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1、摘要 混凝土性能与其配合比密切相关。近些年来，水泥混凝土的流动性和耐久性受到格外重视，尤其在配制高流动性和自密实性等高性能混凝土时就更加重要。普通混凝土配合比设计由于水泥用量较大，从而导致混凝土中水泥浆体出现干缩龟裂等耐久性不良问题。提高混凝土等级节能、节材成为一种发展趋势，而混凝土等级愈高，节约水泥的潜力愈大。从集料最紧密堆积、耐久性和孔结构，水泥石一粗集料高黏接强度诸方面整合其最佳结构模型。进一步通过试验，综合原材料择优、集料级配，“双掺”技术，掺合料强度激发剂，水泥强度富余系数利用等因素，确定实现上述目标的技术路线，以便于工艺过程实施。关键词： 混凝土结构模型；最紧密堆积；“双掺”技术；
2、激发剂.ABSTRACT Concrete is closely related to its mix. In recent years, cement, mobility and durability of concrete has received special attention, especially in the preparation of high liquidity and high-performance self-compacting concrete and so when more important. Ordinary concrete mix design as
3、the larger amount of cement, resulting in concrete and other cement paste will shrink and cracks problem of poor durability.It is a kind of developing trend that improving the degree of concrete save resources and cut down materia1However the higher of concrete degree，the the bigger ofpotential savi
4、ng concreteFrom the compactest accumlative permanent stability and hole structure，high adhesive strength ofconcrete stone and the thick aggregate an d SO on，we can make the best structure mode Trough going fllrther experiment，choose the best material aggregate with doubleadmixtures techology and adm
5、ixtures strength accelerating-agentThe cemen t sength factor is utilized，then the executive method oftechnology is determined in order to realize the craft processKey WOrds： model ofconcrete structure；largest close-packing；double-admixtures；acceleratingagent.目录摘要IABSTRACTII第一章 绪 论11.1前言11.2水泥及混凝土简史1
6、1.3密实度模型的发展31.4国内外密实度模型的应用41.5研究的意义和内容51.5.1 课题的意义51.5.2研究的内容5第二章 紧密堆积模型和混凝土配合比设计72.1 紧密堆积理论72.2 紧密堆积模型72.3普通混凝土配合比设计92.3.1普通水泥混凝土92.3.2普通水泥混凝土的组成设计(以抗压强度为指标的计算方法)92.4紧密堆积混凝土配合比设计14第三章 试验研究173.1试验设计思路173.2试验原理和方法173.3试验仪器及设备183.4试验原材料选择183.4.1水泥183.4.2粗集料193.4.3细集料203.4.4水203.4.5骨料堆积试验203.5初步紧密堆积混凝土
7、试验263.5.1初步试验设计263.5.2初步试验结果及分析263.6对比试验283.6.1对比试验设计283.6.2对比试验结果及分析293.7综合对比分析29第四章 技术效益分析304.1 经济效益分析304.2能源环保效益分析30第五章 结论325.1 主要结论325.2需要进一步研究的内容33参考文献34致谢35第一章 绪 论1.1前言在进入21世纪的今天，水泥混凝土材料已经逐渐成为人类社会生活、文化生活的基础，城市化、高速公路、港口码头、立交桥、机场、大坝等建设中应用最大量、最广泛的便是水泥混凝土。由于同其他建材(如钢材、合金、塑料、木材等)比较，水泥混凝土具有节能、经济、生态、来
8、源广、应用方便、耐久性好、维修能耗最低，使用寿命最长等优点，需求量迅速增长。但水泥混凝土及水泥工业的发展，也带来了严重的环境与资源问题。水泥工业的发展，消耗了大量的能源及石灰石、黏土等矿产资源，同时排放了大量的污染物。生产每吨硅酸盐水泥熟料，消耗石灰石约1.3吨，黏土约0.3吨，排放1吨多CO2。现在，水泥工业每年消耗石灰石4亿多吨，黏土l亿多吨，排放3亿多吨CO2，大量的NO2，SO2有害气体，排放粉尘1000万吨以上。水泥的生产是以巨大的能源、资源消耗为代价并造成严重的环境负荷。这对我国及世界的可持续发展极为不利。混凝土的密实堆积1就是选取合适细度模数的砂子、合理级配的石子、不同粒径的掺合
9、物，拌制而成堆积密度最大的混凝土。混凝土密实度增加了，从而使混凝土的耐久性得到提高。本文根据实际需要寻找最佳掺量比例，达到水泥使用量相同，混凝土强度提高；混凝土强度相同，水泥用量减少的目的。1.2水泥及混凝土简史 cement一词由拉丁文cemented发展而来，是碎石及片石的意思。水泥的历史最早可追溯到古罗马人在建筑中使用的石灰与火山灰的混合物，这种混合物与现代的石灰火山灰水泥很相似。用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于建筑工程。1756年，英国工程师J.斯米顿在研究某些石灰在水中硬化的特性时发现：要获得
10、水硬性石灰，必须采用含有粘土的石灰石来烧制；用于水下建筑的砌筑砂浆，最理想的成分是由水硬性石灰和火山灰配成。这个重要的发现为近代水泥的研制和发展奠定了理论基础。1796年，英国人J.帕克用泥灰岩烧制出了一种水泥，外观呈棕色，很像古罗马时代的石灰和火山灰混合物，命名为罗马水泥。因为它是采用天然泥灰岩作原料，不经配料直接烧制而成的，故又名天然水泥。具有良好的水硬性和快凝特性，特别适用于与水接触的工程。1813年，法国的土木技师毕加发现了石灰和粘土按三比一混合制成的水泥性能最好。1824年，英国建筑工人J.阿斯普丁取得了波特兰水泥的专利权。他用石灰石和粘土为原料，按一定比例配合后，在类似于烧石灰的立
11、窑内煅烧成熟料，再经磨细制成水泥。因水泥硬化后的颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头相似，被命名为波特兰水泥。它具有优良的建筑性能，在水泥史上具有划时代意义。1907年，法国比埃利用铝矿石的铁矾土代替粘土，混合石灰岩烧制成了水泥。由于这种水泥含有大量的氧化铝，所以叫做“矾土水泥”。1871年，日本开始建造水泥厂。1877年，英国的克兰普顿发明了回转炉，并于1885年经兰萨姆改革成更好的回转炉。1889年，中国河北唐山开平煤矿附近，设立了用立窑生产的唐山“细绵土”厂。1906年在该厂的基础上建立了启新洋灰公司，年产水泥4万吨。1893年，日本远藤秀行和内海三贞二人发明了不怕海水的硅酸盐水泥。
12、20世纪，人们在不断改进波特兰水泥性能的同时，研制成功了一批适用于特殊建筑工程的水泥，如高铝水泥，特种水泥等。全世界的水泥品种已发展到100多种，2007年水泥年产量约20亿吨。中国在1952年制订了第一个全国统一标准，确定水泥生产以多品种多标号为原则，并将波特兰水泥按其所含的主要矿物组成改称为矽酸盐水泥，后又改称为硅酸盐水泥至今。2007年中国水泥年产量约11亿吨。我国预拌混凝土技术发展起步较晚。70年代末, 首次从日本购进成套混凝土搅拌站、搅拌输送车和输送泵, 开始了我国预拌混凝土生产和泵送混凝土施工。1978 年常州市建立预拌混凝土搅拌站, 以商品形式向用户提供混凝土。同年, 上海宝钢购
13、进日本成套设备, 建成生产能力50万立方米预拌混凝土搅拌站。20世纪80年代中期是混凝土搅拌站第1次建站高峰, 90年代是第2 次建站高峰, 也是我国预拌混凝土行业成熟和发展最快的一个时期。20多年来, 混凝土生产企业如雨后春笋般迅猛发展, 已成为中国建筑业一支朝气蓬勃的生力军。进入21世纪,随着国民经济的持续快速发展, 混凝土生产企业更是风起云涌, 市场呈现出勃勃生机。2006 年, 全国预拌混凝土供应量4.76亿立方米, 比2005年增加1.07万立方米, 增幅为29.17%; 预拌混凝土年搅拌能力10.81亿立方米, 比2005年增加1.95亿立方米, 混凝土搅拌站2891个, 比200
14、5年增加466个; 混凝土搅拌车37427辆, 比2005年增加7112辆,混凝土泵车6527辆, 比2005年增加1341。温家宝总理作出重要指示,当前建筑企业面临的主要任务之一是广泛应用节能环保技术,推进建筑业可持续发展.指出了建筑企业应承担的社会责任.建筑能耗占全社会总能耗的40%左右,包括生产和使用两个环节.降低生产过程中的能耗,建筑企业责无旁贷.降低使用能耗,建筑企业也是可以有所作为的.1.3密实度模型的发展早在 19 世纪，部分学者就已经对混凝土的骨料堆积的概念产生了兴趣。1892 年，R.Fere t 发表了有关混凝土颗粒堆积的文章。1896 年，这种堆积方法用于研究在海洋环境下
15、，斯堪的纳维亚建筑的混凝土耐久性。后来 ，美国波特兰水泥协会的 Powers 等人对混凝土骨料的空隙比评估做了大量研究。颗粒体系的密实堆积，对工业和研究的诸多领域均有重要的影响，于是它引起了许多其他技术领域的广泛兴趣，如陶瓷、石油沥青、粉末冶金等等。最早的有关密实度模型报道的文章是 1930 年出版的关于最优堆积对液体在填料塔中流动的影响。在 1929 年和 1930 年，Furnas 和 Westmann 分别对理想球体的堆积密实度做了大量研究。19 世纪 50 年代和 60 年代原子能技术的应用和航天技术的发展进一步推动了堆积密实度方法的研究。从此之后，密实度模型有了很大的发展。模型从简单
16、的只考虑圆形颗粒、两到三种颗粒粒径且互相不影响的体系到多种粒径、连续级配且相互影响体系。比如,1967 年的 Aim2 和 Goff 模型，1976 年的 Toufar 模型，1986 年 Stovall的线性模型(LPDM)和 Dewar 模型，1999 年的 De Larrard的可压缩模型(CPM)。Johans 和 Dewar 经过分析认为Furnas 模型、Aim 和 Goff 模型不适于混凝土颗粒体系的密实度计算。法国路桥试验中心（LCPC）通过十几年的研究工作，发展了用于预测颗粒混合物体系的堆积密实度模型，并且编写了基于该模型的优化高性能混凝土配合比设计的计算机软件。可压缩堆积模
17、型（CPM）是 LCPC 继颗粒线性堆积模型（LPDM）、固体悬浮模型（Solid Suspension Model，SSM）之后发展的第三代颗粒堆积密实模型，其最大的创新之处在于区分了虚拟堆积密实度和真实堆积密实度，建立了虚拟堆积密实度与堆积过程的关系。不同于 Toufar 模型和 Dewar 模型的理论模型假设：（1）颗粒是理想圆形的；（2）颗粒为单个粒径；（3）细颗粒和粗颗粒具有不同的粒径。CPM 模型充分考虑了颗粒的粒径分布以及不同堆积方法对颗粒堆积密实度的影响，克服了 Toufar 模型和 Dewar 模型单一粒径假设的局限性，可预测任何粒级组合的堆积密实度。1.4国内外密实度模型的
18、应用虽然国内外已有部分学者利用各种数学模型对混凝土的粗骨料、细骨料，水泥基材料的堆积密实度做了研究，但其主要停留在密实度的计算上，并没有把密实度的计算结果与混凝土的物理化学性质结合起来，如 M.R.Jones 和 L.Zheng等人分别利用 Dewar 模型、Toufar 模型、De Larrard 线性堆积模型、CPM 模型、修正后的 CPM 模型计算了混凝土粗骨料、细骨料、水泥基材料的二元和三元体系的堆积密实度3。在国内如王爱勤、张承志，唐明述等人利用 Aim 和 Goff 模型计算了火山灰材料与水泥的二元体系的的堆积密实度，并从火山灰的填充作用的角度来讨论其对水泥性能的改善。龙广成、谢友
19、均等人也利用 Aim 和 Goff模型研究了掺矿物掺合料对颗粒体系的密实度的影响，并利用浆体相对密度指标，分析了火山灰质材料的填充作用以及对水泥浆体的流动性、胶砂强度和胶凝材料固体体积的影响。牛全林等借鉴 Horsfield 模型和 Andrensen方程分析了超细粉对普通细度水泥的填充作用。龙湘敏采用最小需水量法，验证了超细粉煤灰的掺量对颗粒体系堆积密实度的影响，研究了不同细度和不同掺量的超细粉煤灰对低水胶比浆体的密实填充效应及其对浆体流动性和抗压强度的影响。毛丹等人利用 CPM 模型计算了粉煤灰、矿渣、硅灰与水泥单掺和双掺的密实度，并重点讨论了各种矿物微粉与水泥单掺时密实度对水泥新拌浆体流
20、变性能和硬化浆体的力学性能的影响。1.5研究的意义和内容1.5.1 课题的意义 混凝土具有节能、经济、生态、来源广、应用方便、耐久性好、维修能耗最低，使用寿最长等优点，因此，混凝土已经发展成为目前人类应用最广泛的建筑材料之一。但混凝土及水泥工业的发展，也带来了严重的环境与资源问题。水泥工业的发展，消耗了大量的能源及石灰石、黏土等矿产资源，同时排放了大量的污染物。生产每吨硅酸盐水泥熟料，消耗石灰石约1.3吨，黏土约0.3吨，排放1吨多CO2。现在，水泥工业每年消耗石灰石4亿多吨，黏土l亿多吨，排放3亿多吨CO2，大量的NOx，SO2有害气体，排放粉尘1000万吨以上。水泥的生产是以巨大的能源、资
21、源消耗为代价并造成严重的环境负荷。这对我国及世界的可持续发展极为不利。为此，本研究重点从水泥混凝土的强度构成原理出发，借鉴体积法设计思想，提出紧密堆积结构组成，充分发挥集料的作用。试验研究粗集料的结构组成、砂作为填充颗粒的比例、水泥净浆作为填充固结料等对水泥混凝土工作性与强度的影响，以技术合理、经济有效、可操作性强为原则，提出紧密堆积型水泥混凝土配合比设计方法1。研究成果可直接指导水泥混凝土设计与施工，保证工程质量，节约工程成本，有效利用有限资源，具有重要的工程现实意义。1.5.2研究的内容 本文通过建立紧密堆积模型为基础,以及应用模型于粉体颗粒体系堆积密度的计算。并且从水泥混凝土的强度构成原
22、理出发，借鉴体积法设计思想，提出粗集料紧密堆积结构组成和紧密堆积型混凝土理念，用振动填充试验方法，分析不同因素对粗集料紧密堆积结构组成的影响，以便于操作、实用可行为原则，提出级配组成设计方法。通过坍落度试验，分析水灰比、砂率、填充比等对紧密堆积型混凝土工作性的影响。对紧密堆积型混凝土的强度特性进行系统试验，分析不同参数与抗压强度的关系，得出关系表达式。综合工作性与强度特性研究成果，提出同时满足工作性与强度要求的紧密堆积型混凝土配合比设计方法。图1.1为本文的技术线路图。 结 论试验结果分析实验方案设计、性能测试、结果混凝土配合比设计紧密堆积模型的建立方案的制定文献收集调研图1.1 本文的技术线
23、路图本文的研究内容主要包括以下几个方面：1.粉煤灰掺入砂、不同粒径粗骨料间和粉煤灰与砂最佳级配的混合物掺入已级配好的粗集料的最紧密堆积；2.根据紧密堆积混凝土配合比设计方法计算紧密堆积混凝土配合比；3.配制紧密堆积混凝土实验； 4.紧密堆积混凝土工作性能和强度实验；5.配制普通混凝土实验；6.普通混凝土工作性能和强度实验；7.将普通混凝土和紧密堆积混凝土进行综合比较，并得出结论。第二章 紧密堆积模型和混凝土配合比设计2.1 紧密堆积理论常规固井水泥浆在混合和泵送顶替时的最优性能与长期层间封隔水泥环柱所要求的力学性能总是矛盾的，在密度低或高时矛盾更加突出。由于材料力学的发展，材料科技工作除关注化
24、学键力的开发外，更注重颗粒间范德华力5的开发，并发现紧密堆积理论是获得高性能固井材料的关键。利用紧密堆积理论与颗粒大小分布技术，使微细胶凝颗粒挤入材料的空隙，材料的胶空比大幅度降低，提高颗粒间的范德华力，从而创造出了新的高性能凝胶材料。但用于紧密堆积的微细胶凝颗粒应是水化膜薄、外型呈球形、具有较好的活性颗粒。因此通过线性堆积密度模型以及二元系统的最大堆积密度与微细胶凝材料直径的关系，可以提出二元系统最大堆积时微细胶凝材料的体积分数为0.180.27，对于密度与水泥最近的微细胶凝材料，其最佳掺量为18%27%，指出二元充填微细胶凝材料的尺寸应在被填充材料颗粒尺寸的至l/10范围内；提出了干混材料
25、堆积体积分数(PVF)的概念，PVF值越高，水泥浆性能越好。2.2 紧密堆积模型根据库纳德森COONADESION 公式 式中 实状态的混凝土强度; 系数; 混凝土孔隙率, %。混凝土强度随着其孔隙率的降低, 呈指数函数规律提高。欲配制密实、高强的混凝土, 则负中心质( 孔隙率) 所占的空间最大限度地降低, 以获得高强混凝土高性能混凝土。具体方法只能以达到“最小空隙率、最小比表面积、最大堆积密度”的目标级配得以实现。对于无相互作用的二元混合料，堆积密实度和颗粒的体积分数y应用CPM模型计算如下： 当粗颗粒占主导地位的情形，粗颗粒堆积达到最大密度，V1=1，V2=y2，所以 =1=1/(1y2)
26、我们用1表示颗粒1占主导地位时的堆积密度，1为颗粒1的剩余堆积密实度；当小颗粒占主导地位时，小颗粒堆积达到最密实，同样有：V1=y1，V2=2（1V1），所以 =2=2/1（12）y1试验中当固定一种颗粒的体积时，堆积密实度就与另一种颗粒的体积掺入量有关。总之不管哪个颗粒占主导地位，都可以计算1和2。这样作为通史可以写作： 1 V1+V21/1V2/（V1+V2） V11 2V1+V22/1（12）V1/（V1+V2） V22（1V1）因此，一个二相体系的堆积密实度为：=Min（1，2）图2.1表示了混合料从纯粗骨料颗粒堆聚至纯细颗粒堆聚时，堆积密实度的变化。从y2=0至波最高点，由于粗颗粒的
27、空隙部分逐渐被细颗粒所填充而使堆积密实度提高，细颗粒正好填满粗颗粒的空隙时时波高点，对较大的y2值来说，由于粗颗粒被等量体积细颗粒所替代，这样混合料总固体体积是减少的。 图2.1 无相互作用的二元混合料堆积密实度与细颗粒用量的关系 对于多相体系，当第i级颗粒占主导地位时： Vi=i(1V1V2Vi-1)混合料堆积密度：同理，一个多相体系的堆积密实度必须满足 需要指出，n相颗粒堆积系统中必须有一种颗粒占主导地位，否则整个颗粒体系将不再是一个密实堆积体系，而是悬浮体系。2.3普通混凝土配合比设计2.3.1普通水泥混凝土普通水泥混凝土是以通用水泥为胶结材料，用普通砂石为集料，并以水为原材料，按专门设
28、计的配合比，经搅拌、成型、养护而得到的复合材料。现代水泥混凝土中，为了调节和改善其工艺性能和力学性能，还加入各种化学外加剂(AdimiXture)和磨细矿质掺合料(Additive)。普通水泥混凝土具有原料丰富，便于施工和浇筑成各种形状的构件，硬化后性能优越、耐久性好，节约能源，成本低廉等优点。所以普通混凝土广泛应用于工民建、道路与桥梁、矿山井巷等建筑工程中。2.3.2普通水泥混凝土的组成设计(以抗压强度为指标的计算方法)1.初步配合比的计算(1)确定混凝土的配制强cu.o混凝土配制强度(cu.o)应根据:设计要求的混凝土强度等级;施工单位质量管理水平，按一下式确定。cu.o=cu.k+1.6
29、45式中 : cu.o 混凝土的施工配制强（MPa）cu.k混凝土立方体抗压强度标准值（即设计要求的混凝土强度等级）（Mpa） 由施工单位质量管理水平确定的混凝土强度标准差(MPa)混凝土强度标准差宜根据同类混凝土统计资料计算确定，并符合下列规定:(1)计算时，强度试件组数不少于25组;(2)当混凝土强度等级为C20和C25级，其强度标准差计算值小于2.5MPa时，计算配制强度用的标准差应取不小于2.5MPa;当混凝土强度等级等于或大于C30级，其强度标准差计算值小于3.0MPa时，计算配制强度用的标准差应取不小于3.0MPa。(3)当无统计资料计算混凝土强度标准差时，其值按下表的规定选用。表
30、2.1混凝土强度标准差值表强度等级（MPa）低于C20C20C35高于C35标准值（MPa）4.05.06.0(2)计算水灰比(W/C)1)按混凝土要求强度等级计算水灰比和水泥实际强度根据己确定的混凝土配制强度cu.o，由下式计算水灰比:cu.o=Ace(C/W-B)式中 : cu.o 混凝土的配制强（MPa）A，B混凝土强度回归系数，根据根据使用的水泥和粗、细集料经过试验得出灰水比与混凝土强度关系式确定，若无上述试验统计资料时，可采用下表数值;表2.2混凝土强度回归系数 品种系数碎石卵石A0.460.48B0.070.33C/W混凝土所要求的水灰比ce 水泥28d抗压强度实测值(MPa)ce
31、 =Y0ce.k其中: ce.k水泥强度等级值(MPa);Y0水泥强度等级值的富余系数。该值可按各地区实际统计资料确定。通常取1.001.13。 2)按耐久性校核水灰比表2.3普通混凝土的最大水灰比和最小水泥用量(JGJ55一2000)环境条件结构物最大水灰比最小水泥用量（kg/m）素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土1. 干燥条件正常的居住或办公房屋内部件不作规定0.650.602002603002.潮湿环境无冻害高湿度的室内部件室外部件在非侵蚀性土壤和（或）水中的部件0.700.600.60225280300有冻害经受冻害的室外部件在非侵蚀性土和（或）水中且经受冻害
32、的室内部件0.550.550.552502803003.有冻害和除冰剂的潮湿环境经受冻害和除冰剂作用的室内和室外部件0.50.50.5300300300注: 1、当用活性掺合料取代部分水泥时，表中的最大水灰比及最小水泥用量即为替代前的水灰比和水泥用量。2、配制C15级及其以下等级的混凝土，可不受本表限制。2.选定单位用水量(mw。) 根据粗集料的品种、粒径及施工要求的混凝土拌和物稠度值(坍落度或维勃稠度)，选择每立方米混凝土拌和物的用水量。表2.4混凝土的用水量选用表(kg/m3)项目指标卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）102031.540162031.540坍落度（mm）103035
33、5055707590190200210215170180190195160170180185150160170175200210220230185195205215175185195205165175185195维勃稠度（s）16201115510175180185160165170145150155180185190170175180155160165(4)计算单位水泥用量(mco)1)按强度要求计算单位用灰量或2)耐久性要求校核单位用灰量 根据耐久性要求，普通水泥混凝土的最小水泥用量，依结构物所处环境条件分别规定如前表。按强度要求由公式计算得的单位水泥用量，应不低于前表规定的最小水泥用量。
34、(5)选定（s）混凝土的砂率确定应符合下列规定:(1)坍落度为1060mm的混凝土砂率，可根据粗骨料品种、粒径和混凝土拌和物的水灰比按下表确定砂率。(2)坍落度大于60mm的混凝土砂率，可经试验确定，也可在下表的基础上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以调整。(3)坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。表2.5混凝土砂率s选用值表水灰比（W/C）卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）1020401620400.400.500.600.702632303533383641253129343237354024302833313634393035333836413944293
35、43237354038432732303533383641(6)计算粗、细集料单位用量(mGo、mso) 粗、细集料的单位用量，可用质量法或体积法求得。 1）质量法质量法又称假定表观密度法。该法是假定混凝土拌和物的表观密度为一固定值，混凝土拌和物各组成材料的单位用量之和即为其表观密度。式中: mc。每立方米混凝土的水泥用量(kg） mg。每立方米混凝土的粗骨料用量(kg) mso每立方米混凝土的细骨料用量(kg) mwo每立方米混凝土的用水量(kg) s砂率(%) mcp一每立方米混凝土拌合物的假定重量(kg)其值可取23502450kg。2）体积法体积法又称绝对体积法(Absolute vo
36、lume method)。该法是假定混凝土拌物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌和物中所含空气体积之总和。式中:c水泥密度(g/cm3)，可取2.9003.100g/cm3;G粗骨料的表观密度(g/cm3);s细骨料的表观密谋(g/cm3);w水的密度(g/cm3)，可取1.000(g/cm3);a混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，可取为1。(7)试拌调整，提出基准配合比按计算出的初步配合比进行试拌，以校核混凝土拌和物的工作性。如试拌得出的拌和物的坍落度(或维勃稠度)不能满足要求，或粘聚性和保水性能不好时，则应在保证水灰比不变的条件下，相应调整用水量或砂率，直到符合要求为止。然
37、后提出供混凝土强度校核用的“基准配合比” 5，即mca:mwa:msa:mGa(8)检验强度、确定试验室配合比为校核混凝土的强度，至少拟定三个不同的配合比，其中一个为按上述得出的基准配合比，另外两个配合比的水灰比值，应较基准配合比分别增加及减少0.05(或者0.10)，其用水量应该与基准配合比相同，但砂率值可增加及减少1%。为检验混凝土强度，每种配合比至少制作一组(三块)试件，在标准养护28d条件下进行抗压强度测试。根据“强度”检验结果进一步修正配合比，即可得到“试验室配合比设定值”。2.4紧密堆积混凝土配合比设计 20世纪90年代，台湾科技大学的黄兆龙博士根据多年的经验总结，将混凝土的“耐久
38、性、安全性、工作性、经济性和生态性”溶于配合比设计中，采用颗粒堆积等材料科学原理，推出逆填配比设计法6。这种方法不同于前两种传统的配合比设计法，其关键是寻求混凝土中固态材料在最佳级配时的最大混合单位重，进而有效地获知最小空隙体积，水泥浆以一定的富裕系数(n)填充此空隙，既满足流动性的要求，又充分考虑了经济性。其主要步骤如下:(1) 通过利用四分法取样测单位重的逐次逼近，求得粉煤灰填充砂、粒径小的粗集料填入粒径大的粗集料中，以及前者的最佳混合物填入后者的最佳级配混合物最佳填塞率，进而由固态材料的最密实堆积体积求得相应的最小空隙(Vv) ; (2)由Vp=nVv确定水泥浆体积，即用浆量;(3)通过
39、1Vp即固态实体总实际体积和粉煤灰、砂、石等原材料之间的比例关系，可分别求出粉煤灰、砂、石的用量;(4)再由水胶比确定水泥实际用量和不使用减水剂时水的总用量;(5)根据胶凝材料用量求出减水剂的用量，并进一步得出加入减水剂后水的实际用量。这种方法由于使混凝土中固态材料处于最密实堆积状态，因此骨料和粉煤灰用量较多相应可以节省水泥，成型后的混凝土更密实，有利于强度和耐久性，由于粉煤灰和高效减水剂双掺增大了拌合物的流动性。混凝土各用料的计算方法：1)结合不同粉煤灰、砂、石骨料特性，通过致密系数、的确定，会得到粉煤灰与砂石致密堆积的最大堆积密度0。由最大堆积密度可求得骨料在致密堆积状态下的空隙Vv 。
40、(2-4-1)式中，、分别代表混合骨料在最大堆积密度状态下粉煤灰的重量(kg/m)及粉煤灰比重(kg/m)；、 分别代表混合骨料在最大堆积密度状态下石子的重量(kg/m)及石子比重(kg/m )； 、分别代表混合骨料在最大堆积密度状态下砂子的重量(kg/m)及砂子比重(kg/m)。2)由致密系数、的定义知 (2-4-2) (2-4-3) 设水泥浆体富裕系数为n，n值可以根据不同施工需要变化，一般情况下， n值介于11.5之间。则水泥浆体VP可用下式计算 (2-4-4) 则混凝土中骨料的体积为 (2-4-5)将式(2-4-2)和式(2-4-3)带人式(2-4-5)中可求出各骨料的用量 (2-4-
41、6) (2-4-7) (2-4-8)2) 水泥、矿渣和用水量的计算 (2-4-9) (2-4-10) 式中，、分别代表水和水泥的比重(kgm3)。 第三章 试验研究3.1试验设计思路 本课题研究的混凝土配合比设计方法不同于普通混凝土配合比设计方法。本方法研究重点是从混凝土的强度构成原理出发，借鉴体积法设计思想，提出紧密堆积结构组成，充分发挥集料的作用。 本实验主要从不同粒径粗集料的紧密堆积、砂作为填充粗骨料空隙颗粒的比例、粉煤灰作为填充砂空隙的颗粒比例、水泥净浆作为填充固结料等对水泥混凝土工作性与强度的影响，以技术合理、经济有效、提出紧密堆积型水泥混凝土配合比设计方法。3.2试验原理和方法为实
42、现理想的、最密实混凝土结构，切实可行的技术路线为首先是选用是520 mm粒径碎石与2031.5 mm的碎石级配，砂与粉煤灰紧密堆积以及混合石与混合砂的三级级配来确定最佳级配模式7，以实现“最大堆积密度、最小比表面积、最小孔隙率”的目标。粗集料的密实程度通常利用振动试验或捣实试验进行分析。捣实试验是通过人工捣实确定粗集料的密实度；振动试验是模拟施工中机械外力振动，分为上振式和下振式，二者区别在于振动受力方式不同，上振式是从顶面施加激振力，而下振式是从底面施加激振力。目前，水泥混凝土室内试验成型试件时主要采用下振式。因此，本研究采用下振式进行粗集料的振动填充试验，振实筒容积为10L。每组试验时，将
43、集料分三次装料，每次装料后，振实筒底部放一直径为25mm的钢筋，将筒按住左右交替颠击地面各25下，以保证集料达到充分密实稳定状态，待三层试样填完毕后，加料直至超出筒口，然后用钢筋刮下超出筒口的颗粒，用合适颗粒填平凹处，使表面稍突起和凹陷部分大致相等，最后称试样和筒总重。每组试验平行试验3次，剔除异常值后，取算术平均值作为试验结果。粉煤灰与砂振动填充试验与粗集料振动填充试验基本相同，不同之处在于本填充试验采用振动筒容量为1升，首先要按设计比例将粉煤灰与砂进行搅拌均匀，以达到充分混合，充分填充。已级配好的粉煤灰与砂的混合物填入已级配好的粗集料的混合物振动填充试验与上述的粗集料振动填充试验相同。3.3试验仪器及设备（1）试模：尺寸为100100100mm；（3）标准砂石筛：孔径0.165.0mm，浙江上虞市公路仪器厂；（4）WAY300型电液式压力试验机：最大力值300KN，精度等级I级，生产厂家无锡市锡仪建材厂；
