新型高性能混凝土數(shù)字量化實用技術培訓課件

高性能混凝土

數(shù)字量化實用技術朱效榮

教授1高性能混凝土

數(shù)字量化實用技術朱效榮教授1數(shù)字量化計算的內容1.水泥應用技術指標的數(shù)字量化計算2.粉煤灰應用技術指標的數(shù)字量化計算3.礦渣粉應用技術指標的數(shù)字量化計算4.硅粉應用技術指標的數(shù)字量化計算5.混凝土實用配合比設計數(shù)字量化計算6泵送劑應用技術指標的數(shù)字量化計算7.砂石調整技術指標的數(shù)字量化計算2數(shù)字量化計算的內容1.水泥應用技術指標的數(shù)字量化計算2多組分混凝土理論σ——標準稠度水泥漿體的強度（MPa）；u——膠凝材料填充強度貢獻率；m——單方混凝土中硬化密實漿體的體積。3多組分混凝土理論σ——標準稠度水泥漿體的強度（MPa）；3預濕骨料技術理論

砂石最佳用量的計算原理和方法

混凝土用水量的準確區(qū)分計算

預濕骨料技術的生產工藝及設備4預濕骨料技術理論4水泥必須檢測的技術指標

1.抗壓強度

2.密度

3.比表面積

4.需水量

5.水泥中SO3的含量

5水泥必須檢測的技術指標

1.抗壓強度技術思路

為了解決配制混凝土時水泥用量與混凝土強度之間對應關系，特別是使用同一強度等級的水泥配制某強度等級的混凝土時水泥用量差別很大，水泥與外加劑的適應性不好的難題，實現(xiàn)提高混凝土企業(yè)產品質量、控制成本的目的。建立配制單位強度（為混凝土貢獻1MPa強度對應的水泥的質量）混凝土所用水泥量的計算公式。6技術思路為了解決配制混凝土時水泥用量與混凝土強度之間對應

標準稠度水泥漿強度的計算方法

砼商網水泥水化形成的純漿體的強度與標準水泥膠砂的強度不同。水泥水化形成的純水泥漿體的強度用標準水泥膠砂的強度除以標準膠砂中水泥的體積比例求得。

7標準稠度水泥漿強度的計算方法

砼商網水泥水化形成的水灰比與強度的關系水泥的強度與水灰比的關系滿足這樣的規(guī)律，從0開始，隨著水灰比的增加，水泥的強度增加，當水灰比達到標準稠度用水量對應的水灰比時強度最高，超過這一水灰比時，隨著水灰比的增加，水泥的強度降低。8水灰比與強度的關系水泥的強度與水灰比的關系滿足這樣的

若水灰比過小，水泥水化反應所需水量不足，會延緩反應進行；由于沒有足夠孔隙來容納水化產物而阻礙未水化部分進一步水化，也會降低水化速度，強度降低，因此水灰比也不宜太小。在使用水泥前先檢測水泥標準稠度用水量對應的水灰比，此水灰比既是水泥膠砂檢測的合理水灰比。9若水灰比過小，水泥水化反應所需水量不足，會延緩反應進

當水灰比在標準稠度對應的水灰比范圍上下變化時，適當增大水灰比，可以增大水化反應的接觸面積，使水化速度加快，早期強度提高，但水灰比過大，會使水泥石結構中孔隙太多，此時水灰比越大水泥強度越低，故水灰比不宜太大。根據(jù)以上原理和思路我們建立水泥化學反應形成的槳體強度的數(shù)字量化計算公式。10當水灰比在標準稠度對應的水灰比范圍上下變化時，適當增水泥在標準膠砂中體積比的計算標準膠砂中體積比的計算公式：11水泥在標準膠砂中體積比的計算標準膠砂中體積比的計算公式：11符號的意義:VC0--------標準膠砂中水泥的體積比C0---------標準膠砂中水泥的用量（450g）ρC0-------水泥的密度（2300—3100kg/m3）S0---------標準膠砂中砂的用量（1350g）ρS0-------砂的密度（2700kg/m3）W---------標準膠砂中水的用量（225g）ρW0-------水的密度（1000kg/m3）12符號的意義:12名稱P·II水泥普通水泥礦渣水泥粉煤灰水泥火山灰水泥復合水泥密度305030002950230026502450體積比0.1690.1710.1740.2130.1900.202表1水泥的密度與水泥的體積比對照13名稱P·II水泥普通水泥礦渣水泥粉煤灰水泥火山灰水泥復合水泥水泥水化形成的強度計算標準稠度水泥漿硬化形成的漿體強度計算公式：14水泥水化形成的強度計算標準稠度水泥漿硬化形成的漿體強符號的意義:σ0----標準稠度水泥漿的強度R28----標準膠砂的強度VC0----標準膠砂中水泥的體積比15符號的意義:15名稱P·II水泥普通水泥礦渣水泥粉煤灰水泥火山灰水泥復合水泥R28605548353840VC00.1690.1710.1740.2130.1900.202σ0297322276164200198表2水泥標準膠砂的強度、水泥的體積比與純漿體的強度對照16名稱P·II水泥普通水泥礦渣水泥粉煤灰水泥火山灰水泥復合水泥標準稠度水泥漿表觀密度計算公式標準稠度水泥漿硬化形成的漿體的表觀密度計算公式：17標準稠度水泥漿表觀密度計算公式標準稠度水泥漿硬化形成的漿體的符號的意義:ρ0---------標準稠度水泥漿的密度W0----------水泥的標準稠度用水量ρC0--------水泥的密度18符號的意義:18名稱P·II水泥普通水泥礦渣水泥粉煤灰水泥火山灰水泥復合水泥W0252729333231ρC0305030002950230026502450ρ0212421052051173918931824

表3水泥的標準稠度用水量、水泥的密度與水泥漿的密度對照19名稱P·II水泥普通水泥礦渣水泥粉煤灰水泥火山灰水泥復合水泥貢獻1MPa強度所需水泥用量計算

由于標準稠度的硬化水泥漿折算為1m3時對應的強度值正好是水泥水化形成漿體的強度值，1m3漿體對應的質量數(shù)值正好和ρ0的數(shù)值相等，因此水泥漿中水泥對強度的貢獻可以用標準稠度水泥漿的密度數(shù)值除以標準稠度水泥漿的強度計算求得，其單位為kg/MPa，定義為質量強度比。具體計算公式如下：20貢獻1MPa強度所需水泥用量計算由于標準稠度的硬化水泥貢獻1MPa強度所需水泥漿用量計算公式：21貢獻1MPa強度所需水泥漿用量計算公式：21符號的意義:C------提供1MPa強度所需水泥漿的用量ρ0------標準稠度水泥漿的密度σ0------標準稠度水泥漿體的強度22符號的意義:22名稱P·II水泥普通水泥礦渣水泥粉煤灰水泥火山灰水泥復合水泥強度等級52.552.542.532.532.532.5R28605548353840σ0297322276164200198ρ0212421052051173918931824C(kg/MPa)7.26.57.410.69.59.2C20（25MPa）180163185265238230C30（35MPa）252228259371333322C40（46MPa）331299340488437423C50(58MPa）418377429615551534表4膠砂強度、純漿體強度、純漿體密度、1MPa強度水泥用量對照表4解釋了同樣強度等級的水泥配制混凝土時水泥用量差別很大的原因。23名稱P·II水泥普通水泥礦渣水泥粉煤灰水泥火山灰水泥復合水泥粉煤灰必須檢測的技術指標

1.對比強度

2.密度

3.比表面積

4.需水量比

5.粉煤灰中SO3的含量

24粉煤灰必須檢測的技術指標

1.對比強度

摻合料活性的計算

摻合料在混凝土中的作用主要考慮反應活性和填充效應。反應活性用活性系數(shù)表示，活性系數(shù)指同樣質量的摻合料產生的強度與對比試驗水泥強度的比值。填充效應用填充系數(shù)表示，填充系數(shù)指礦物摻合料的比表面積與表觀密度的乘積除以對比試驗水泥的比表面積與表觀密度的乘積的二次方根。25摻合料活性的計算摻合料在混凝土中的作用主要考慮反應活

粉煤灰的填充效應

粉煤灰的填充效應是指粉煤灰的微細顆粒均勻分布于水泥漿體的基相之中，就像微細的集料。微集料的存在有利于增加混凝土的強度。粉煤灰的表觀密度與比表面積的乘積除以對比試驗用水泥的表觀密度與比表面積的乘積所得的商開二次方所得數(shù)值即是粉煤灰的填充系數(shù)。26粉煤灰的填充效應粉煤灰的填充效應是指粉煤灰的微細顆

粉煤灰填充系數(shù)的計算作為基準水泥的填充系數(shù):27

粉煤灰填充系數(shù)的計算作為基準水泥的填充系數(shù):27u1------水泥的填充系數(shù)(基準數(shù)據(jù))ρC------水泥的密度SC------水泥的比表面積符號的意義:28u1------水泥的填充系數(shù)(基準數(shù)據(jù))符號的意義:28

粉煤灰的填充系數(shù):2929u2-----------粉煤灰的填充系數(shù)ρF-----------粉煤灰的密度SF-----------粉煤灰的比表面積

其物理意義為1千克的粉煤灰填充效應產生的強度相當于u2千克的水泥產生的強度。符號的意義:30u2-----------粉煤灰的填充系數(shù)符號的意義:30

活性指數(shù)測定試驗

測定試驗膠砂和對比膠砂的抗壓強度，以二者抗壓強度之比確定粉煤灰試樣的活性指數(shù)。試驗膠砂和對比膠砂材料用量見表5表5試驗膠砂和對比膠砂材料用量膠砂種類水泥（g）粉煤灰（g）標準砂（g）水（ml）28d強度（MPa）對比膠砂450——1350225R0=50試驗膠砂3151351350225R1=4531活性指數(shù)測定試驗活性指數(shù)的國家標準計算方法：

結果計算H28----活性指數(shù)（%）；R1------試驗膠砂28d抗壓強度（MPa）；R0------對比膠砂28d抗壓強度（MPa）。

符號的意義:32結果計算H28--

活性系數(shù)的準確計算方法

根據(jù)對比膠砂可知，450克水泥提供強度50MPa，則315克水泥提供的強度為0.7R0=35MPa，135克水泥提供的強度為0.3R0=15MPa；那么，摻粉煤灰的試驗膠砂提供的強度包括315克水泥提供的強度（即0.7R0=35MPa）與135克粉煤灰提供的強度（即R1-0.7R0=10MPa）。所以，粉煤灰的活性系數(shù)由下式求得：33活性系數(shù)的準確計算方法根據(jù)對比膠砂可知，450克水式中：αF---------粉煤灰的活性系數(shù)；R1--------試驗膠砂28d抗壓強度（MPa）；

R0--------對比膠砂28d抗壓強度（MPa）。34式中：34

粉煤灰的取代系數(shù)用δc表示，其數(shù)值為活性系數(shù)的倒數(shù)，則代入以上數(shù)據(jù)可得本例中粉煤灰的活性系數(shù)αF=0.67，粉煤灰的取代系數(shù)δc=1.5。在混凝土配合比設計過程中可以用1千克粉煤灰取代0.67千克與對比試驗相同的水泥，或者用1.5千克粉煤灰取代1千克與對比試驗相同的水泥。這種設計思路在水泥和粉煤灰用量的計算方面實現(xiàn)了適量取代，比傳統(tǒng)觀念中粉煤灰等量取代和超量取代的觀念更加科學，準確合理地使用了粉煤灰。35粉煤灰的取代系數(shù)用δc表示，其數(shù)值為活性系數(shù)取代系數(shù)的準確計算方法:δc=0.3R0/（R1-0.7R0）活性等級S75S75S95S95S105S105活性指數(shù)759096103106113活性系數(shù)0.170.670.871.11.21.43取代系數(shù)6.01.51.150.910.830.70表6粉煤灰活性等級、活性指數(shù)、活性系數(shù)與水泥取代系數(shù)的對照表6解釋了同一強度等級的粉煤灰在取代水泥時用量差別很大的原因。36取代系數(shù)的準確計算方法:δc=0.3R0/（R1-0.7礦渣粉必須檢測的技術指標

1.對比強度

2.密度

3.比表面積

4.需水量比

37礦渣粉必須檢測的技術指標

1.對比強度

粒徑大于45μm的礦渣顆粒很難參與水化反應，因此要求用于高性能混凝土的礦渣粉磨至比表面積超過400m2/kg，以較充分地發(fā)揮其活性，減小泌水性。比表面積為600m2/kg～1000m2/kg的礦渣粉用于配制高強混凝土時的最佳摻量為30%～50%。38粒徑大于45μm的礦渣顆粒很難參與水化反應，礦渣粉的填充系數(shù)可以用下式求得：u3--------礦渣粉的填充系數(shù)ρK--------礦渣粉的密度SK--------礦渣粉的比表面積39礦渣粉的填充系數(shù)可以用下式求得：39

計算求得的填充系數(shù)，其物理意義為1千克的礦渣粉填充效應產生的強度相當于u3千克的水泥填充效應產生的強度。粉磨礦渣要消耗能源，成本較高；礦渣粉磨得越細，摻量越大，則配制的高性能混凝土拌合物越黏稠。用于高性能混凝土的礦渣粉的細度一般要求比表面積達到400m2/kg以上。40計算求得的填充系數(shù)，其物理意義為1千克的礦渣粉填充效膠砂種類水泥（g）礦渣粉（g）標準砂（g）水（ml）28d強度對比膠砂450——1350225R0=50試驗膠砂2252251350225R2=45表7測定礦渣粉活性指數(shù)試驗中試驗膠砂和對比膠砂材料用量

活性指數(shù)的量化計算

礦渣粉活性指數(shù)測定試驗

測定試驗膠砂和對比膠砂的抗壓強度，以二者抗壓強度之比確定礦渣粉試樣的活性指數(shù)。試驗膠砂和對比膠砂材料用量見表7。41膠砂種類水泥（g）礦渣粉（g）標準砂（g）水（ml）28d強

活性指數(shù)的國家標準計算方法：

礦渣粉活性指數(shù)按下式計算：式中：

A---------28d活性指數(shù)，%；R0--------對比砂漿28d抗壓強度，MPa；R2--------試驗砂漿28d抗壓強度，MPa。

結果計算42活性指數(shù)的國家標準計算方法：結果計算42活性系數(shù)的準確計算方法式中：

αK--------礦渣粉的活性系數(shù)；R0-------對比砂漿28d抗壓強度，MPa；R2-------試驗砂漿28d抗壓強度，MPa。

根據(jù)對比膠砂可知，450克水泥提供強度50MPa，則225克水泥提供的強度為0.5R0=25MPa；那么，試驗膠砂提供的強度包括225克水泥提供的強度（即0.5R0=25MPa）與225克礦渣粉提供的強度（即R2-0.50R0=20MPa）。所以，礦渣粉的活性系數(shù)由下式求得：43活性系數(shù)的準確計算方法式中：根據(jù)對比膠砂可

礦渣粉的取代系數(shù)用δk表示，其數(shù)值為活性系數(shù)的倒數(shù)，則代入數(shù)據(jù)可得本例中礦渣粉的活性系數(shù)αK=0.8，礦渣粉的取代系數(shù)δc=1.25。在混凝土配合比設計過程中可以用1千克礦渣粉可以取代0.8千克與對比試驗相同的水泥，或者用1.25千克礦渣粉取代1千克與對比試驗相同的水泥。這種設計思路在水泥和礦渣粉用量的計算方面實現(xiàn)了適量取代，比傳統(tǒng)觀念中礦渣粉等量取代和超量取代水泥的觀念更加科學，準確合理地使用了礦渣粉。44礦渣粉的取代系數(shù)用δk表示，其數(shù)值為活性系數(shù)的倒數(shù)，

取代系數(shù)的準確計算方法

δc=0.5R0/(R2-0.50R0)表8礦渣粉活性等級、活性指數(shù)、活性系數(shù)與水泥取代系數(shù)的對照活性等級S75S75S95S95S105S105活性指數(shù)759096103106113活性系數(shù)0.50.80.921.061.121.26取代系數(shù)2.01．251.090.940.890.79表8解釋了同一等級的礦渣粉在取代水泥時用量差別很大的原因。45取代系數(shù)的準確計算方法δc=0.硅粉必須檢測的技術指標

1.活性指數(shù)

2.密度

3.比表面積

4.需水量比

46硅粉必須檢測的技術指標

1.活性指硅粉填充系數(shù)的量化計算

作為超細礦物摻合料，硅粉的平均粒徑度為0.1μm，僅為水泥平均粒徑的幾百分之一，主要用來配制高強高性能混凝土，摻入水泥混凝土后能很好地填充于水泥顆粒空隙之中，使?jié){體更致密。47硅粉填充系數(shù)的量化計算作為超細礦物摻合料，硅灰的填充系數(shù)可以用下式求得：u4--------------硅灰的填充系數(shù)ρSi--------------硅粉的密度SSi--------------硅粉的比表面積48硅灰的填充系數(shù)可以用下式求得：u4-------------

在混凝土配合比設計過程中可以用1千克硅灰取代u4千克對比試驗的水泥，充分利用了硅灰的填充功能，實現(xiàn)硅粉的準確合理利用。表9硅灰填充系數(shù)與取代系數(shù)的對照比表面積100001200015000180002000022000填充系數(shù)4.85.25.86.46.77.1取代系數(shù)0.210.190.170.160.150.14表9解釋了不同比表面積的硅灰在取代水泥用量差別很大的原因49在混凝土配合比設計過程中可以用1千克硅灰取代u膠砂種類水泥（g）硅粉（g）標準砂（g）水（ml）28d強度對比膠砂450——1350225R0=50試驗膠砂405451350225R4=75表10測定硅粉活性指數(shù)試驗中試驗膠砂和對比膠砂材料用量

硅粉活性指數(shù)的量化計算

測定試驗膠砂和對比膠砂的抗壓強度，以二者抗壓強度之比確定硅粉試樣的活性指數(shù)。試驗膠砂和對比膠砂材料用量見表10。50膠砂種類水泥（g）硅粉（g）標準砂（g）水（ml）28d強度

硅灰活性指數(shù)的國家標準計算方法：

硅粉28d活性指數(shù)按下式計算：式中：

A28------28d活性指數(shù)，%；R0-------對比砂漿28d抗壓強度，MPa；R4-------試驗砂漿28d抗壓強度，MPa。51硅灰活性指數(shù)的國家標準計算方法：式中：51

硅灰活性系數(shù)的準確計算方法式中：

αSi-------硅灰的活性系數(shù)；R0------對比砂漿28d抗壓強度，MPa；R4------試驗砂漿28d抗壓強度，MPa。

根據(jù)對比膠砂可知，450克水泥提供強度50MPa，則405克水泥提供的強度為0.9R0=45MPa；那么，試驗膠砂提供的強度包括405克水泥提供的強度（即0.9R0=45MPa）與45克硅粉提供的強度（即R4-0.9R0=30MPa）；則硅粉的活性系數(shù)由下式求得：52硅灰活性系數(shù)的準確計算方法式中：根據(jù)硅灰取代系數(shù)的準確計算方法u4=δSi

硅灰的取代系數(shù)用δSi表示，其數(shù)值為活性系數(shù)的倒數(shù)，則代入數(shù)據(jù)可得硅灰的活性系數(shù)αSi=6，硅灰的取代系數(shù)δSi=0.17。在混凝土配合比設計過程中可以用1千克硅灰取代6千克與對比試驗相同的水泥，或者用0.17千克硅灰取代1千克與對比試驗相同的水泥。這種設計思路在水泥和硅粉用量的計算方面實現(xiàn)了適量取代，準確合理地使用了硅粉。53硅灰取代系數(shù)的準確計算方法u4=δSi硅灰的減水劑必須檢測的技術指標

1.臨界摻量臨界減水率

2.飽和摻量飽和減水率

3.等效緩凝系數(shù)

4.凝結時間差

5.水泥的需水量水泥中SO3的含量

54減水劑必須檢測的技術指標

1.臨界摻量

混凝土泵送劑配方設計計算技術基礎

用于商品混凝土的復合泵送劑應能有效控制混凝土拌合物的坍落度損失、減少泌水和離析、改善拌合物工作性，滿足遠距離運輸、泵送，澆筑(現(xiàn)澆或水下澆筑)、振搗(振搗或自密實)等施工工藝的要求。復合泵送劑由高效減水劑、緩凝劑、引氣劑和輔助劑組成?？梢愿鶕?jù)混凝土原材料組成、配合比、工作性要求和環(huán)境溫度等參數(shù)實現(xiàn)復合泵送劑的組成和配方設計。55混凝土泵送劑配方設計計算技術基礎用于

泵送劑復配方法及計算公式一元復配的方法及計算公式

一元復配的主體是利用一種高效減水劑和緩凝劑復配泵送劑，必要時適量摻加引氣劑，主要考慮減水劑的臨界摻量c10和飽和摻量c11以及推薦摻量c，減水劑的臨界摻量減水率n10和飽和摻量減水率n11以及推薦摻量下的減水率n，檢測外加劑的水泥的標準稠度用水量W、C3A和SO3。則每噸泵送劑中各種原材料的用量為（單位均為kg）：56泵送劑復配方法及計算公式一元復配的方法及計算公式減水劑的用量緩凝劑的用量引氣劑的用量溶劑水的用量是否缺硫57減水劑的用量緩凝劑的用量引氣劑的用量溶劑水的用量是否缺硫二元復配的方法及計算公式

二元復配是利用一種高效減水劑、一種普通減水劑和緩凝劑復配泵送劑，主要考慮高效減水劑和普通減水劑的飽和摻量c21、.c22以及推薦摻量c，檢測外加劑的水泥的標準稠度用水量W0、C3A和SO3。則每噸泵送劑中各種原材料的用量為（單位均為kg）：高效減水劑的用量58二元復配的方法及計算公式二元復配是利用一種高普通減水劑的用量緩凝劑的用量引氣劑的用量溶劑水的用量是否缺硫59普通減水劑的用量緩凝劑的用量引氣劑的用量溶劑水的用量是否缺硫

三元復配的方法及計算公式

三元復配是利用兩種高效減水劑和一種普通減水劑復配泵送劑，主要考慮兩種高效減水劑和普通減水劑的飽和摻量c31

、c32

、c33以及推薦摻量c，檢測外加劑的水泥的標準稠度用水量W0、C3A和SO3。則每噸泵送劑中各種原材料的用量為（單位均為kg）：高效減水劑1的用量高效減水劑2的用量60三元復配的方法及計算公式三元復配是利用兩種普通減水劑的用量緩凝劑的用量引氣劑的用量容劑水的用量

是否缺硫：61普通減水劑的用量緩凝劑的用量引氣劑的用量容劑水的用量

是否泵送劑對水泥的適應性

高效減水劑對水泥的適應性是通過坍落度損失程度判斷的。高效減水劑在低水膠比的混凝土中一個突出的問題是不同程度上存在坍落度損失快：而在另一些情況下，水泥和水接觸后，在開始60min～90min內，大坍落度仍能保持，沒有離析和泌水現(xiàn)象。前者，外加劑和水泥是不適應的，后者是適應的。適應性取決于水泥礦物組成(主要是C3A、C3S)、可溶SO3和堿含量。(1)適應性好(充分兼容)：高可溶SO3和高堿量水泥；(2)適應性稍差(兼容稍差)：中等可溶性硫酸鹽和堿含量的水泥；(3)不適應(不兼容)：可溶性硫酸鹽少和低堿水泥。最佳可溶性堿量為0.4%～0.6％。

解決泵送劑對水泥適應性問題必須針對不同的膠凝材料采用相應的復合泵送劑組成體系，泵送劑配方設計的優(yōu)點就在如此。62泵送劑對水泥的適應性高效減水劑對水泥的適應砂子必須檢測的技術指標

1.緊密堆積密度

2.含石率

3.含水率

4.含泥率5.石粉含量

63砂子必須檢測的技術指標

1.緊密堆石子必須檢測的技術指標

1.堆積密度2.空隙率

3.吸水率

4.表觀密度

64石子必須檢測的技術指標

1.堆積砂子技術指標的量化計算

砂的主要技術指標

粒徑為0.16mm～4.75mm的集料稱為細集料，簡稱砂?；炷劣蒙胺譃樘烊簧昂腿斯て扑樯?。天然砂是建筑工程中的主要用砂，它是由巖石風化所形成的散粒材料，按來源不同分為河砂、山砂、海砂等。山砂表面粗糙、棱角多，含泥量和有機質含量較多。海砂長期受海水的沖刷，表面圓滑，較為清潔，但?；煊胸悮ず洼^多的鹽分。河砂的表面圓滑，較為清潔，且分布廣，是混凝土主要用砂。

人工破碎砂是由天然巖石破碎而成，其表面粗糙、棱角多，較為清潔，但砂中含有較多片狀顆粒和細砂。由于天然砂資源的枯竭，人工砂在我國已經大量使用。65砂子技術指標的量化計算砂的主要技術指標

緊密堆積密度

緊密堆積密度是混凝土配合比設計過程中需要采用的重要參數(shù)，對于質量均勻穩(wěn)定的混凝土，砂子均勻且緊密地填充于石子的空隙當中，因此單方混凝土中砂子的合理用量應該為石子的空隙率乘以砂子的緊密堆積密度求得。計算公式66緊密堆積密度緊密堆積密度是混凝土配合比設計含水率

由于水泥檢驗采用0.5的水膠比，扣除水泥標準稠度用水，潤濕標準砂所用的水介于5.7%～7.7%之間，這個范圍水的變化對水泥強度造成影響可以認為是在系統(tǒng)誤差值內，可以不用考慮。在混凝土配比設計過程中，以干砂為基準，我們控制砂子用水的合理值也在5.7%～7.7%這個范圍，所以在混凝土配制過程中砂子的用水量可以浮動2%。67含水率由于水泥檢驗采用0.5的水膠比，扣除

含石率

砂子中的含石率較高時，由于石子是粗集料，砂子的稱量過程沒有考慮這些石子的數(shù)量問題，因此使生產過程中實際的砂子用量小于配合比設計計算用量，使混凝土拌合物的實際砂率小于計算砂率，這就是相同配比的條件下，含石率提高導致混凝土實際砂率降低使混凝土拌合物初始流動性變差、坍落度經時損失變大。因此在生產過程中必須及時檢測砂子的含石率并及時調整計量秤。68含石率砂子中的含石率較高時，由于石子是粗含泥量

由于砂子的含泥量同時影響混凝土的工作性、強度、外加劑的適應性以及實際砂率，因此我們要求嚴格控制砂子的含泥量符合國家標準的指標。69含泥量由于砂子的含泥量同時影響混凝土的工作性石子技術指標的量化計算

石子的主要技術指標

粒徑大于4.75mm的集料稱為粗集料，簡稱為石子。粗集料分為碎石和卵石。

卵石分為河卵石、海卵石、山卵石等，其中河卵石分布廣，應用較多。卵石的表面光滑，有機雜質含量較多。

碎石為天然巖石或卵石破碎而成，其表面粗糙、棱角多，較為清潔。與卵石比較，用碎石配制混凝土時，需水量及水泥用量較大，或混凝土拌合物的流動性較小，但由于碎石與水泥石間的界面黏結力強，所以碎石混凝土的強度高于卵石混凝土。70石子技術指標的量化計算石子的主要技術指標粒堆積密度

由于混凝土的支撐體系最最主要的是石子，因此配合比設計過程中石子用量的計算以石子的堆積密度為基礎，而我們國家地域廣闊，石子資源的差異特別大，為了滿足混凝土和易性的要求，必須根據(jù)當?shù)氐馁Y源狀態(tài)及時對混凝土用石子的堆積密度進行檢測。71堆積密度由于混凝土的支撐體系最最主要的是石空隙率

由于粒形粒徑的不同，對于堆積密度相同的的石子，空隙率是不同的，在配制混凝土的過程中，為了滿足混凝土和易性的要求，合理計算砂子用量，必須根據(jù)現(xiàn)場狀態(tài)及時對測量石子的空隙率進行檢測。72空隙率由于粒形粒徑的不同，對于堆積密度相同

表觀密度

對于堆積密度相同的的石子，由于空隙率的不同，石子的表觀密度完全不同，因此單方混凝土石子用量也不相同，為了合理計算配合比，我們必須根據(jù)現(xiàn)場的材料狀態(tài)及時對石子的表觀密度進行檢測。73表觀密度對于堆積密度相同的的石子，由于

吸水率

對于堆積密度、空隙率和表觀密度完全相同的石子，由于吸水率不同，因此單方混凝土用水量也不相同，為了合理計算配合比，我們必須根據(jù)現(xiàn)場的材料狀態(tài)及時對石子的含水率進行檢測。74吸水率對于堆積密度、空隙率和表觀密度完多組分混凝土配合比設計理論的建立

隨著混凝土化學外加劑和超細礦物摻合料的的普遍使用，全國各地使用的混凝土配合比設計規(guī)范已經不能滿足高性能混凝土配制及施工的實際需要，特別是傳統(tǒng)觀念下配制混凝土時水泥強度要比混凝土強度高，粉煤灰及礦渣粉等礦物摻合料用量不能超過規(guī)定比例的規(guī)定，在混凝土生產過程中已經失去了指導意義。以水膠比（水膠比）決定強度的假設為基礎的混凝土配合比設計技術規(guī)程在許多方面已經不能滿足混凝土材料自身性能和特點的因素?；谝陨嫌^點，本人首先對混凝土的體積組成模型進行了分析，以POWERS膠空比理論、晶體強度計算理論和GRIFFITH脆性材料斷裂理論為基礎，結合水灰比公式建立了多組分混凝土理論數(shù)學模型及計算公式。

75多組分混凝土配合比設計理論的建立隨著混凝土化σ——水泥水化形成的標準稠度漿體的強度（MPa）；u——膠凝材料填充強度貢獻率；m——硬化密實漿體在混凝土中的體積百分比；

多組分混凝土理論數(shù)學模型及計算公式76σ——水泥水化形成的標準稠度漿體的強度（MPa）；多組分混凝

根據(jù)生產實踐提出了多組分混凝土體積組成石子填充模型，并對混凝土中標準稠度水泥漿體強度、硬化密實漿體在混凝土中的體積百分比、摻合料的活性系數(shù)和膠凝材料的填充因子系數(shù)等進行了定義和準確計算公式的推導。根據(jù)混凝土體積組成石子填充模型，我們進行了現(xiàn)代多組分混凝土強度的早期推定和配合比設計計算，推導出了多組分混凝土強度與水泥、摻合料、砂、石、外加劑及拌合用水定量計算的科學計算公式。77根據(jù)生產實踐提出了多組分混凝土體積組成石子填充模型，并

混凝土配比設計

由多組分混凝土強度理論數(shù)學模型f=σ×u×m可知，多組分混凝土硬化后單位體積內的石子、砂子均沒有參與膠凝材料的水化硬化，其體積沒有發(fā)生改變，分別為Vg、Vs，混凝土的強度由硬化水泥混合砂漿理論強度、膠凝材料的填充強度貢獻率和硬化密實漿體的體積百分比決定。以下介紹依據(jù)現(xiàn)代多組分混凝土理論進行混凝土配合比設計的具體步驟。

78混凝土配比設計

由多組分混凝土強度理論數(shù)學模型f

膠凝材料和外加劑的確定，以使用水泥配制混凝土為計算基礎，根據(jù)水泥強度、需水量和表觀密度求出1MPa強度水泥的用量，以此計算出滿足設計強度等級所需水泥的量,其次根據(jù)摻合料的活性系數(shù)和填充系數(shù)用等活性替換和等填充替換求得膠凝材料的合理分配比例，然后用膠凝材料求得標準用水量對應的水膠比，在這一水膠比條件下確定合理的外加劑用量以及膠凝材料所需的攪拌用水量。79膠凝材料和外加劑的確定，以使用水泥配制混凝土為計算基

集料的確定，首先測得石子的空隙率，根據(jù)砂子完全填充于石子的空隙中求得每立方混凝土砂子的準確用量，然后按照混凝土體積組成石子填充模型，用石子的堆積密度扣除膠凝材料，即可求得每立方混凝土石子的準確用量，通過試驗求得砂子和石子的吸水率即可求得潤濕砂石所需的水。在計算的過程中，除去含氣量，由于砂子的空隙率所占體積和膠凝材料水化所需水分在混凝土最后占據(jù)的體積基本相同，因此計算過程不考慮砂子的孔隙率和拌合水的體積。80集料的確定，首先測得石子的空隙率，根據(jù)砂子完配制強度的確定現(xiàn)代多組分混凝土的配制強度按現(xiàn)行規(guī)范fcu,p=fcu,o+1.645σ確定,不同強度等級混凝土σ值按表11確定。表11混凝土的σ（標準差）取值表強度等級C10～C25C30～C55C60～C100σ（MPa）45681配制強度的確定現(xiàn)代多組分混凝土的配制強度按現(xiàn)行規(guī)范fcu水泥標準稠度漿強度σc的計算

由于配制設計強度等級的混凝土選用的水泥是確定的，在基準混凝土配比計算時取水泥為唯一膠凝材料，則σ0的取值等于水泥標準砂漿的理論強度值σ082水泥標準稠度漿強度σc的計算由于配制設計強度等級的混計算如下：VC0——標準膠砂中水泥的體積比；C0——標準膠砂中水泥的用量（kg）；ρC0——水泥的密度（kg/m3）；S0——標準膠砂中砂的用量（kg）；ρS0——標準砂的密度（kg/m3）；W0——標準膠砂中水的用量（kg）；ρW0——水的密度（kg/m3）。83計算如下：VC0——標準膠砂中水泥的體積比；83

則標準膠砂中水泥水化形成的純漿體的強度計算公式如下：式中:σ0——標準膠砂中水泥水化形成的純漿體的強度（MPa）；R28——標準膠砂的28d強度（MPa）；VC0——標準膠砂中水泥的體積比。84則標準膠砂中水泥水化形成的純漿體的強度計算公式如下：

依據(jù)石子填充法設計思路，當混凝土中水泥漿體的體積達到100%時，混凝土的強度等于水泥漿體的理論強度值，即R=σ0，此時水泥漿體內含水泥的量可以通過下式求得：

標準稠度水泥漿的表觀密度值：ρ0-----------標準膠砂中純漿體的密度W

----------標準膠砂中水泥的標準稠度用水量ρC0----------標準膠砂中水泥的密度

水泥基準用量的確定85ρ0-----------標準膠砂中純漿體的密度水泥基準

每兆帕混凝土對應的水泥漿質量由下式求得：C----------提供1MPA強度所需水泥用量ρ0-----------標準膠砂中純漿體的密度σ0-----------標準膠砂中水泥水化形成的純漿體的強度86每兆帕混凝土對應的水泥漿質量由下式求得：C-------配制強度為fcu，p的混凝土基準水泥用量為C01：87配制強度為fcu，p的混凝土基準水泥用量為C01：87膠凝材料的分配

設計中采用摻合料反應活性和填充強度貢獻率折算后與水泥相等為基礎，因此摻合料可由下式求得：C01=B=α1C+α2F+α3K+α4SiC01

=u1C+u2F+u3K+u4Si300≤C+F+K+Si≤600C、F、K、Si分別為水泥、粉煤灰、礦粉、硅粉的量；

α1、α2、α3、α4分別為水泥、粉煤灰、礦粉、硅粉的活性系數(shù)；

88膠凝材料的分配設計中采用摻合料反應活性和填充強度貢獻u1、u2、u3、u4分別為水泥、粉煤灰、礦粉、硅粉的填充系數(shù)

綜合填充系數(shù)89u1、u2、u3、u4分別為水泥、粉煤灰、礦粉、硅粉的填充系C10～C30（大摻量粉煤灰）混凝土由于C10～C30混凝土配比計算C01小于300時，用于生產普通混凝土時基準水泥用量C0直接取C01計算值，但用于富漿的泵送混凝土時，為了增加漿體對骨料的包裹性，改善工作性，減少坍落度損失，我們利用活性較低的粉煤灰、爐渣粉等活性代替部分水泥，使膠凝材料用量增加，不考慮填充效應，解決了我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定預拌或者自密實等富漿的混凝土中的膠凝材料用量不少于300kg的問題，計算可以由以下公式：90C10～C30（大摻量粉煤灰）混凝土由于C10～C30混凝土C0=α1C+α2FC+F=300聯(lián)立方程可以準確求得：水泥用量，粉煤灰（爐渣粉）用量。91C0=α1C+α2F聯(lián)立方程可以準確求得：水泥用量，C35～C55摻復合料（礦粉和粉煤灰）混凝土

由于C35～C55混凝土配合比計算值C01為水泥，用于生產普通混凝土時水泥用量C0直接取計算值C01，在配制泵送混凝土時，為了降低混凝土的水化熱，摻加一定的礦物摻合料，可以有效地預防混凝土塑性裂縫的產生，本計算方法確定將水泥的量C控制在C01的70%以下。當生產預拌或者自密實等富漿的混凝土時，應優(yōu)先選用礦粉和粉煤灰代替部分水泥。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，我們可以先確定水泥用量，然后求其余的兩種，考慮反應活性和填充效應，實現(xiàn)技術效果的最佳，具體用量由以下公式求得：92C35～C55摻復合料（礦粉和粉煤灰）混凝土由于C35～C0=B=α1C+α2F+Α3kC0=u1C+u2F+u3K當水泥用量預先設定時，聯(lián)立方程可以準確求得：粉煤灰用量，礦渣粉（爐渣粉）用量。93C0=B=α1C+α2F+Α3k當水泥用量預C60～C100摻硅粉高強混凝土

由于C60～C100混凝土配比計算C01較大，用于生產普通混凝土或干硬性混凝土時水泥用量C0直接取計算值C01，當用于生產高性能混凝土時，為了改善混凝土的工作性，降低水泥的水化熱，預防混凝土塑性裂縫的產生，提高混凝土的耐久性，選用礦粉和硅粉并部分代替水泥。本計算方法確定將水泥的量控制在450kg以下。采用礦粉主要考慮活性系數(shù)，硅粉主要考慮填充效應，膠凝材料總量控制在600kg左右。當技術效果最佳時具體計算由以下公式求得：94C60～C100摻硅粉高強混凝土由于C60～C100混凝聯(lián)立方程可以準確求得：水泥用量，礦渣粉（爐渣粉）用量，硅灰用量。95聯(lián)立方程可以準確求得：水泥用量，礦渣粉（爐渣粉）用量，硅灰用減水劑及用水量的確定

膠凝材料需水量的確定（1）試驗法通過以上計算求得水泥、粉煤灰、礦粉和硅灰的準確用量后，按照已知的比例將各種膠凝材料混合成復合膠凝材料，可以采用測定水泥標準稠度用水量的方法求得膠凝材料的標準稠度用水量為W，對應的有效水膠比。求得攪拌膠凝材料所需水量W1為膠凝材料總量乘以有效水膠比。96減水劑及用水量的確定膠凝材料需水量的確定（1）試驗法通（2）計算法

通過以上計算求得水泥、粉煤灰、礦粉和硅粉的準確用量后，按照膠凝材料的需水量比通過加權求和計算得到攪拌膠凝材料所需水量W。97（2）計算法通過以上計算求得水泥、粉煤灰、礦粉和硅粉的同時求得攪拌膠凝材料的有效水膠比。98同時求得攪拌膠凝材料的有效水膠比。98外加劑用量的確定

采用以上有效水膠比，以推薦摻量進行外加劑的最佳摻量試驗，外加劑的調整以膠凝材料標準稠度用水量對應的水膠比為基準。要控制混凝土拌合物坍落度值為多大，則摻外加劑的復合膠凝材料在推薦摻量下凈漿流動擴展度達到多大。99外加劑用量的確定采用以上有效水膠比，以推薦摻量進行外砂子用量的確定

測出配合比設計所用的砂子的緊密堆積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準確用量為砂子的緊密堆積密度乘以石子的空隙率。100砂子用量的確定

測出配合比設計所用的砂子的緊密堆積

砂子潤濕用水量的確定

根據(jù)水泥標準膠砂檢測方法，水泥檢測用的水一部分用于水泥，使之達到標準稠度，另一部分用于潤濕標準砂，使砂子表面潤濕，這樣做出來的水泥膠砂強度為水泥標準強度。在混凝土配合比設計過程中，膠凝材料實際上是一種復合水泥，在標準稠度條件下，只要干砂潤濕使用的水與標準砂潤濕使用的水對應，水泥的強度和混凝土的強度就是對應的。我們可以通過標準砂的潤濕水量求得混凝土用干砂子用水量的合理取值圍，由于預拌混凝土生產企業(yè)使用的水泥主要有普通水泥、礦渣水泥和復合水泥，因此我們以這三種水泥為對比基準進行潤濕砂子合理用水量取值范圍的計算，見表12。101砂子潤濕用水量的確定根據(jù)水泥標準膠砂檢測方法表12砂子用水量計算依據(jù)水泥品種需水量水泥用水水/水泥標準砂用水潤濕水/標準砂（%）普通水泥27121.50.27103.57.7礦渣水泥301350.30906.7復合水泥33148.50.3376.55.7注：檢測時使用450g水泥，1350g標準砂，225g水102表12砂子用水量計算依據(jù)水泥品種需水量水泥用水水/水泥標準砂

由于混凝土生產企業(yè)使用的水泥主要有普通水泥、礦渣水泥和復合水泥，根據(jù)水泥檢驗數(shù)據(jù)的計算推導可知，潤濕砂子不影響混凝土強度的合理用水量范圍在5.7%～7.7%之間，我們以下限5.7%作為混凝土中干砂子用水量最小值計算的基準，砂子合理的最小潤濕水量等于5.7%乘以干砂子用量求得，以上限7.7%作為混凝土中干砂子用水量最大值計算的基準，砂子合理的最大潤濕水量等于7.7%乘以干砂子用量求得：

即W2min

=5.7%×SW2max

=7.7%×S103由于混凝土生產企業(yè)使用的水泥主要有普通水泥石子用量的確定

根據(jù)混凝土體積組成石子填充模型，計算過程不考慮含氣量和砂子的孔隙率。用石子的堆積密度值扣除膠凝材料的體積以及膠凝材料水化用水的體積對應的石子量，即可求得每立方混凝土石子的準確用量。按照這一思路，為了保證強度同時實現(xiàn)砂漿對石子的包裹，當混凝土配制使用的砂子和石子的技術參數(shù)確定后，每一方混凝土中石子的用量隨著混凝土強度等級的提高，由于膠凝材料體積增加，所以石子的量是減少的。即只要使用了同一批的砂石料，從C10~C10