全计算法在高性能混凝土(HPC)配合比设计中的应用

摘要：本文讨论了高性能混凝土（HPC）配合比设计全计算法的应用及应注意的问题

关键字： HPC配合比设计全计算法VeVes

中图分类号： S611 文献标识码： A

1.工程概况

青荣城际铁路设计起点为青岛北站，终点为荣成站，线路长度298.971公里，其中桥梁164.696公里，占正线长度的55.09%。区间内混凝土647411方，是现场施工中非常重要的组成部分，混凝土配合比的经济优化、降本增效对推动技术进步、保证工程质量、降低工程成本都起着重要作用。

2.高性能混凝土（HPC）配合比设计要点

标段HPC配合比设计以设计图纸、国家及铁道部颁布的技术标准、规范为依据，理论基础为王栋民、陈建奎教授所研究发展的高性能混凝土（HPC）配合比设计全计算法。

2.1高性能混凝土（HPC）配合比设计的基本原则

•  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，外掺料多掺

•  材料组成及其用量合理，满足耐久性及特殊性能要求

•  掺加新型高性能减水剂，改善与提高混凝土的多种性能

2.2高性能混凝土（HPC）全配合比设计的技术基础

该模型假定混凝土总体积为 1.0m 3 (1000L)， 由水、水泥、外掺料、空气、砂、石部分组成，对应的体积分别为 V w ，V c ，V f ，V a ，V s ，V g ，

浆体体积（Ve） =V w+ V c+V f+V a

骨料体积（Vs+Vg） =1000- Ve

干砂浆体积（ Ves） = V c+V f+V a+ Vs

3.C50高性能混凝土（HPC）配合比设计实例

3.1配制强度

fcu,p----------混凝土试配强度（MPa）；

fcu, o----------混凝土设计强度（MPa）；

σ----------混凝土的强度标准差（MPa）；

3.2水胶比

1.09--------水泥强度富裕系数 A、B--------回归系数，采用碎石一般分别为0.48、0.52；

3.3用水量

其中0.335为体积掺量修正系数，与外掺料的的体积掺量有关，在一般计算中采用0.335就可以，如有需要可采用下表系数进行精确用水量计算。

3.4胶材用量

3.5砂率及砂石集料用量

根据模型观点，单位体积石子的空隙砂浆填满，干砂浆体积Ves即为石子的松散孔隙率，因此可以根据石子的堆积密度和表观密度计算出干砂浆体积Ves。我标段采用最大粒径20mm的连续级配碎石，经试验测得表观密度为2700，堆积密度为1520，计算出Ves=437，但以上计算中未考虑混凝土含气量大于其自然状态下含气量（约1%）的情况，例如加入引气成份。因此笔者建议Ves的取值应考虑到这部分额外含气所增加的部分，可参考以下公式：

Q----混凝土设计含气量（%）

表3 C50HPC的配合比计算结果

表4 新拌混凝土拌和物性能

表5 混凝土各项检测结果

根据试配和施工情况可以看出，C50级高性能混凝土的配合比设计和现场拌合、施工是成功的，可见配合比设计与试配结果具有非常好的相关性。

4.总结及体会

4.1关于浆体体积（Ve）及干砂浆体积（Ves）

4.1.1通过我标段实际HPC配合比的试配和调整工作，发现低标号或低坍落度混凝土的Ve都有小于350L的浆体体积，但具有良好的工作性和和易性，具体数据范围见下表：

表6 青荣铁路HPC配合比参数表 1

指标

（单掺粉煤灰） 300-320 430-460 660-690

4.1.2根据配合比全计算法理论，可根据碎石的松散堆积密度和表观密度计算出干砂浆体积Ves，但要考虑混凝土含气量大于其自然状态下含气量（约1%）的情况。

表7 石子最大粒径与Ves的关系（我标段试验数据）

根据配合比全计算法理论，水泥和外掺料的体积比Vc：Vf=3：1，换算为细掺料质量掺量为21%时，满足Ve =V w+V c+V f+V a，但试验研究证明：混凝土中粉煤灰掺量超过25%时，对混凝土的性能才会有明显的改善；而另一主要矿物掺和料-磨细矿渣通常在混凝土中的最佳掺量为30%-50%。因此经过现场实际的拌和调整，我们最终确定细掺料合适的掺量范围见下表：

表8 青荣铁路HPC配合比参数表2

指标

4.3关于混凝土容重的问题

在试验中发现，用配合比全计算法算出的混凝土容重普遍偏低，而且设计标号越低越明显，此外随着引气成分的加入，混凝土含气量增加，密度会随之减小，根据密度与混凝土耐久性的关系，笔者认为根据混凝土设计含气量而适当提高混凝土的容重是合适的。

5.结束语

综上论述可得出结论：全计算法建立了普遍适用的混凝土体积模型，以此推导出用水量公式和砂率计算公式，这是全计算配合比设计的基础，以此推导计算出其他组分用量，所有配合比的材料用量皆是通过计算得出因此称为全计算法，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的一大进步。