的填充系数F-粉煤灰的密度SF-粉煤灰的比表面积 其物理意义为1千克的粉煤灰填充效应产生的强度相当于u2千克的水泥产生的强度。符号的意义:活性指数测定试验 测定试验胶砂和对比胶砂的抗压强度，以二者抗压强度之比确定粉煤灰试样的活性指数。试验胶砂和对

12、比胶砂材料用量见表5表5 试验胶砂和对比胶砂材料用量胶砂种类胶砂种类水泥水泥（g）粉煤灰粉煤灰（g）标准砂标准砂（g）水水（ml）28d28d强度强度（MPa）对比胶砂对比胶砂45045013501350225225R R0 0=50=50试验胶砂试验胶砂31531513513513501350225225R R1 1=45=45活性指数的国家标准计算方法：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:活性系数的准确计算方法 根据对比胶砂可知，450克水泥提供强度50MPa，则315克水泥提供的强度为0.7R0=3

13、5MPa，135克水泥提供的强度为0.3R0=15MPa；那么，掺粉煤灰的试验胶砂提供的强度包括315克水泥提供的强度（即0.7R0=35MPa）与135克粉煤灰提供的强度（即R1-0.7R0=10MPa）。所以，粉煤灰的活活性性系系数数由下式求得：式中：F-粉煤灰的活性系数；R1-试验胶砂28d抗压强度（MPa）；R0-对比胶砂28d抗压强度（MPa）。粉煤灰的取代系数用c表示，其数值为活性系数的倒数，则代入以上数据可得本例中粉煤灰的活性系数F=0.67，粉煤灰的取代系数c=1.5。在混凝土配合比设计过程中可以用1千克粉煤灰取代0.67千克与对比试验相同的水泥，或者用1.5千克粉煤灰取代1千

14、克与对比试验相同的水泥。这种设计思路在水泥和粉煤灰用量的计算方面实现了适量取代，比传统观念中粉煤灰等量取代和超量取代的观念更加科学，准确合理地使用了粉煤灰。取代系数的准确计算方法:c=0.3R0/（R1-0.7R0）活性等级活性等级S75S75S75S75S95S95S95S95S105S105S105S105活性指数活性指数757590909696103103106106113113活性系数活性系数0.170.170.670.670.870.871.11.11.21.21.431.43取代系数取代系数6.06.01.51.51.151.150.910.910.830.830.700.70表6

15、 粉煤灰活性等级、活性指数、活性系数与水泥取代系数的对照表6解释了同一强度等级的粉煤灰在取代水泥时用量差别很大的原因。矿渣粉必须检测的技术指标1.对比强度2.密度3.比表面积4.需水量比 粒径大于45m的矿渣颗粒很难参与水化反应，因此要求用于高性能混凝土的矿渣粉磨至比表面积超过400m2/kg，以较充分地发挥其活性，减小泌水性。比表面积为600m2/kg1000m2/kg的矿渣粉用于配制高强混凝土时的最佳掺量为30%50%。矿渣粉的填充系数可以用下式求得：u3-矿渣粉的填充系数K-矿渣粉的密度SK-矿渣粉的比表面积 计算求得的填充系数，其物理意义为1千克的矿渣粉填充效应产生的强度相当于u3千克

16、的水泥填充效应产生的强度。粉磨矿渣要消耗能源，成本较高；矿渣粉磨得越细，掺量越大，则配制的高性能混凝土拌合物越黏稠。用于高性能混凝土的矿渣粉的细度一般要求比表面积达到400m2/kg以上。胶砂种类胶砂种类水泥（水泥（g）矿渣粉（矿渣粉（g）标准砂（标准砂（g）水（水（ml）28d28d强度强度对比胶砂对比胶砂45045013501350225225R R0 0=50=50试验胶砂试验胶砂22522522522513501350225225R R2 2=45=45表7 测定矿渣粉活性指数试验中试验胶砂和对比胶砂材料用量 活性活性指数的量化计算指数的量化计算 矿渣矿渣粉活性指数测定粉活性指数测定试

17、验试验 测定试验胶砂和对比胶砂的抗压强度，以二者抗压强度之比确定矿渣粉试样的活性指数。试验胶砂和对比胶砂材料用量见表7。活性指数的国家标准计算方法：矿渣粉活性指数按下式计算：式中：A-28d活性指数，%；R0-对比砂浆28d抗压强度，MPa；R2-试验砂浆28d抗压强度，MPa。结果计算活性系数的准确计算方法式中：K-矿渣粉的活性系数；R0-对比砂浆28d抗压强度，MPa；R2-试验砂浆28d抗压强度，MPa。根据对比胶砂可知，450克水泥提供强度50MPa，则225克水泥提供的强度为0.5R0=25MPa；那么，试验胶砂提供的强度包括225克水泥提供的强度（即0.5R0=25MPa）与225

18、克矿渣粉提供的强度（即R2-0.50R0=20MPa）。所以，矿渣粉的活性系数由下式求得：矿渣粉的取代系数用k表示，其数值为活性系数的倒数，则代入数据可得本例中矿渣粉的活性系数K=0.8，矿渣粉的取代系数c=1.25。在混凝土配合比设计过程中可以用1千克矿渣粉可以取代0.8千克与对比试验相同的水泥，或者用1.25千克矿渣粉取代1千克与对比试验相同的水泥。这种设计思路在水泥和矿渣粉用量的计算方面实现了适量取代，比传统观念中矿渣粉等量取代和超量取代水泥的观念更加科学，准确合理地使用了矿渣粉。取代系数的准确计算方法 c c=0.5R5R0/(R/(R2 2-0-0.50R50R0)表8 矿渣粉活性等

19、级、活性指数、活性系数与水泥取代系数的对照活性等级S75S75S95S95S105S105活性指数759096103106113活性系数0.50.80.921.061.121.26取代系数2.01251.090.940.890.79表8解释了同一等级的矿渣粉在取代水泥时用量差别很大的原因。硅粉必须检测的技术指标1.活性指数2.密度3.比表面积4.需水量比硅粉填充系数的量化计算 作为超细矿物掺合料，硅粉的平均粒径度为0.1m，仅为水泥平均粒径的几百分之一，主要用来配制高强高性能混凝土，掺入水泥混凝土后能很好地填充于水泥颗粒空隙之中，使浆体更致密。硅灰的填充系数可以用下式求得：u4-硅灰的填充系数

20、Si-硅粉的密度SSi-硅粉的比表面积 在混凝土配合比设计过程中可以用1千克硅灰取代u4千克对比试验的水泥，充分利用了硅灰的填充功能，实现硅粉的准确合理利用。表9硅灰填充系数与取代系数的对照比表面积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解释了不同比表面积的硅灰在取代水泥用量差别很大的原因胶砂种类胶砂种类水泥（水泥（g）硅粉（硅粉（g）标准砂（标准砂（g）水（水（ml）28d28d强度强度对比胶砂对比胶砂45045013501350225225R R0 0=50=50试验

21、胶砂试验胶砂405405454513501350225225R R4 4=75=75表10 测定硅粉活性指数试验中试验胶砂和对比胶砂材料用量 硅粉活性指数的量化计算 测定试验胶砂和对比胶砂的抗压强度，以二者抗压强度之比确定硅粉试样的活性指数。试验胶砂和对比胶砂材料用量见表10。硅灰活性指数的国家标准计算方法：硅粉28d活性指数按下式计算：式中：A28-28d活性指数，%；R0-对比砂浆28d抗压强度，MPa；R4-试验砂浆28d抗压强度，MPa。硅灰活性系数的准确计算方法式中：Si-硅灰的活性系数；R0-对比砂浆28d抗压强度，MPa；R4-试验砂浆28d抗压强度，MPa。根据对比胶砂可知，4

22、50克水泥提供强度50MPa，则405克水泥提供的强度为0.9R0=45MPa；那么，试验胶砂提供的强度包括405克水泥提供的强度（即0.9R0=45MPa）与45克硅粉提供的强度（即R4-0.9R0=30MPa）；则硅粉的活性系数由下式求得：硅灰取代系数的准确计算方法u4=Si 硅灰的取代系数用Si表示，其数值为活性系数的倒数，则代入数据可得硅灰的活性系数Si=6，硅灰的取代系数Si=0.17。在混凝土配合比设计过程中可以用1千克硅灰取代6千克与对比试验相同的水泥，或者用0.17千克硅灰取代1千克与对比试验相同的水泥。这种设计思路在水泥和硅粉用量的计算方面实现了适量取代，准确合理地使用了硅粉

23、。减水剂必须检测的技术指标1.临界掺量 临界减水率2.饱和掺量 饱和减水率3.等效缓凝系数4.凝结时间差5.水泥的需水量 水泥中SO3的含量 混凝土泵送剂配方设计计算技术基础 用于商品混凝土的复合泵送剂应能有效控制混凝土拌合物的坍落度损失、减少泌水和离析、改善拌合物工作性，满足远距离运输、泵送，浇筑(现浇或水下浇筑)、振捣(振捣或自密实)等施工工艺的要求。复合泵送剂由高效减水剂、缓凝剂、引气剂和辅助剂组成。可以根据混凝土原材料组成、配合比、工作性要求和环境温度等参数实现复合泵送剂的组成和配方设计。泵送剂复配方法及计算公式一一元复配的方法及计算公式元复配的方法及计算公式 一元复配的主体是利用一种

24、高效减水剂和缓凝剂复配泵送剂，必要时适量掺加引气剂，主要考虑减水剂的临界掺量c10和饱和掺量c11以及推荐掺量c，减水剂的临界掺量减水率n10和饱和掺量减水率n11以及推荐掺量下的减水率n，检测外加剂的水泥的标准稠度用水量W、C3A和SO3。则每吨泵送剂中各种原材料的用量为（单位均为kg）：减水剂的用量缓凝剂的用量 引气剂的用量溶剂水的用量 是否缺硫二二元复配的方法及计算公式元复配的方法及计算公式 二元复配是利用一种高效减水剂、一种普通减水剂和缓凝剂复配泵送剂，主要考虑高效减水剂和普通减水剂的饱和掺量c21、.c22以及推荐掺量c，检测外加剂的水泥的标准稠度用水量W0、C3A和SO3。则每吨泵

25、送剂中各种原材料的用量为（单位均为kg）：高效减水剂的用量普通减水剂的用量缓凝剂的用量引气剂的用量溶剂水的用量是否缺硫 三三元复配的方法及计算公式元复配的方法及计算公式 三元复配是利用两种高效减水剂和一种普通减水剂复配泵送剂，主要考虑两种高效减水剂和普通减水剂的饱和掺量c31、c32、c33以及推荐掺量c，检测外加剂的水泥的标准稠度用水量W0、C3A和SO3。则每吨泵送剂中各种原材料的用量为（单位均为kg）：高效减水剂1的用量高效减水剂2的用量普通减水剂的用量 缓凝剂的用量引气剂的用量容剂水的用量是否缺硫：泵送剂对水泥的适应性 高效减水剂对水泥的适应性是通过坍落度损失程度判断的。高效减水剂在低

26、水胶比的混凝土中一个突出的问题是不同程度上存在坍落度损失快：而在另一些情况下，水泥和水接触后，在开始60min90min内，大坍落度仍能保持，没有离析和泌水现象。前者，外加剂和水泥是不适应的，后者是适应的。适应性取决于水泥矿物组成(主要是C3A、C3S)、可溶SO3和碱含量。(1)适应性好(充分兼容)：高可溶SO3和高碱量水泥；(2)适应性稍差(兼容稍差)：中等可溶性硫酸盐和碱含量的水泥；(3)不适应(不兼容)：可溶性硫酸盐少和低碱水泥。最佳可溶性碱量为0.4%0.6。解决泵送剂对水泥适应性问题必须针对不同的胶凝材料采用相应的复合泵送剂组成体系，泵送剂配方设计的优点就在如此。砂子必须检测的技术

27、指标1.紧密堆积密度2.含石率3.含水率4.含泥率5.石粉含量 石子必须检测的技术指标1.堆积密度2.空隙率3.吸水率4.表观密度砂子技术指标的量化计算 砂砂的主要技术指标的主要技术指标 粒径为0.16mm4.75mm的集料称为细集料，简称砂。混凝土用砂分为天然砂和人工破碎砂。天然砂是建筑工程中的主要用砂，它是由岩石风化所形成的散粒材料，按来源不同分为河砂、山砂、海砂等。山砂表面粗糙、棱角多，含泥量和有机质含量较多。海砂长期受海水的冲刷，表面圆滑，较为清洁，但常混有贝壳和较多的盐分。河砂的表面圆滑，较为清洁，且分布广，是混凝土主要用砂。人工破碎砂是由天然岩石破碎而成，其表面粗糙、棱角多，较为清

28、洁，但砂中含有较多片状颗粒和细砂。由于天然砂资源的枯竭，人工砂在我国已经大量使用。紧密紧密堆积密度堆积密度 紧密堆积密度是混凝土配合比设计过程中需要采用的重要参数，对于质量均匀稳定的混凝土，砂子均匀且紧密地填充于石子的空隙当中，因此单方混凝土中砂子的合理用量应该为石子的空隙率乘以砂子的紧密堆积密度求得。计算公式含水率 由于水泥检验采用0.5的水胶比，扣除水泥标准稠度用水，润湿标准砂所用的水介于5.7%7.7%之间，这个范围水的变化对水泥强度造成影响可以认为是在系统误差值内，可以不用考虑。在混凝土配比设计过程中，以干砂为基准，我们控制砂子用水的合理值也在5.7%7.7%这个范围，所以在混凝土配制

29、过程中砂子的用水量可以浮动2%。含石率 砂子中的含石率较高时，由于石子是粗集料，砂子的称量过程没有考虑这些石子的数量问题，因此使生产过程中实际的砂子用量小于配合比设计计算用量，使混凝土拌合物的实际砂率小于计算砂率，这就是相同配比的条件下，含石率提高导致混凝土实际砂率降低使混凝土拌合物初始流动性变差、坍落度经时损失变大。因此在生产过程中必须及时检测砂子的含石率并及时调整计量秤。含泥量 由于砂子的含泥量同时影响混凝土的工作性、强度、外加剂的适应性以及实际砂率，因此我们要求严格控制砂子的含泥量符合国家标准的指标。石子技术指标的量化计算 石子石子的主要技术指标的主要技术指标 粒径大于4.75mm的集料

30、称为粗集料，简称为石子。粗集料分为碎石和卵石。卵石分为河卵石、海卵石、山卵石等，其中河卵石分布广，应用较多。卵石的表面光滑，有机杂质含量较多。碎石为天然岩石或卵石破碎而成，其表面粗糙、棱角多，较为清洁。与卵石比较，用碎石配制混凝土时，需水量及水泥用量较大，或混凝土拌合物的流动性较小，但由于碎石与水泥石间的界面黏结力强，所以碎石混凝土的强度高于卵石混凝土。堆积密度 由于混凝土的支撑体系最最主要的是石子，因此配合比设计过程中石子用量的计算以石子的堆积密度为基础，而我们国家地域广阔，石子资源的差异特别大，为了满足混凝土和易性的要求，必须根据当地的资源状态及时对混凝土用石子的堆积密度进行检测。空隙率

31、由于粒形粒径的不同，对于堆积密度相同的的石子，空隙率是不同的，在配制混凝土的过程中，为了满足混凝土和易性的要求，合理计算砂子用量，必须根据现场状态及时对测量石子的空隙率进行检测。表观密度 对于堆积密度相同的的石子，由于空隙率的不同，石子的表观密度完全不同，因此单方混凝土石子用量也不相同，为了合理计算配合比，我们必须根据现场的材料状态及时对石子的表观密度进行检测。吸水率 对于堆积密度、空隙率和表观密度完全相同的石子，由于吸水率不同，因此单方混凝土用水量也不相同，为了合理计算配合比，我们必须根据现场的材料状态及时对石子的含水率进行检测。多组分混凝土配合比设计理论的建立 随着混凝土化学外加剂和超细矿

32、物掺合料的的普遍使用，全国各地使用的混凝土配合比设计规范已经不能满足高性能混凝土配制及施工的实际需要，特别是传统观念下配制混凝土时水泥强度要比混凝土强度高，粉煤灰及矿渣粉等矿物掺合料用量不能超过规定比例的规定，在混凝土生产过程中已经失去了指导意义。以水胶比（水胶比）决定强度的假设为基础的混凝土配合比设计技术规程在许多方面已经不能满足混凝土材料自身性能和特点的因素。基于以上观点，本人首先对混凝土的体积组成模型进行了分析，以POWERS胶空比理论、晶体强度计算理论和GRIFFITH脆性材料断裂理论为基础，结合水灰比公式建立了多组分混凝土理论数学模型及计算公式。水 泥 水 化 形 成 的 标 准 稠

33、 度 浆 体 的 强 度（MPa）；u胶凝材料填充强度贡献率；m硬化密实浆体在混凝土中的体积百分比；多组分混凝土理论数学模型及计算公式 根据生产实践提出了多组分混凝土体积组成石子填充模型，并对混凝土中标准稠度水泥浆体强度、硬化密实浆体在混凝土中的体积百分比、掺合料的活性系数和胶凝材料的填充因子系数等进行了定义和准确计算公式的推导。根据混凝土体积组成石子填充模型，我们进行了现代多组分混凝土强度的早期推定和配合比设计计算，推导出了多组分混凝土强度与水泥、掺合料、砂、石、外加剂及拌合用水定量计算的科学计算公式。混凝土配比设计 由多组分混凝土强度理论数学模型f=um可知，多组分混凝土硬化后单位体积内的

34、石子、砂子均没有参与胶凝材料的水化硬化，其体积没有发生改变，分别为Vg、Vs，混凝土的强度由硬化水泥混合砂浆理论强度、胶凝材料的填充强度贡献率和硬化密实浆体的体积百分比决定。以下介绍依据现代多组分混凝土理论进行混凝土配合比设计的具体步骤。胶凝材料和外加剂的确定，以使用水泥配制混凝土为计算基础，根据水泥强度、需水量和表观密度求出1MPa强度水泥的用量，以此计算出满足设计强度等级所需水泥的量,其次根据掺合料的活性系数和填充系数用等活性替换和等填充替换求得胶凝材料的合理分配比例，然后用胶凝材料求得标准用水量对应的水胶比，在这一水胶比条件下确定合理的外加剂用量以及胶凝材料所需的搅拌用水量。集料的确定，

35、首先测得石子的空隙率，根据砂子完全填充于石子的空隙中求得每立方混凝土砂子的准确用量，然后按照混凝土体积组成石子填充模型，用石子的堆积密度扣除胶凝材料，即可求得每立方混凝土石子的准确用量，通过试验求得砂子和石子的吸水率即可求得润湿砂石所需的水。在计算的过程中，除去含气量，由于砂子的空隙率所占体积和胶凝材料水化所需水分在混凝土最后占据的体积基本相同，因此计算过程不考虑砂子的孔隙率和拌合水的体积。配制强度的确定 现代多组分混凝土的配制强度按现行规范fcu,p=fcu,o+1.645确定,不同强度等级混凝土值按表11确定。表11 混凝土的（标准差）取值表强度等级强度等级C10C10C25C30C30C

36、55C60C60C100（MPa）4 45 56 6水泥标准稠度浆强度水泥标准稠度浆强度c的计算的计算 由于配制设计强度等级的混凝土选用的水泥是确定的，在基准混凝土配比计算时取水泥为唯一胶凝材料，则0的取值等于水泥标准砂浆的理论强度值0计算如下：VC0标准胶砂中水泥的体积比；C0标准胶砂中水泥的用量（kg）；C0水泥的密度（kg/m3）；S0标准胶砂中砂的用量（kg）；S0标准砂的密度（kg/m3）；W0标准胶砂中水的用量（kg）；W0水的密度（kg/m3）。则标准胶砂中水泥水化形成的纯浆体的强度计算公式如下：式中:0标准胶砂中水泥水化形成的纯浆体的强度（MPa）；R28标准胶砂的28d强度（

37、MPa）；VC0标准胶砂中水泥的体积比。依据石子填充法设计思路，当混凝土中水泥浆体的体积达到100%时，混凝土的强度等于水泥浆体的理论强度值，即R=0，此时水泥浆体内含水泥的量可以通过下式求得：标准稠度水泥浆的表观密度值：0-标准胶砂中纯浆体的密度 W-标准胶砂中水泥的标准稠度用水量 C0-标准胶砂中水泥的密度 水泥基准用量的确定 每兆帕混凝土对应的水泥浆质量由下式求得：C-提供1MPA强度所需水泥用量0-标准胶砂中纯浆体的密度 0-标准胶砂中水泥水化形成的纯浆体的强度 配制强度为fcu，p的混凝土基准水泥用量为C01：胶凝材料的分配 设计中采用掺合料反应活性和填充强度贡献率折算后与水泥相等为

38、基础，因此掺合料可由下式求得：C01=B=1C+2F+3K+4SiC01=u1C+u2F+u3K+u4Si 300 C+F+K+Si 600C、F、K、Si分别为水泥、粉煤灰、矿粉、硅粉的量；1、2、3、4分别为水泥、粉煤灰、矿粉、硅粉的活性系数；u1、u2、u3、u4分别为水泥、粉煤灰、矿粉、硅粉的填充系数综合填充系数C10C30（大掺量粉煤灰）混凝土由于C10C30混凝土配比计算C01小于300时，用于生产普通混凝土时基准水泥用量C0直接取C01计算值，但用于富浆的泵送混凝土时，为了增加浆体对骨料的包裹性，改善工作性，减少坍落度损失，我们利用活性较低的粉煤灰、炉渣粉等活性代替部分水泥，使胶

39、凝材料用量增加，不考虑填充效应，解决了我国现行规范规定预拌或者自密实等富浆的混凝土中的胶凝材料用量不少于300kg的问题，计算可以由以下公式：C0=1C+2FC+F=300联立方程可以准确求得：水泥用量，粉煤灰（炉渣粉）用量。C35C55掺复合料（矿粉和粉煤灰）混凝土 由于C35C55混凝土配合比计算值C01为水泥，用于生产普通混凝土时水泥用量C0直接取计算值C01，在配制泵送混凝土时，为了降低混凝土的水化热，掺加一定的矿物掺合料，可以有效地预防混凝土塑性裂缝的产生，本计算方法确定将水泥的量C控制在C01的70%以下。当生产预拌或者自密实等富浆的混凝土时，应优先选用矿粉和粉煤灰代替部分水泥。根

40、据现场实际情况，我们可以先确定水泥用量，然后求其余的两种，考虑反应活性和填充效应，实现技术效果的最佳，具体用量由以下公式求得：C0=B=1C+2F+3kC0=u1C+u2F+u3K当水泥用量预先设定时，联立方程可以准确求得：粉煤灰用量，矿渣粉（炉渣粉）用量。C60C100掺硅粉高强混凝土 由于C60C100混凝土配比计算C01较大，用于生产普通混凝土或干硬性混凝土时水泥用量C0直接取计算值C01，当用于生产高性能混凝土时，为了改善混凝土的工作性，降低水泥的水化热，预防混凝土塑性裂缝的产生，提高混凝土的耐久性，选用矿粉和硅粉并部分代替水泥。本计算方法确定将水泥的量控制在450 kg以下。采用矿粉

41、主要考虑活性系数，硅粉主要考虑填充效应，胶凝材料总量控制在600kg左右。当技术效果最佳时具体计算由以下公式求得：联立方程可以准确求得：水泥用量，矿渣粉（炉渣粉）用量，硅灰用量。减水剂及用水量的确定 胶胶凝材料需水量的确定凝材料需水量的确定（1）试验法通过以上计算求得水泥、粉煤灰、矿粉和硅灰的准确用量后，按照已知的比例将各种胶凝材料混合成复合胶凝材料，可以采用测定水泥标准稠度用水量的方法求得胶凝材料的标准稠度用水量为W，对应的有效水胶比。求得搅拌胶凝材料所需水量W1为胶凝材料总量乘以有效水胶比。（2）计算法 通过以上计算求得水泥、粉煤灰、矿粉和硅粉的准确用量后，按照胶凝材料的需水量比通过加权求

42、和计算得到搅拌胶凝材料所需水量W。同时求得搅拌胶凝材料的有效水胶比。外加剂用量的确定 采用以上有效水胶比，以推荐掺量进行外加剂的最佳掺量试验，外加剂的调整以胶凝材料标准稠度用水量对应的水胶比为基准。要控制混凝土拌合物坍落度值为多大，则掺外加剂的复合胶凝材料在推荐掺量下净浆流动扩展度达到多大。砂子用量的确定 测出配合比设计所用的砂子的紧密堆积密度和石子的空隙率p，由于混凝土中的砂子完全填充于石子的空隙中，每立方米混凝土中砂子的准确用量为砂子的紧密堆积密度乘以石子的空隙率。砂子润湿用水量的确定砂子润湿用水量的确定 根据水泥标准胶砂检测方法，水泥检测用的水一部分用于水泥，使之达到标准稠度，另一部分用

43、于润湿标准砂，使砂子表面润湿，这样做出来的水泥胶砂强度为水泥标准强度。在混凝土配合比设计过程中，胶凝材料实际上是一种复合水泥，在标准稠度条件下，只要干砂润湿使用的水与标准砂润湿使用的水对应，水泥的强度和混凝土的强度就是对应的。我们可以通过标准砂的润湿水量求得混凝土用干砂子用水量的合理取值围，由于预拌混凝土生产企业使用的水泥主要有普通水泥、矿渣水泥和复合水泥，因此我们以这三种水泥为对比基准进行润湿砂子合理用水量取值范围的计算，见表12。表12砂子用水量计算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301350.3090

44、6.7复合水泥33148.50.3376.55.7注：检测时使用450g水泥，1350g标准砂，225g水 由于混凝土生产企业使用的水泥主要有普通水泥、矿渣水泥和复合水泥，根据水泥检验数据的计算推导可知，润湿砂子不影响混凝土强度的合理用水量范围在5.7%7.7%之间，我们以下限5.7%作为混凝土中干砂子用水量最小值计算的基准，砂子合理的最小润湿水量等于5.7%乘以干砂子用量求得，以上限7.7%作为混凝土中干砂子用水量最大值计算的基准，砂子合理的最大润湿水量等于7.7%乘以干砂子用量求得：即 W2min=5.7%S W2max=7.7%S石子用量的确定 根据混凝土体积组成石子填充模型，计算过程不

45、考虑含气量和砂子的孔隙率。用石子的堆积密度值扣除胶凝材料的体积以及胶凝材料水化用水的体积对应的石子量，即可求得每立方混凝土石子的准确用量。按照这一思路，为了保证强度同时实现砂浆对石子的包裹，当混凝土配制使用的砂子和石子的技术参数确定后，每一方混凝土中石子的用量随着混凝土强度等级的提高，由于胶凝材料体积增加，所以石子的量是减少的。即只要使用了同一批的砂石料，从C10C100的各强度等级混凝土，单方混凝土使用的石子用量越来越少，这个结果与以前的观点完全不同，则石子用量计算公式如下：石子润湿用水量的确定 现场测量石子的堆积密度，空隙率和吸水率，用吸水率乘以石子用量即可求得润湿石子的合理用水量：W3=

46、GP吸水率总用水的确定通过以上计算，可得混凝土搅拌胶凝材料所用水量为W1；润湿砂子所需的水W2；润湿石子所需的水W3；混凝土总的用水量W=W1+W2+W3混凝土的试配、配合比调整及生产 由上可知，混凝土体积组成石子填充模型是适用于C10C100强度等级多组分混凝土配合比设计的数学模型，经过数学推导得到混凝土配合比设计中水泥、掺合料、砂、石、外加剂和拌合用水量等组成材料的准确计算公式，解密了混凝土各组成与强度之间的定量关系，实现了现代混凝土配合比设计和强度的科学定量计算。在此基础上我们编制了混凝土配合比设计计算软件，提出了预湿骨料生产工艺，应用于重点工程的预拌混凝土生产，取得了良好的技术经济效果

47、。结论结论 高性能混凝土制备关键技术解决了利用硅酸盐系列水泥配制高性能混凝土降低成本的技术难题，突破了利用不同品种不同等级硅酸盐水泥配制不同强度等级的高性能混凝土的关键技术，技术效果明显，降低成本的作用比较理想，从而为这项技术的推广应用奠定了坚实的理论基础。高性能混凝土制备关键技术的研究成功为水泥行业、混凝土行业和外加剂行业的发展具有重大的指导意义。对合理使用水泥、矿物掺合料、砂、石和外加剂，特别是推广应用高性能混凝土，合理使用掺合料,解决外加剂的适应性,降低企业生产成本，节约社会资源，起到了技术桥梁的作用。（1）高性能混凝土制备关键技术使用硅酸盐系列水泥配制高性能混凝土，由于水泥和掺和料的掺

48、加比例科学合理，进厂水泥和外加剂的适应性明显改善，混凝土出厂稳定性大大提高。（2）高性能混凝土制备关键技术用于高性能混凝土生产，商混公司可根据施工部位不同确定适宜的掺和料数量，大大提升掺和料的掺加比例，可大幅度降低混凝土材料成本。（3）高性能混凝土制备关键技术用水泥实际强度作为配比计算的依据，利用了水泥28天强度的波动，配制的混凝土标养强度离散性较小，混凝土标准差降低，大大提升混凝土质量控制的稳定性。（4）高性能混凝土制备关键技术用于混凝土生产，采用P水泥时由于水泥中掺和料的用量较少，商混公司可较大幅度提高掺和料的掺加比例，相应降低混凝土中的碱含量和氯离子含量，有利于改善混凝土耐久性，延长混凝

49、土使用寿命。混 凝 土 强 度 统 计强度等级配 合 比（kg）各 龄 期 强 度（Mpa)CKF FASGYW预湿预湿W胶材胶材3d7d14d 21d28d31d35d56d90dC20181 51 86 952 9138889417.8 31.2 38.8 43.344.945.74649.3 49.5C30236 60 791019786 7.55415016.3 29.3 33.9 37.938.642.244.844.6 49.4C40271 79 72 952 744 8.48811823.9 37.6 47.9 49.950.156.454.95859.5C50306 99 89

50、1019575 9.9541293944.75666.465.162.364.272.8 77.1C50306 99 891019575 7.95414933.2 46.9 51.8 60.265.762.565.669.1 71.1C60371144 391019484105413937.2 56.1 63.5 68.475.675.377.579.4 81.6C60403117 531029404 9.79510840.2 53.6/68.872.771.6/69.7C60363117 531029470 9.19510736.6 48.4/60.572.767.3/68.8预湿骨料技术试