混凝土配合比设计 全计算法

混凝土配合比设计全计算法一.现代混凝土概念或理念现代混凝土是由水泥、矿物细掺料、砂、石、空气、水和外加剂等组成的多相聚集体，并能满足“高工作性、高早强增强和高耐久性”的基本要求现代混凝土应包括高性能混凝土、高强混凝土、流态混凝土、泵送混凝土、自流平自密实混凝土、防渗抗裂混凝土、水下浇筑混凝土和商品混凝土等以强度为基础的传统混凝土配合比设计方法不能满足现代混凝土配合比设计的要求综合考虑工作性、强度和耐久性其配合比设计的基本原则是:⑴满足混凝土工作性的情况下，用水量要小；⑵满足强度的情况下，水泥用量少，多掺细掺料；⑶材料组成及其用量合理，满足耐久性及特殊性能要求；⑷掺多功能复合超塑化剂改善和提高混凝土的多种性能CSP,二.配合比全计算法设计的数学模型公式、和表明:91011⑴混凝土的用水量取决于强度和水胶比，混凝土强度越高，水胶比越小，则用水量越少；⑵矿物细掺料的品种密度不同和掺量影响混凝土的用水量；⑶浆体体积越小，用水量越少；引气量越大，混凝土用水量越少4四.混凝土配合比设计步骤酉己制强度

1.或fcu.p2fcu.o+1-645fcu.p=fcu.o+

10.水胶比2式中fcu.p------混凝土配制强度Mpa;水泥实测强度fee Mpa;fce=

1.13Xfce.ofce.o-----水泥强度等级（Mpa）;水胶比；W/B——、回归系数（见表）A B——3用水量

3.式中对于HPCVe=350l/m3对于FLCVe=305-335l/m3;非引气混凝土Va=15l/m3;引气混凝土（含气量）Va=30〜50l/m33%〜5%胶凝材料用量:

4.C+FA=W/W/B=QFA=a QC=Q1-a式中的掺量%a-FA水泥用量C—kg/m3矿物细掺料如粉煤灰用量FA—kg/m

3.砂率及集料用量5S=D—W-C—FXSPG=D-W-C-F—S式中一干砂浆体积，取决于石子最大粒径（见表）Ves1一混凝土容重D2360〜2440kg/m3式中、、、和一分别为水、水泥、细掺料、砂和石子的用量W CF SGkg/m

30.复合超塑化剂掺量6CSP式中口一浓度的掺量％40%CSP一坍落度的基准混凝土用水量，与石子最大粒径有关:Wo7〜9cm

192531.5mm215210205kg/m3一配制混凝土的用水量W kg/m3△n一坍落度从7〜9cm提到16〜24cm所需的减水率增量A q=

0.005XSIo-

0.04一配制混凝土的初始坍落度si16〜24cm配合比的调整和试配

7.五.配合比设计工程应用实例景花园楼工程混凝土配合比及试配试验1D配合比计算A.C60HPC银羊硅酸盐水泥、级珠电、中砂、碎石、坍

42.5Mpa IIFA1cm〜3cm落度现场搅拌、泵送18cm~20cm,配制强度1fcu.p=60+15=75Mpa水胶比

2.W/B=l/75/

28.5+

0.52=

0.32用水量

3.350-15/l+

0.335/

0.32=164kg/m3胶凝材料用量

4.C+FA=164/

0.32=513kg/m3FA=513X

0.20=103kg/m3C=531-103=410kg/m3砂率及集料用量

5.SP=420-350+164/650X100%=36%由于采用单一粒级的碎石砂率应增加到SP=40%SS=2440-513-164X

0.40=705kg/m3G=1763-705=1058kg/m3掺量:6,CSPB C40FLC配制强度:1fcu.p=40+15=55Mpa水胶比;

2.⑶.用水量:胶凝材料用量

4.C+FA=180/

0.41=439kg/m3FA=493X

0.23=101kg/m3C=493-101=338kg/m3外掺UEA=493X

0.10=44kg/m3Ve=180+338/

3.15+101/

2.5+44/

2.7+15=359L砂率及集料用量

5.掺UEA由于采用单一粒级的碎石砂率应增加到SP=40%S=2400-439-44-180X

0.40=695kg/m3G=1743-695=1042kg/m3普通FLC由于采用单一粒级的碎石砂率应增加到SP=41%S=2400-439-180X

0.41=730kg/m3G=1781-730=1051kg/m3掺量:6,CSP现将和试配结果列入表中A B

4.普硅水泥，级掺中砂碎石

23.25Mpa IIFA20%,Mx=

2.80,1〜配制各种强度的计算配合比列入表中3cm FLC5固定用水量法设计的配合比

3.FLC配合比设计步骤如下1fcu.pfcu.p=fcu.o+

1.645o水胶比2W/B=l/fcu.p/Afce+B用水量在范围选择3170〜185Kg/m3⑷胶凝材料用量C+FA=W/WB=QFA=a QC=Q1-a⑸Ve计算:Ve=Vw+Vc+Vf+Va=W/P w+C/P c+FA/P f+Va式中分别表示水,水泥和粉煤灰的密度和Pw,Pc,Pf,-

1.0,

3.

152.50砂率及集料用量6SP=Ves-Ve+W/1000-Ve X100%S=D-W-C-FAXSPG=D-W-C-FAXl-SP固定用水量法用于计算实例FLC采用普硅水泥宝山，中细砂碎石掺525Mx=

2.50,5〜3L5mm,CL-2缓凝减水剂配制和初始坍落度配合C20,C25C30FLC,15,18cmo20FLC比计算如下lfcu.p=20+

1.645X4=272W/CW/C=1/27/

23.05+

0.52=

0.59取

0.58混混凝土配合比设计是混凝土材料科学和工程应用中最基本的问题以强度为基础的传统配合比设计方法（即假定容重法和绝对体积法）已不能满足现代混凝土配合比设计的要求现代混凝土配合比“全计算法”设计是以“工作性、强度和耐久性”为基础建立的普适数学模型，并推导出混凝土用水量和砂率的计算公式进而将此二式与水胶（灰）比定则相结合就能实现混凝土配合比和组成的全计算，故称谓全计算法全计算法的创建和推广应用几近十年，受到广泛的关注，取得良好的技术经济效益全计算法不仅适用于所有现代混凝土的配合比设计和计算，而且能检验和验证其它配合比的正确性现代混凝土的数学模型

1.现代混凝土组成复杂，其中包括水泥、矿物细掺料、砂、石、空气、水和外加剂等个组分7最简单处理方法是用多项式表示:Fx=a+bxl+cx2+fx3+gx4+hx5+ix6+jx71用水量3W=185kg/m34C=185/

0.58=319kg/m3；Ve=186+319/

3.15+15=301⑸砂率及集料用量SP=420-301+185/1000-301X100%=43%由于砂子偏细应减小砂率SP=40%S=2400-185-319X

0.40=758G=1896-758=1138掺量6CL-2U=[205-185/205+

0.04]X

8.34%=

1.15%配合比计算步骤相同，现将混凝土试配结果列入表C25,C30FLC6o碎石5〜25mm此例证（表）预示了一个方向，采用复合超塑化剂配制低标号的高性-7能混凝土，这对商品混凝土是十分重要的由于胶凝材料用量少，既提高了混凝土的综合性能，又大大降低了成本六.结论混凝土配合比全计算法设计是建立在普适“体积相关模型”的基础

1.上，并且通过严格的数学推导得到用水量和砂率的计算公式将此二式与水胶比定则相结合实现了混凝土配合比和组成的全计算，解密了混凝土各组分之间的定量关系.实践表明全计算法设计适用于高性能混凝土、高强混凝土、流态混2凝土、泵送混凝土、自流平自密实混凝土、防渗抗裂混凝土、水下浇筑混凝土和商品混凝土等所有的现代混凝土并且、可用于其它方法设计的配合比的检验和验证与传统混凝土配合比设计方法相比，全计算法设计更简便、快捷、精3确、实用和科学传统混凝土体积加合模型图A.2混凝土由水泥、砂、石、空气和水组成，在单位体积中⑴石子的空隙由砂子填充；⑵砂子的空隙由水泥浆填充；⑶水灰比决定混凝土的强度由此表明Ve+Vs+Vg=1000式中Ve=Vw+Vc+Va、、、、和分别为水泥浆、水、水泥、空气、砂和石Ve VwVc VaVs Vg子的体积l/m3这种体积加合模型与水灰比定则组成联立方程不能求解必须参照有关规范中的统计数据才能计算混凝土配合比其坍落度是通过用水量调整的以强度为基础的传统混凝土配合比设计方法已不适用于现代混凝土的要求现代混凝土体积相关模型图B.3混凝土由水泥、矿物细掺料、砂、石、空气、水和外加剂等组分构成，在单位积体中，石子间的空隙由干砂浆填充；1干砂浆中的空隙由水填充；2⑶水胶比决定混凝土强度根据此模型Vw+Ves+Vg=1000⑶其中、干砂浆由水泥、矿物细掺料、空气和砂子组成，即Ves=Vc+Vf+Va+Vs4在一定体系中，干砂浆体积是常数大小取决于石子的最大粒径，Ves石子粒径越大、比表面积越小，因此Ves越小Ves---------------------干砂浆体积1/m

3.干砂浆体积的确定2Ves干砂浆体积由两部分组成，即石子空隙率和拔开系数Ves=l+hpX10004-2式中一石子空隙率，取决于石子堆积方式、颗粒形状和级配P一拨开系数，取决于石子的比表面积和包裹层厚度h粒子呈六方最密堆积时，空隙率为

0.3954当采用最大粒径的碎石配制时，、19mm60MpaHPC Ve=350Vs+Vg=

650、VsVg=23,W=160kg/m3其干砂浆体积为oVes=1000-Vw-Vg=1000-160-390=4501/m3由于取决于石子的比表面p=

0.3954,h=

0.45-

0.3954/

0.3854=

0.138h积，随着石子最大粒径增加比表面积减小，因此减小减小表Ves h中列举了Yes与石子最大粒径的关系1将表中代入式得至1h=

0.138X l/a=

0.138X361/62=50/624-2Ves=l+50/62p X1000l/m34—3此式表明，干砂浆体积与石子最大粒径的平方成反比石子空隙率——石子最密堆积时的空隙率

0.3954;.浆体体积和集料体积3另外、浆体体积由水、水泥、矿物细掺料和空气体积组成，即:Ve=Vw+Vc+Vf+Va5对于不同类型的混凝土取值:VeHPC、HSCVe=350l/m3;或其它混凝土FLC Ve=305-335l/m3o集料体积Vs+Vg=1000-Ve6将此模型能得到关系式⑶⑹与水胶比定则组成联立方程，可求解混凝〜土各组分的用量，实现配合比全计算三.砂率和用水量计算公式砂率计算公式根据混凝土的普适体积相关模型图和有关参数可以得到砂率计算公-2式这是砂率计算的通式当时即上式简化为:P s-P gP s=

2.65,P g=

2.70,砂率计算公式的物理意义此式⑺表明，混凝土的砂率⑴随着用水量增加而增大；⑵随着石子最大粒径的增大或减小而减小；Ves⑶随着浆体体积增加而减小Ve砂率计算公式适用于中砂和连续级配的碎石，其它情Mx=

2.60〜

2.80况可按有关规范适当调整砂率采用粗砂或特细砂时SP=[Ves-Ve+W/1000-Ve+

0.075X Mx—

2.80]X100%用水量计算公式

1.根据水胶比定则:将式⑻与式⑸解联立方程，可求出用水量与配制强度的关系:此式⑼为计算各种不同掺量细掺料混凝土用水量的通式式中、P c=

3.15分别为水泥、矿物细掺料如的密度Pf=

2.51FA当当、即不掺细掺料时x=0式中水胶比W/B—当x=25%、即水泥与细掺料的体积比为7525时式中系数］的大小与细掺料的体积掺量有关计算表明，9xP c+xPf x变化对该系数的影响不大见表因此在用式计算用水量时，该x211系数通常采用

0.335用水量计算公式的物理意义。