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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,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
2、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（作者认识）：,二、对高性能混凝土的再认识,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,km(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2400m3)
3、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
4、,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,作者的基本观点是：（1）混凝土各组成材料（包括固、
5、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=0.52,HPC砂率与用水量之间的关系,五
6、、公式的推导及物理意义的表述,五、公式的推导及物理意义的表述,五、公式的推导及物理意义的表述,五、公式的推导及物理意义的表述,五、公式的推导及物理意义的表述,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,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1 HPC配合比计算结果（单方混凝土组成材料用量）,七、例证,表2 HPC配合比计算结果（单方混凝土组成材料用量）,七、例证,表3 HPC计算配合比与美国HPC配合比对比,七、例证,表4 HPC计算配合比与美国HPC配合比对
7、比,七、例证,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,
