毕业论文紧密堆积混凝土配合比设计方法研究aboc.doc

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1、摘 要 水泥混凝土广泛应用于基础建设各个领域，随着经济发展、科技进步，人们对其使用品质要求越来越高。现行混凝土配合比设计方法设计的混凝土以悬浮密实型结构为主，易在集料与水泥石粘结处发生破坏，且尚未充分发挥粗集料的作用。为此，本研究在体积法的基础上，提出了粗集料紧密堆积结构与紧密堆积型水泥混凝土概念，并对其工作性、强度特性及其设计方法开展了系统研究，以期节约成本，提高混凝土性能，具有重要工程实用价值。粗集料紧密堆积结构是指骨架颗粒与填充颗粒之间充分嵌锁、紧密排列、不干涉或少干涉，使其达到合理密实状态时形成一个多级空间骨架结构；在此基础上，利用砂填充粗集料振实剩余空隙，粉煤灰作为填充砂振实剩余空隙

2、，再用水泥净浆润滑和填充混合料的剩余空隙，形成紧密堆积型水泥混凝土。综合研究成果，提出了紧密堆积型混凝土配合比设计方法，并与现行设计方法对比表明，同等强度、工作性要求下，紧密堆积型水泥混凝土比现行设计方法确定的混凝土的经济性更好，且设计方法可操作性强，简便实用，可以直接应用于工程实际。关键词：水泥混凝土，工作性，强度特性，配合比设计方法ABSTRACT Concrete widely used in infrastructure construction in various fields, along with economic development, scientific and tec

3、hnological progress, people use their increasingly high-quality. The existing design of concrete mix designed to suspension-compacting concrete structure-oriented and easy to damage in bonding of aggregate and cement, and has yet to give full play to the role of coarse aggregate. For this reason, ba

4、sing on the Volume and Interference theory, the study put forward a coarse aggregate embedded lock skeleton structure and embedded lock dense concrete concept, and research systematically on its working, strength and design, with a view save costs and improve the properties of concrete,important wor

5、ks have practical value.The coarse aggregate embedded lock skeleton structure is that skeleton particles embed fully, work closely, non-interference or less with peanuts, and to reach a state of reasonable density to form a multi-level space frame structure; on this basis, use sand to fill coarse ag

6、gregate remaining gap, use cement paste to lubricate and fill the remaining gap of coarse aggregate and sand mixture, forming dense embedded lock-cement concrete. Comprehensive research results, put forward the embedded lock-dense concrete mix design method, and compared the existing design methods

7、show that the same intensity, working, embedded lock density cement concrete cement concrete mix design are better than the existing concrete on economy better, can be highly workable, simple and practical, can be directly applied to engineering practice.Key words: cement concrete, working, strength

8、, mix design methods目录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1引言11.2研究背景11.3 国内外混凝土配合比设计方法研究概况31.4 主要研究内容与技术路线7 1.4.1 主要研究内容7 1.4.2 技术路线7第二章 普通混凝土、紧密堆积混凝土92.1普通混凝土配合比设计9 2.1.1普通水泥混凝土(ordinary cement concrete)9 2.1.2普通水泥混凝土的组成设计92.2紧密堆积混凝土配合比设计14第三章 试验研究173.1试验设计思想173.2试验方法173.3试验仪器及设备183.4试验原材料选择18 3.4.1水泥18 3.4.2粗

9、集料19 3.4.3细集料19 3.4.4水20 3.4.5原材料试验203.5初步紧密堆积混凝土试验25 3.5.1初步试验设计25 3.5.2初步试验结果及分析263.6对比试验27 3.6.1对比试验设计27 3.6.2对比试验结果及分析283.7 综合对比分析28第四章 经济技术分析294.1经济效益分析294.2环境效益分析30第五章 结论与建议315.1结论315.2建议32参考文献33致谢：34 第一章 绪论1.1引言建筑工程的质量问题是关系到国家人民生命财产安危的千年大计。混凝土是道路与桥梁以及房屋工程建设中,应用最广泛 、用量最大的建筑材料之一。混凝土质量的控制也就成为确保工

10、程质量的重要环节。水泥混凝土属于多相复合材料，是以水泥为凝胶材料，碎石为骨料，经加水搅拌、浇筑成型、凝结固化成具有一定强度的人工石料。水泥混凝土以其原材料丰富，适应性强，耐久性好，能源消耗与成本较低，同时又能消化大量的工业废渣等特点，己经成为人类社会生活的基础。水泥混凝土广泛应用于社会基础建设各个领域中，且用量不断增加，使用品质要求不断提高，对工程质量和成本的影响也越来越大。而在水泥混凝土影响工程质量和成本的诸多因素中，水泥混凝土配合比设计乃是成败的关键；水泥混凝土配合比设计就是根据工程要求、结构形式、施工条件等，确定满足工作性、强度及耐久性和其它要求的同时，考虑经济合理的水泥、集料、水及外加

11、剂等各组分的配合比例。1.2研究背景混凝土配合比设计是混凝土材料科学中最基本且最重要的一个问题。在过去一个多世纪里，混凝土配合比设计方法几经发展，形成了多种以宏观组成设计参数和力学强度为指标的设计体系。传统的配合比设计方法是计算试配法，其计算依据是在普通混凝土组成与性能一般规律的基础上，计算得到粗略配合比，再经试配调整得到以强度为主要指标的配合比，我国几十年来一直沿用这种方法1。推荐图表法，其由地区主管部门积累大量数据，经试验、整理，将配合比的主要参数（用水量、水灰比、砂率及混凝土表观密度等）汇总列表，供技术人员选择使用，有时也列成配合比直接供人取用，一般使用前还需要再经适当试拌和调整。数据积

12、累法，即设计的混凝土配合比在施工后得到平均强度和施工标准差等指标，经过记录、统计，然后将实际结果（强度、标准差）与设计值（配制强度、预计标准差）比较分析，总结经验，以便下次设计修正、提高，这样经过不断实践，使配合比更加切合实际。普通混凝土配合比设计方法通常通过合理确定水灰比、单位用水量和砂率三个基本参数，进而得出水泥、水、细集料和粗集料这四种主要组成材料的实际用量。上述三个基本参数与混凝土的各项性能之间有着密切的关系。水灰比对混凝土的强度和耐久性起着关键作用，在水灰比一定的条件下，单位用水量则反映了水泥浆与骨料之间的比例关系，单位用水量是控制拌合物流动性的主要因素；而砂率对混凝土拌合物的和易性

13、，特别是其中的黏聚性和保水性有很大影响。配合比设计时，不同规程、标准和工程要求，对粗集料的最大公称粒径、岩性、针片状含量等原材料性质提出了明确要求，但是，对粗集料的级配及其结构组成的要求相对较弱。在常见的三种级配结构中，水泥混凝土设计主要利用最大密度曲线理论计算确定连续密实级配。最大密度曲线理论主要描述了连续级配的颗粒分布，即级配中某一矿质混合料在标准筛孔配成的套筛中进行筛析时，所得的级配曲线平顺圆滑，具有连续的（不间断的）性质，相邻粒径的粒料之间有一定的比例关系（按质量计），这种级配由大到小，逐级粒径均匀，并按比例互相搭配组成矿质混合料，特点是各级骨料均被次级的粒料撑开，充分密实2。连续密实

14、级配混凝土在极限荷载作用下，最易产生三种混凝土强度理论的其中一种破坏，即认为水泥石与骨料间的粘结因沿斜截面的剪应力而被破坏。另外两种破坏理论为：（1）正应力分布与水泥石和骨料模量之间的比例相对应，即认为应力集中在弹性模量较高的材料上，而在较弱的材料上卸荷，引起水泥石被拉断；（2）受压时的横向膨胀导致骨料本身被拉断引起混凝土的破坏3。一般认为，水泥石的强度、水泥石与骨料间的粘结力、骨料的强度构成了水泥混凝土的强度，现有水泥混凝土配合比设计方法中对前两者重视程度相对较高。 Kaplan4于1961年把断裂力学用于混凝土破坏分析时指出，除了水灰比、水泥标号外，粗骨料强度和级配结构对混凝土强度也有重要

15、影响，良好的级配结构能够阻断裂缝的开展。良好的粗集料结构不仅可以提高混凝土的强度，在荷载作用时，还可以充分发挥粗集料自身的强度；同时，在配制强度一定时，可以节约水泥的用量，减低工程成本。综上所述，水泥混凝土配合比设计时，若忽视粗骨料的级配所形成的结构对混凝土性能的影响，将影响着工程建设成本和工程质量。虽然水泥混凝土配合比设计规程（JGJ55-2000）5对原材料与混合料提出了严格技术要求，但对粗集料级配的要求相对较宽。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，提出粗集料紧密堆积结构组成，充分发挥集料的作用。试验研究粗集料的结构组成、砂作为填充石的颗粒的比例、粉煤灰作为

16、填充砂的颗粒比例，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、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。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。1.3 国内外混凝土配合比设计方法研究概况 1.3.1国外混凝土配合比设计方法研究现状国外混凝土配合比设计方法有ACI法（American Concrete Institute，美国混凝土协会法）、PCA法（Portland Cement Association，波特兰水泥协会）、BRE法（BRITISH Enviroment英国环境

17、部的方法）以及法国的Dreux、Baron和Lesage方法等。美国混凝土协会（ACI 211）配合比设计方法，可能是目前世界上最流行的方法之一，其主要步骤：（1）选择坍落度和集料最大粒径（MSA）根据结构类型、尺寸、强度要求和混凝土使用环境按给定的经验表格进行选择。（2）估计用水量和含气量ACI方法认为用水量主要由MSA和要求的坍落度控制，而含气量取决于MSA。因此，该方法对不同的坍落度和集料最大公称粒径所需拌和用水量及含气量的近似值以表格的形式给出，以供使用者选择。（3）选择水灰比根据耐久性规定的最大水灰比、抗压强度要求进行选择，见表1.1表1.1最大水灰比28天抗压强度/MPaW/C非引

18、气混凝土引气混凝土450.38400.42350.470.39300.540.45 注：摘自ACI211.1； 抗压强度按照ASTM C31，以湿养护的150mm300mm的圆柱体试验为准。 （4）计算水泥用量 由水灰比和用水量可以计算得出。（5）估计粗骨料用量首先以标准方法（干捣法）测得粗骨料容积随后，该值乘以表中系数，此系数取决于骨料最大粒径和砂的细度模数。（6）计算细骨料用量 此值为拌和物单位体积与前几步骤中算得的各组分体积总和的差。（7）调整根据实际进行适当调整。 DMMCC是Design Mix manual for Concrete Construction提供的设计方法的简称，是

19、美国几位教授于1982年编写的的混凝土配合比手册。此手册为了提供一种便捷获得要求混凝土的方法，主要编写了270个表格，表格中的数据由Lesslie D.Long等教授经35年、几千次的试验总结的配合比关系曲线转换而来的，有很高的可靠性和很广的应用性。DMMCC法在水灰比、用水量等选择确定方面与ACI方法大同小异。与其他的配合比设计方法不同的是，DMMCC配合比设计法在进行粗、细集料确定时，对混凝土进行分层次考虑，将砂浆对混凝土的影响考虑进来。其基本的思路是将混凝土的组成分为粗集料和砂浆两个部分，由于粗集料的比表面积远远小于砂，且不同粒形和细度模数的砂比表面积差异很大，DMMCC法通过砂的空隙来

20、反映砂的粒形和细度模数，并对不同空隙率的砂所需的水泥净浆体进行校正。 1.3.2 国内混凝土配合比设计方法研究现状 在我国，根据普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2000）（后面简称为设计规程）6可知，进行配合比设计时，首先要正确选定原材料品种，检验原材料质量；然后按照混凝土技术要求进行初步计算，得到“计算配合比”；经试验室试拌调整，“基准配合比”；再经强度复核确定“试验室配合比”；最后以现场原材料的实际情砂、石含水等)修正“实验室配合比”，从而得到“施工配合比”7。 其中，计算配合比的具体步骤如下，实验室配合比的确定如图 1.1 （1）计算混凝土的配制强度； （2）根据混凝土的配制强度及

21、耐久性要求，按水灰比定则公式计算水灰比； （3）根据施工要求的和易性指标（坍落度等）、粗骨料种类、最大粒径，选取单位用水量； （4）根据计算的水灰比和选取的单位用水量，计算水泥用量，并考虑耐久性要求，按规定要求复核最小水泥用量； （5）根据水灰比、粗骨料种类、最大粒径，选取合理砂率；按配比进行试配，检查拌合物工作性是否符合要求。工作性符合要求，提出混凝土强度试验用的配合比。拌合物性能不符合要求，保证水灰比不变的条件下，调整。确定混泥土配合比。当实测值与计算值之差超过2%时，进行校正。根据普通混泥土配合比设计规程，确定试配用的配合比。按配合比称料、搅拌、成型、养护、测定混凝土的强度等级强度等级符

22、合要求后。确定每方混泥土各材料用量。按调整后的配合比试配，直到拌合物工作性符合要求。强度等级不符合要求，重新进行设计，试配。根据技术指示和使用要求，确定原材料种类、规格。 （6）利用重量法或体积法，计算砂子用量和石子用量。图1.1 普通混凝土实验室配合比确定流程 普通混凝土配合比设计方法是以经验为基础的半定量设计方法，水灰比、单位用水量和砂率三个参数中，只有水灰比按计算确定，而计算公式中有的参数也是由回归分析所得，其它两参数均需查表选择。这些表格是人们长期以来生产普通混凝土的实践经验的总结，在一定程度上反映了普通混凝土配合比的一般规律。 在设计规程中，用来确定单位用水量和砂率值的表格的控制因素

23、是碎卵石的最大粒径、坍落度和水灰比，其中的坍落度和水灰比的范围难以满足大流动性和低水灰比混凝土的要求，也没有充分考虑高效减水剂和矿物掺合料对混凝土工作性的调节作用。我国现行公路水泥混凝土路面施工技术规范8中，道路混凝土配合比设计是以抗折强度为主要设计指标；再根据鲍罗米（Bolomy）公式 R=Af(C/W-B) (C/W为水灰比)的修正公式计算所需的水灰比；然后选择砂率，计算单位用水量；最后根据表观密度或绝对体积法确定相应的配合比9。 综上所述，我国配合比设计参数主要考虑了水灰比、砂率、用水量；而对粗集料最大公称粒径、粒径、砂的粗细等其他因素则给定一个取值范围，粗细集料级配的范围认为符合要求即

24、可。而以ACI为代表的设计方法考虑的参数有水灰比、用水量、骨料最大粒径、单位体积混凝土中粗骨料在干燥捣实的状态下所占的体积、砂的细度模数、粗骨料捣实容重等。这两种国内外具有代表性的设计方法均未对粗集料的结构组成提出明确相关要求，在选定粗集料组成时，技术人员通常根据规范推荐的粗集料范围，按最大理论密度曲线确定粗集料级配，级配结构多为悬浮密实型，这种级配结构的混凝土在荷载作用下，容易在水泥石与集料粘结处产生破坏，而这种破坏是不可避免的，只能减少。要减少粘结处的破坏最直接的办法是提高水泥石与集料的粘结力，而粘结力的大小与水泥标号、水泥用量、集料性质、水灰比等相关，提高水泥标号、增加水泥用量会增加工程

25、成本，集料性质是相对不变的，改变水灰比会影响工作性等，所以要从间接方法减少水泥石与集料粘结处的破坏10。根据Kaplan用断裂力学分析混凝土破坏原因可知，级配结构对混凝土强度有重要影响，良好的级配结构能够阻断裂缝的开展，提高混凝土的强度。要减少或阻断裂缝发展的级配结构，只有让粗集料之间紧密排列、相互嵌锁，形成不规则网络形式，增大集料之间咬合力，消减应力在水泥石与集料粘结处的作用。由此得知，开展粗集料级配结构研究，将是充分发挥粗集料自身的强度，提高混凝土强度重要的途径之一，也是节约水泥用量和降低工程成本的一个重要方面。1.4 主要研究内容与技术路线 1.4.1 主要研究内容本文从水泥混凝土的强度

26、构成原理出发，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11。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。具体研究内容包括： （1）粗集料紧密堆积级配组成研究； （2）紧密堆积型混凝土工作性研究； （3）紧密堆积型混凝土强度特性研究； （4）紧密堆积

27、型水泥混凝土配合比设计方法研究； 1.4.2 技术路线混凝土可看成由固液两相组成的四层体系。可见,混凝土需要的组成材料颗粒从小到大依次为：胶凝材料、砂、石。水胶凝材料胶凝浆体砂砂浆石子混凝土 本课题实验分八大块，具体实验流程图如图1.2 1.集料的紧密密度试验 粉煤灰掺入砂的紧密密度实验； 520mm石子掺入2031.5mm石子的紧密密度实验； 粉煤灰与砂的最佳掺配混合物掺入粗集料的最佳掺配混合物的紧密密度实验； 2.采用紧密堆积型混凝土配合比设计方法设计混凝土配合比；3.配制紧密堆积型混凝土实验； 4.紧密堆积型混凝土工作性和强度实验； 5.采用普通混凝土配合比设计方法设计混凝土配合比； 6

28、.配制普通混凝土实验； 7.普通混凝土工作性能和强度实验； 8.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；低水泥用量的混凝土配合比混凝土配合比设计实验 紧密堆积混凝土配合比计算 粉煤灰与砂的最佳掺配混合物掺入石子的最佳掺配混合物的紧密密度实验 粉煤灰掺入砂的紧密密度实验 选择掺量较好的一组5 20mm石子掺入20 31.5mm石子的紧密密度实验选择掺量较好的一组图1.2本实验的具体流程第二章 普通混凝土、紧密堆积混凝土2.1普通混凝土配合比设计 2.1.1普通水泥混凝土(ordinary cement concrete)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

29、为原材料，按专门设计的配合比，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(AimiXture)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。 2.1.2普通水泥混凝土的组成设计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+1.645式中 :

30、 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2.1的规定选用。表2.1

31、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2.2数值;表2.2混凝土强度回归系数 系数品种碎石卵石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(MP)ac

32、e =Y。. ce.k其中: ce.k水泥强度等级值(MP)a;Y。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1.00一1.13。 2)按耐久性校核水灰比，如下表2.3 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（/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

33、（或）水中且经受冻害的部件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。(3) 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。如下表2.4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）102031.540162031.5

34、40坍落度（mm）1030355055707590190200210215170180190195160170180185150160170175200210220230185195205215175185195205165175185195维 勃稠度（s）16201115510175180185160165170145150155180185190170175180155160165(4)计算单位水泥用量(mc0)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

35、量，应不低于前表规定的最小水泥用量。(5)选定（）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2.5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。混凝土砂率选用表如下表2.5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）1020401620400.400.500.600.7026323035333836412531293432373540243

36、0283331363439303533383641394429343237354038432732303533383641(6)计算粗、细集料单位用量(mG0、ms。) 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。如下式：（2-1） （2-1） 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) ms0每立方米混凝土的细骨料用量(kg) mw0每立方米混凝土的用水量(kg) 砂率(%) mcp一每立方米混凝土拌合物的假定重

37、量(kg)其值可取23502450kg。 2)体积法体积法又称绝对体积法(Absolute volume method)。该法是假定混凝土拌和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。如下式：（2-2） （2-2）式中:c水泥密度(g/cm3)，可取2.9003.100(g/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。2、 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

38、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。然后提出供混凝土强度校核用的“基准配合比”12，即mca:mwa:msa:mGa3、 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

39、到“试验室配合比设定值”。2.2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”13。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

40、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1一Vp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 14，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。 根据以上原理，紧密堆积混凝土中

41、各材料用量的计算方法如下：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 。 （2-3） 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(kgm)及粉煤灰比重(kgm)；、 分别代表混合骨料在最大堆积密度状态下石子的重量(kgm)及石子比重(kgm )； 、分别代表混合骨料在最大堆积密度状态下砂子的重量(kgm)及砂子比重(kgm)。 2)由致密系数、的定义知 （2-4） （2-5） 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115之间。则水泥浆体

42、VP可用下式计算 (2-6) 则混凝土中骨料的体积为 (2-7)将式(2-2)和式(2-3)带人式(2-5)中可求出各骨料的用量 (2-8) (2-9) (2-10)2) 水泥、矿渣和用水量的计算 (2-11) (2-12) 式中，、分别代表水和水泥的比重(kgm3)。第三章 试验研究3.1试验设计思想 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 15。 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

43、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试验方法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 16。目前，水泥混凝土室内试验成型试件时主要采用下振式17。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