紧密堆积混凝土参考配合比设计方法研究应用.doc

摘 要 水泥混凝土广泛应用于基本建设各个领域，随着经济发展、科技进步，人们对其使用品质规定越来越高。现行混凝土配合比设计办法设计混凝土以悬浮密实型构造为主，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作用。为此，本研究在体积法基本上，提出了粗集料紧密堆积构造与紧密堆积型水泥混凝土概念，并对其工作性、强度特性及其设计办法开展了系统研究，以期节约成本，提高混凝土性能，具备重要工程实用价值。粗集料紧密堆积构造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种多级空间骨架构造；在此基本上，运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，再用水泥净浆润滑和填充混合料剩余空隙，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办法，并与现行设计办法对比表白，同等强度、工作性规定下，紧密堆积型水泥混凝土比现行设计办法拟定混凝土经济性更好，且设计办法可操作性强，简便实用，可以直接应用于工程实际。核心词：水泥混凝土，工作性，强度特性，配合比设计办法ABSTRACT Concrete widely used in infrastructure construction in various fields，along with economic development，scientific and technological 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，basing 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 works 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 aggregate 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 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，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办法研究概况31.4 重要研究内容与技术路线7 1.4.1 重要研究内容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普通水泥混凝土构成设计92.2紧密堆积混凝土配合比设计14第三章 实验研究173.1实验设计思想173.2实验办法173.3实验仪器及设备183.4实验原材料选取18 3.4.1水泥18 3.4.2粗集料19 3.4.3细集料19 3.4.4水20 3.4.5原材料实验203.5初步紧密堆积混凝土实验25 3.5.1初步实验设计25 3.5.2初步实验成果及分析263.6对比实验27 3.6.1对比实验设计27 3.6.2对比实验成果及分析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32参照文献33道谢：34 第一章 绪论1.1引言建筑工程质量问题是关系到国家人民生命财产安危千年大计。混凝土是道路与桥梁以及房屋工程建设中,应用最广泛 、用量最大建筑材料之一。混凝土质量控制也就成为保证工程质量重要环节。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、凝结固化成具备一定强度人工石料。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，同步又能消化大量工业废渣等特点，己经成为人类社会生活基本。水泥混凝土广泛应用于社会基本建设各个领域中，且用量不断增长，使用品质规定不断提高，对工程质量和成本影响也越来越大。而在水泥混凝土影响工程质量和成本诸多因素中，水泥混凝土配合比设计乃是成败核心；水泥混凝土配合比设计就是依照工程规定、构造形式、施工条件等，拟定满足工作性、强度及耐久性和其他规定同步，考虑经济合理水泥、集料、水及外加剂等各组分派合比例。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一种问题。在过去一种多世纪里，混凝土配合比设计办法几经发展，形成了各种以宏观构成设计参数和力学强度为指标设计体系。老式配合比设计办法是计算试配法，其计算根据是在普通混凝土构成与性能普通规律基本上，计算得到粗略配合比，再经试配调节得到以强度为重要指标配合比，国内几十年来始终沿用这种办法1。推荐图表法，其由地区主管部门积累大量数据，经实验、整顿，将配合比重要参数（用水量、水灰比、砂率及混凝土表观密度等）汇总列表，供技术人员选取使用，有时也列成配合比直接供人取用，普通使用前还需要再经恰当试拌和调节。数据积累法，即设计混凝土配合比在施工后得到平均强度和施工原则差等指标，通过记录、记录，然后将实际成果（强度、原则差）与设计值（配制强度、预测原则差）比较分析，总结经验，以便下次设计修正、提高，这样通过不断实践，使配合比更加切合实际。普通混凝土配合比设计办法普通通过合理拟定水灰比、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重要构成材料实际用量。上述三个基本参数与混凝土各项性能之间有着密切关系。水灰比对混凝土强度和耐久性起着核心作用，在水灰比一定条件下，单位用水量则反映了水泥浆与骨料之间比例关系，单位用水量是控制拌合物流动性重要因素；而砂率对混凝土拌合物和易性，特别是其中黏聚性和保水性有很大影响。配合比设计时，不同规程、原则和工程规定，对粗集料最大公称粒径、岩性、针片状含量等原材料性质提出了明确规定，但是，对粗集料级配及其构造构成规定相对较弱。在常用三种级配构造中，水泥混凝土设计重要运用最大密度曲线理论计算拟定持续密实级配。最大密度曲线理论重要描述了持续级配颗粒分布，即级配中某一矿质混合料在原则筛孔配成套筛中进行筛析时，所得级配曲线平顺圆滑，具备持续（不间断）性质，相邻粒径粒料之间有一定比例关系（按质量计），这种级配由大到小，逐级粒径均匀，并按比例互相搭配构成矿质混合料，特点是各级骨料均被次级粒料撑开，充分密实2。持续密实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其中一种破坏，即以为水泥石与骨料间粘结因沿斜截面剪应力而被破坏。此外两种破坏理论为：（1）正应力分布与水泥石和骨料模量之间比例相相应，即以为应力集中在弹性模量较高材料上，而在较弱材料上卸荷，引起水泥石被拉断；（2）受压时横向膨胀导致骨料自身被拉断引起混凝土破坏3。普通以为，水泥石强度、水泥石与骨料间粘结力、骨料强度构成了水泥混凝土强度，既有水泥混凝土配合比设计办法中对前两者注重限度相对较高。 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，粗骨料强度和级配构造对混凝土强度也有重要影响，良好级配构造可以阻断裂缝开展。良好粗集料构造不但可以提高混凝土强度，在荷载作用时，还可以充分发挥粗集料自身强度；同步，在配制强度一定期，可以节约水泥用量，减低工程成本。综上所述，水泥混凝土配合比设计时，若忽视粗骨料级配所形成构造对混凝土性能影响，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-）5对原材料与混合料提出了严格技术规定，但对粗集料级配规定相对较宽。为此，本研究重点从水泥混凝土强度构成原理出发，借鉴体积法设计思想，提出粗集料紧密堆积构造构成，充分发挥集料作用。实验研究粗集料构造构成、砂作为填充石颗粒比例、粉煤灰作为填充砂颗粒比例，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办法。研究成果可直接指引水泥混凝土设计与施工，保证工程质量，节约工程成本，有效运用有限资源，具备重要工程现实意义。1.3 国内外混凝土配合比设计办法研究概况 1.3.1国外混凝土配合比设计办法研究现状国外混凝土配合比设计办法有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英国环境部办法）以及法国Dreux、Baron和Lesage办法等。美国混凝土协会（ACI 211）配合比设计办法，也许是当前世界上最流行办法之一，其重要环节：（1）选取坍落度和集料最大粒径（MSA）依照构造类型、尺寸、强度规定和混凝土使用环境按给定经验表格进行选取。（2）预计用水量和含气量ACI办法以为用水量重要由MSA和规定坍落度控制，而含气量取决于MSA。因而，该办法对不同坍落度和集料最大公称粒径所需拌和用水量及含气量近似值以表格形式给出，以供使用者选取。（3）选取水灰比依照耐久性规定最大水灰比、抗压强度规定进行选取，见表1.1表1.1最大水灰比28天抗压强度/MPaW/C非引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150mm300mm圆柱体实验为准。 （4）计算水泥用量 由水灰比和用水量可以计算得出。（5）预计粗骨料用量一方面以原则办法（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环节中算得各组分体积总和差。（7）调节依照实际进行恰当调节。 DMMCC是Design Mix manual for Concrete Construction提供设计办法简称，是美国几位专家于1982年编写混凝土配合比手册。此手册为了提供一种便捷获得规定混凝土办法，重要编写了270个表格，表格中数据由Lesslie D.Long等专家经35年、几千次实验总结配合比关系曲线转换而来，有很高可靠性和很广应用性。DMMCC法在水灰比、用水量等选取拟定方面与ACI办法大同小异。与其她配合比设计办法不同是，DMMCC配合比设计法在进行粗、细集料拟定期，对混凝土进行分层次考虑，将砂浆对混凝土影响考虑进来。其基本思路是将混凝土构成分为粗集料和砂浆两个某些，由于粗集料比表面积远远不大于砂，且不同粒形和细度模数砂比表面积差别很大，DMMCC法通过砂空隙来反映砂粒形和细度模数，并对不同空隙率砂所需水泥净浆体进行校正。 1.3.2 国内混凝土配合比设计办法研究现状 在国内，依照普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-）（背面简称为设计规程）6可知，进行配合比设计时，一方面要对的选定原材料品种，检查原材料质量；然后按照混凝土技术规定进行初步计算，得到“计算配合比”；经实验室试拌调节，“基准配合比”；再经强度复核拟定“实验室配合比”；最后以现场原材料实际情砂、石含水等)修正“实验室配合比”，从而得到“施工配合比”7。 其中，计算配合比详细环节如下，实验室配合比拟定如图 1.1 （1）计算混凝土配制强度； （2）依照混凝土配制强度及耐久性规定，按水灰比定则公式计算水灰比； （3）依照施工规定和易性指标（坍落度等）、粗骨料种类、最大粒径，选用单位用水量； （4）依照计算水灰比和选用单位用水量，计算水泥用量，并考虑耐久性规定，按规定规定复核最小水泥用量； （5）依照水灰比、粗骨料种类、最大粒径，选用合理砂率；按配比进行试配，检查拌合物工作性与否符合规定。工作性符合规定，提出混凝土强度实验用配合比。拌合物性能不符合规定，保证水灰比不变条件下，调节。拟定混泥土配合比。当实测值与计算值之差超过2%时，进行校正。依照普通混泥土配合比设计规程，拟定试配用配合比。按配合比称料、搅拌、成型、养护、测定混凝土强度级别强度级别符合规定后。拟定每方混泥土各材料用量。按调节后配合比试配，直到拌合物工作性符合规定。强度级别不符合规定，重新进行设计，试配。依照技术批示和使用规定，拟定原材料种类、规格。 （6）运用重量法或体积法，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拟定流程 普通混凝土配合比设计办法是以经验为基本半定量设计办法，水灰比、单位用水量和砂率三个参数中，只有水灰比按计算拟定，而计算公式中有参数也是由回归分析所得，其他两参数均需查表选取。这些表格是人们长期以来生产普通混凝土实践经验总结，在一定限度上反映了普通混凝土配合比普通规律。 在设计规程中，用来拟定单位用水量和砂率值表格控制因素是碎卵石最大粒径、坍落度和水灰比，其中坍落度和水灰比范畴难以满足大流动性和低水灰比混凝土规定，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调节作用。国内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重要设计指标；再依照鲍罗米（Bolomy）公式 R=Af(C/W-B) (C/W为水灰比)修正公式计算所需水灰比；然后选取砂率，计算单位用水量；最后依照表观密度或绝对体积法拟定相应配合比9。 综上所述，国内配合比设计参数重要考虑了水灰比、砂率、用水量；而对粗集料最大公称粒径、粒径、砂粗细等其她因素则给定一种取值范畴，粗细集料级配范畴以为符合规定即可。而以ACI为代表设计办法考虑参数有水灰比、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状态下所占体积、砂细度模数、粗骨料捣实容重等。这两种国内外具备代表性设计办法均未对粗集料构造构成提出明确有关规定，在选定粗集料构成时，技术人员普通依照规范推荐粗集料范畴，按最大理论密度曲线拟定粗集料级配，级配构造多为悬浮密实型，这种级配构造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，只能减少。要减少粘结处破坏最直接办法是提高水泥石与集料粘结力，而粘结力大小与水泥标号、水泥用量、集料性质、水灰比等有关，提高水泥标号、增长水泥用量会增长工程成本，集料性质是相对不变，变化水灰比会影响工作性等，因此要从间接办法减少水泥石与集料粘结处破坏10。依照Kaplan用断裂力学分析混凝土破坏因素可知，级配构造对混凝土强度有重要影响，良好级配构造可以阻断裂缝开展，提高混凝土强度。要减少或阻断裂缝发展级配构造，只有让粗集料之间紧密排列、互相嵌锁，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作用。由此得知，开展粗集料级配构造研究，将是充分发挥粗集料自身强度，提高混凝土强度重要途径之一，也是节约水泥用量和减少工程成本一种重要方面。1.4 重要研究内容与技术路线 1.4.1 重要研究内容本文从水泥混凝土强度构成原理出发，借鉴体积法设计思想，提出粗集料紧密堆积构造构成和紧密堆积型混凝土理念，用振动填充实验办法，分析不同因素对粗集料紧密堆积构造构成影响，以便于操作、实用可行为原则，提出级配构成设计办法。通过坍落度实验，分析水灰比、砂率、填充比等对紧密堆积型混凝土工作性影响。对紧密堆积型混凝土强度特性进行系统实验，分析不同参数与抗压强度关系，得出关系表达式11。综合工作性与强度特性研究成果，提出同步满足工作性与强度规定紧密堆积型混凝土配合比设计办法。详细研究内容涉及： （1）粗集料紧密堆积级配构成研究； （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）紧密堆积型水泥混凝土配合比设计办法研究； 1.4.2 技术路线混凝土可当作由固液两相构成四层体系。可见,混凝土需要构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，详细实验流程图如图1.2 1.集料紧密密度实验 粉煤灰掺入砂紧密密度实验； 520mm石子掺入2031.5mm石子紧密密度实验； 粉煤灰与砂最佳掺配混合物掺入粗集料最佳掺配混合物紧密密度实验； 2.采用紧密堆积型混凝土配合比设计办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办法设计混凝土配合比； 6.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 粉煤灰与砂最佳掺配混合物掺入石子最佳掺配混合物紧密密度实验 粉煤灰掺入砂紧密密度实验 选取掺量较好一组5 20mm石子掺入20 31.5mm石子紧密密度实验选取掺量较好一组图1.2本实验详细流程第二章 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，并以水为原材料，按专门设计配合比，经搅拌、成型、养护而得到复合材料。当代水泥混凝土中，为了调节和改进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)。普通水泥混凝土具备原料丰富，便于施工和浇筑成各种形状构件，硬化后性能优越、耐久性好，节约能源，成本低廉等长处。因此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普通水泥混凝土构成设计1.初步配合比计算(1)拟定混凝土配制强cu.o混凝土配制强度(cu.o)应依照:设计规定混凝土强度级别;施工单位质量管理水平，按一下式拟定。cu.o=cu.k+1.645式中 ：cu.o 混凝土施工配制强（MPa）cu.k混凝土立方体抗压强度原则值（即设计规定混凝土强度级别）（MPa） 由施工单位质量管理水平拟定混凝土强度原则差(MPa)混凝土强度原则差宜依照同类混凝土记录资料计算拟定，并符合下列规定:(1)计算时，强度试件组数不少于25组;(2)当混凝土强度级别为C20和C25级，其强度原则差计算值不大于2.5MPa时，计算配制强度用原则差应取不不大于2.5MPa;当混凝土强度级别等于或不不大于C30级，其强度原则差计算值不大于3.0MPa时，计算配制强度用原则差应取不不大于3.0MPa。(3)当无记录资料计算混凝土强度原则差时，其值按下表2.1规定选用。表2.1混凝土强度原则差值表 强度级别（Mpa）低于C20C20C35高于C35原则值（Mpa）4.05.06.0(2)计算水灰比(W/C)1)按混凝土规定强度级别计算水灰比和水泥实际强度依照己拟定混凝土配制强度cu.o，由下式计算水灰比:cu.o=Ace(C/W-B)式中 ：cu.o 混凝土配制强（MPa）A，B混凝土强度回归系数，依照依照使用水泥和粗、细集料通过实验得出灰水比与混凝土强度关系式拟定，若无上述实验记录资料时，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混凝土所规定水灰比ce 水泥28d抗压强度实测值(MP)ace =Y。. ce.k其中：ce.k水泥强度级别值(MP)a;Y。水泥强度级别值富余系数。该值可按各地区实际记录资料拟定。普通取1.00一1.13。 2)按耐久性校核水灰比，如下表2.3 表2.3普通混凝土最大水灰比和最小水泥用量(JGJ55一)环境条件构造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室内部件室外部件在非侵蚀性土壤和（或）水中部件0.700.600.60225280300有冻害经受冻害室外部件在非侵蚀性土和（或）水中且经受冻害部件0.550.550.552502803003.有冻害和除冰剂潮湿环境经受冻害和除冰剂作用室内和室外部件0.50.50.5300300300注:1、当用活性掺合料取代某些水泥时，表中最大水灰比及最小水泥用量即为代替前水灰比和水泥用量。2、 配制C15级及其如下级别混凝土，可不受本表限制。(3) 选定单位用水量(mw。)依照粗集料品种、粒径及施工规定混凝土拌和物稠度值(坍落度或维勃稠度)，选取每立方米混凝土拌和物用水量。如下表2.4表2.4混凝土用水量选用表(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）1030355055707590190200210215170180190195160170180185150160170175200210220230185195205215175185195205165175185195维 勃稠度（s）16201115510175180185160165170145150155180185190170175180155160165(4)计算单位水泥用量(mc0)1)按强度规定计算单位用灰量 或 2)耐久性规定校核单位用灰量 依照耐久性规定，普通水泥混凝土最小水泥用量，依构造物所处环境条件分别规定如前表。按强度规定由公式计算得单位水泥用量，应不低于前表规定最小水泥用量。(5)选定（）混凝土砂率拟定应符合下列规定:1) 坍落度为1060mm混凝土砂率，可依照粗骨料品种、粒径和混凝土拌和物水灰比按下表2.5拟定砂率。2)坍落度不不大于60mm混凝土砂率，可经实验拟定，也可在下表基本上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1%幅度予以调节。3)坍落度不大于10mm混凝土，其砂率应经实验拟定。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）1020401620400.400.500.600.70263230353338364125312934323735402430283331363439303533383641394429343237354038432732303533383641(6)计算粗、细集料单位用量(mG0、ms。) 粗、细集料单位用量，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表观密度为一固定值，混凝土拌和物各构成材料单位用量之和即为其表观密度。如下式：（2-1） （2-1） 式中：mc。每立方米混凝土水泥用量(kg） mg。每立方米混凝土粗骨料用量(kg) ms0每立方米混凝土细骨料用量(kg) mw0每立方米混凝土用水量(kg) 砂率(%) mcp一每立方米混凝土拌合物假定重量(kg)其值可取23502450kg。 2)体积法体积法又称绝对体积法(Absolute volume method)。该法是假定混凝土拌和物体积等于各构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粗骨料表观密度(g/cm3); s细骨料表观密谋(g/cm3); w水密度(g/cm3)，可取1.000(g/cm3); a混凝土含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，可取为1。2、 试拌调节，提出基准配合比按计算出初步配合比进行试拌，以校核混凝土拌和物工作性。如试拌得出拌和物坍落度(或维勃稠度)不能满足规定，或粘聚性和保水性能不好时，则应在保证水灰比不变条件下，相应调节用水量或砂率，直到符合规定为止。然后提出供混凝土强度校核用“基准配合比”12，即mca:mwa:msa:mGa3、 检查强度、拟定实验室配合比为校核混凝土强度，至少拟定三个不同配合比，其中一种为按上述得出基准配合比，此外两个配合比水灰比值，应较基准配合比分别增长及减少0.05(或者0.10)，其用水量应当与基准配合比相似，但砂率值可增长及减少1%。为检查混凝土强度，每种配合比至少制作一组(三块)试件，在原则养护28d条件下进行抗压强度测试。依照强度检查成果进一步修正配合比，即可得到“实验室配合比设定值”。2.2紧密堆积混凝土配合比设计 20世纪90年代，台湾科技大学黄兆龙博士依照近年经验总结，将混凝土“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。这种办法不同于前两种老式配合比设计法，其核心是谋求混凝土中固态材料在最佳级配时最大混合单位重，进而有效地获知最小空隙体积，水泥浆以一定富裕系数(n)填充此空隙，既满足流动性规定，又充分考虑了经济性。其重要环节如下:(1) 通过运用四分法取样测单位重逐次逼近，求得粉煤灰填充砂、粒径小粗集料填入粒径大粗集料中，以及前者最佳混合物填入后者最佳级配混合物最佳填塞率，进而由固态材料最密实堆积体积求得相应最小空隙(Vv) ; （2）由Vp=nVv拟定水泥浆体积，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、石等原材料之间比例关系，可分别求出粉煤灰、砂、石用量;(4)再由水胶比拟定水泥实际用量和不使用减水剂时水总用量;(5)依照胶凝材料用量求出减水剂用量，并进一步得出加入减水剂后水实际用量。这种办法由于使混凝土中固态材料处在最密实堆积状态 14，因而骨料和粉煤灰用量较多相应可以节约水泥，成型后混凝土更密实，有助于强度和耐久性，由于粉煤灰和高效减水剂双掺增大了拌合物流动性。 依照以上原理，紧密堆积混凝土中各材料用量计算办法如下：1)结合不同粉煤灰、砂、石骨料特性，通过致密系数、拟定，会得到粉煤灰与砂石致密堆积最大堆积密度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重量(kgm)及砂子比重(kgm)。 2)由致密系数、定义知 （2-4） （2-5） 设水泥浆体富裕系数为n，n值可以依照不同施工需要变化，普通状况下，n值介于115之间。则水泥浆体VP可用下式计算 (2-6) 则混凝土中骨料体积为 (2-7)将式(2-2)和式(2-3)带人式(2-5)中可求出各骨料用量 (2-8) (2-9) (2-10)2) 水泥、矿渣和用水量计算 (2-11) (2-12) 式中，、分别代表水和水泥比重(kgm3)。第三章 实验研究3.1实验设计思想 本课题研究混凝土配合比设计办法不同于普通混凝土配合比设计办法。本办法研究重点是从混凝土强度构成原理出发，借鉴体积法设计思想，提出紧密堆积构造构成，充分发挥集料作用 15。 本实验重要从不同粒径粗集料紧密堆积、砂作为填充粗骨料空隙颗粒比例、粉煤灰作为填充砂空隙颗粒比例、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办法。3.2实验办法粗集料密实限度普通运用振动实验或捣实实验进行分析。捣实实验是通过人工捣实拟定粗集料密实度；振动实验是模仿施工中机械外力振动，分为上振式和下振式，两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。当前，水泥混凝土室内实验成型试件时重要采用下振式17。因而，本研究采用下振式进行粗集料振动填充实验，振实筒容积为10L。每组实验时，将集料分三次装料，每次装料后，振实筒底部放始终径为25mm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，加料直至超过筒口，然后用钢筋刮下超过筒口颗粒，用适当颗粒填平凹处，使表面稍突起和凹陷某些大体相等，最后称试样和筒总重。每组实验平行实验3次，剔除异常值后，取算术平均值作为实验成果。粉煤灰与砂振动填充实验与粗集料振动填充实验基本相似，不同之处在于本填充实验采用振动筒容量为1升，一方面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 18。已级配好粉煤灰与砂混合物填入已级配好粗集料混合物振动填充实验与上述粗集料振动填充实验相似。3.3实验仪器及设备（1）试模：尺寸为100100100mm；（3）原则砂石筛：孔径0.165.0mm，浙江上虞市公路仪器厂；（4）WAY300型电液式压力实验机：精度级别I级，生产厂家无锡市锡仪建材厂；（5）101A-2型电热恒温鼓风干燥箱,上海恒三仪器有限公司；（6）分析天平：分度值0.1mg，最大称量200g，上海精密科