CN100534743C - 现代混凝土配制方法及现代混凝土配合比 - Google Patents

Abstract

本发明建立了一种混凝土配制方法，这种方法适合高强、渗透等多种水泥混凝土及各强度等级的水泥混凝土配制，克服了假定容重法和绝对体积法的缺点，突破D.A.Abrams的水灰比理论，在不改变现有混凝土施工工艺的情况下，通过对混凝土拌和物组成材料重量比例和粒径比例的优化，运用发明人发现的混凝土规律——现代混凝土学口袋理论，配制出理论上可以达到水泥ISO抗压强度4.1466-5.4624倍的、最大理论使用寿命可以和坚硬岩石一样为无限长的现代混凝土。

Description

现代混凝土配制方法及现代混凝土配合比

技术领域：

本发明涉及一类建筑材料——水泥混凝土的配制方法及使用该方法配制的水泥混凝土配合比。

背景技术：

本发明之前配制普通水泥混凝土的方法有两种：假定容重法和绝对体积法。配制轻集料混凝土拌和物的方法也有两种：松散体积法和绝对体积法。渗透混凝土目前还没有准确有效的配制方法。

绝对体积法是假定混凝土拌和物组成材料绝对体积之和等于混凝土体积，求混凝土各组成材料在混凝土重量，经过试拌调整确定混凝土配合比；假定容重法是假定混凝土拌和物的容重为已知求混凝土各组成材料在混凝土内的重量，经过试拌调整确定混凝土配合比；普通混凝土配制方法都是建立在美国人D.A.Abrams于1918年提出的、应用至今的水灰比理论的基础上，数据准确率低，试验量大，配制强度低，试验周期长，都是经验基础上的总量控制。松散体积法是假定轻集料混凝土每立方的干表观密度为其各组成材料干燥状态下质量的总和，通过计算和查表，求出各组成材料的质量，经过试拌调整确定混凝土配合比。

发明内容：

发明目的和作用：本发明建立了一种全新的混凝土配制方法，这种方法克服了假定容重法、松散体积法和绝对体积法的缺点，打破了D.A.Abrams的水灰比理论，适合高强、渗透、轻集料、泵送、喷射、道路、防护、耐火等多种水泥混凝土及各种强度等级的水泥混凝土配合比设计制造，在不改变现有混凝土施工工艺的情况下，通过对混凝土拌和物组成材料配合比例的优化——包括材料重量比例和材料颗粒直径比例的优化，运用发明人发现的混凝土内在规律——现代混凝土学口袋理论，配制出的混凝土最大理论抗压强度可以达到水泥ISO抗压强度4.1466倍-5.4624倍的、最大理论使用寿命可以和坚硬岩石一样为无限长的现代混凝土。本发明提高混凝土的强度和耐久性，降低工程成本，简单实用，准确可靠，强度先知，强度可控，使现代混凝土的推广成为可能，扩大了混凝土的使用范围。

名词解释：现代混凝土(Modern Concerete)是用现代理念配制的高强度性、高耐久性、高稳定性、高工作性、高适用性、高经济性、高环保性、合理材料比例的——包括合理重量比例和合理颗粒直径比例的、以水泥为胶结物的、极大发掘了混凝土潜在能力的高技术环保混凝土；是强度、耐久性、适用性、工作性、经济性、环保性、可控性的和谐统一。合理材料比例、极大地发掘了混凝土的潜在能力、安全、低价、环保、可控、易用是现代混凝土的最重要特点。

现代混凝土根据使用功能分为渗透混凝土和非渗透混凝土；渗透混凝土又称环保型的道路混凝土(Road Concerete)，用于修建需要透气渗水的道路基层、道路面层或者作为聚合物浸渍混凝土的基材；非渗透混凝土又称高性能混凝土(High Performance Concerete)或者高强度混凝土(Strong Concerete)，用于修建需要高强耐久的建筑构造物；根据拌和物稠度现代混凝土分为干硬性的碾压混凝土、干稠性的强振捣混凝土、塑性的振捣混凝土(又称泵送混凝土，再加人速凝剂则为喷射混凝土)和免振捣流动的自密实混凝土。根据骨料类型现代混凝土分为轻集料混凝土、普通集料混凝土和防护混凝土；砂浆为无粗集料混凝土。水泥石为微晶混凝土，即无骨料混凝土。

混凝土配制指混凝土配合比设计施工检验全过程。混凝土配合比即指混凝土拌和物配合比。混凝土水胶比即指混凝土水灰比。砂轻混凝土水胶比指有效水胶比。混凝土施工养护为常温常压下施工养护。

混凝土组成材料是指粗集料、细集料、水泥、各级磨细矿粉、水及低热挥发材料。混凝土主要材料是指粗集料、细集料、水泥、各级磨细矿粉及水。集料指粗集料、细集料和水泥。骨料指粗集料、细集料。外加剂一般指高效减水剂、缓凝剂、引气剂、速凝剂、膨胀剂。

水泥指硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、道路硅酸盐水泥、石灰石硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥等适用ISO679-1989试验的硅酸盐类水泥。

磨细矿粉是指高炉矿渣、石英砂、硅粉、硅质岩石、硅藻土、白云岩、石灰石粉、粉煤灰、固硫渣、火山灰、陶粒、磷渣、钢渣等工业废料或者天然材料、比表面积大于水泥比表面积2.4倍以上的加工矿粉或天然矿粉。按照由粗到细顺序，磨细矿粉分为：较粗磨细矿粉S₁；较细磨细矿粉S₂；细矿粉S₃；特细矿粉S₄；超细矿粉S₅；……；S_n比表面积至少是S_n-1比表面积的2.4倍，n为任意正整数1，2，3，4，5，……。

低热挥发材料是指沸点挥发点均低于摄氏80℃的材料，例如乙醚、汽油、乙醇、香蕉水、乙酸乙酯等。

本发明配制的混凝土为现代混凝土。普通混凝土又称D.A.Abrams混凝土。

发明原理：发明人创建的现代混凝土学口袋理论：口袋本身没有抗压强度，干燥的粮食也没有抗压强度，但我们把粮食装入口袋并使粮食密实，装粮口袋表现出良好的抗压能力，而且粮食愈密实装粮口袋的抗压强度愈高；当我们把不同颗粒直径的粮食——黄豆、小米、面粉按照一定重量比例均匀混合装入口袋时，装粮口袋的抗压能力最高。口袋理论的主要内容包括：

1.同排列等空隙定则：只要材料堆积秩序相同，无论材料的粒径如何变换，堆积材料的空隙率即相同而且是一定值。

2.混凝土材料单一粒径定则：只要同种材料最大粒径

与最小粒径

之比小于2.4，即最小粒径材料就不能完全填充到最大粒径

材料形成的空隙中，我们就认为这种材料为单一粒径材料。

3.相同颗粒直径材料堆积时的最小空隙率为26％，最大空隙率为48％(材料颗粒行列式排列时的空隙率)。

集料比表面积和集料的粒径成反比。

水泥凝胶最致密结构时最小空隙率为26％，水泥凝胶成筋状网格结构时最大空隙率为52％(珠状网格结构的反白部分)。

4.现代混凝土填充定则：

为保证颗粒直径小一级材料的完全填充，我们规定：

混凝土主要材料填充定则：混凝土主要组成材料中，同颗粒直径材料堆积空隙率取值范围为30％-53％，并且只有大一级材料颗粒直径是小一级材料颗粒直径的2.4倍以上时，小一级材料才能够完全填充到大一级材料形成的空隙中。

大一级材料颗粒直径是小一级材料颗粒直径的2.4倍以上是指相邻两级材料颗粒直径之比大于2.4；即Ф_n-1/Ф_n≥2.4，n为任意正整数。

强振捣混凝土集料填充定则：在强振捣混凝土中，同颗粒直径集料空隙率取值范围30％-37％；并且只有大一级集料颗粒直径是小一级集料颗粒直径6.4倍以上18(7.46×2.41)倍以下时，小一级集料才能够填充到大一级集料形成的空隙中并且空隙最小。

碾压混凝土遵循强振捣混凝土集料填充定则。

振捣混凝土集料填充定则：在振捣混凝土中，同颗粒直径集料空隙率取值范围38％-45％；并且只有大一级集料颗粒直径是小一级集料颗粒直径4.3倍以上10.6(4.37×2.41)倍以下时，小一级集料才能填充到大一级集料的空隙中并且空隙最小。

自密实混凝土集料填充定则：在自密实混凝土中，同颗粒直径集料空隙率取值范围46％-53％；并且只有大一级集料颗粒直径是小一级集料颗粒直径的2.4倍以上5.8(2.41×2.41)倍以下时，小一级集料才能填充到大一级集料的空隙中并且空隙最小。

强振捣混凝土集料填充定则、振捣混凝土集料填充定则、自密实混凝土集料填充定则称作现代混凝土集料填充定则。

混凝土主要材料填充定则和现代混凝土集料填充定则称作现代混凝土填充定则。

水胶比大于0.3小于0.42时，磨细矿粉颗粒直径及用量遵循自密实混凝土集料填充定则；水胶比大于0.2小于0.3时，磨细矿粉颗粒直径及用量遵循振捣混凝土集料填充定则；水胶比小于0.2时，磨细矿粉颗粒直径及用量遵循强振捣混凝土集料填充定则；磨细矿粉使用量以现代混凝土集料填充定则集料空隙率取值下限为优。

理想的混凝土粗骨料粒径与细骨料的平均颗粒直径有关。高强度水泥砂浆在混凝土中的“加筋”“环箍”“网络”“蛋壳”效应，混凝土粗骨料强度可以低于混凝土的抗压强度。现代混凝土粗集料的最大颗粒直径不大于钢筋最小间距的二分之一，粗集料最大颗粒直径不宜大于20mm，最好不大于16mm。

混凝土集料颗粒直径比例共用区间及高效减水剂的使用，使根据混凝土拌和物稠度划分的混凝土是相对的：干硬(稠)混凝土在加入适量外加剂后，可以变成塑性或者自密实混凝土；自密实混凝土去掉外加剂后，可能就成为塑性或者干硬(稠)混凝土。

高效减水剂和水泥、拌和物温度有一个相互适应性问题。

5.混凝土水泥凝胶结合水因水泥品种不同而有所不同。混凝土水泥凝胶最致密结合时最小结合水水灰比为0.13013，水泥凝胶珠状网格结构时最大结合水水灰比为0.35503(以后按0.36计)；混凝土水泥石形成筋状网格结构的最大结合水水灰比为0.41667(以后按0.42计)。

混凝土中，水灰比大于0.36的水为游离水。游离水是影响混凝土强度和耐久性的主要原因。混凝土水灰比大于0.36时，使用磨细矿粉不能增加混凝土28天强度。

水泥胶凝分子最小直径为9.28(

)埃(9.28×10^-10m)，即水泥胶凝分子直径至少是水分子直径的9.28倍。混凝土水灰比0.36时，水泥凝胶孔边长为3.9(

)埃，使20℃混凝土水发生渗透的压力在700Mpa以上；混凝土水灰比小于0.36时，混凝土中无游离水，不会发生碱集料反应；水泥凝胶中的水结冰温度在零下80以下。

合理比例的混凝土水灰比小于0.42时，混凝土中水泥砂浆具有较大的容重(水泥砂浆容重2100-2600kg/m³)，混凝土黏聚性强，水泥砂浆“浮力”与粗骨料表观密度接近，骨料不易下沉或者上浮，混凝土不离析，具有很好易密性和充填性。

水胶比0.5时，同颗粒直径磨细矿粉替换52％以下水泥熟料，理论上不会降低水泥强度(水泥熟料已经可以形成网格结构)；水胶比低于0.42时，同颗粒直径磨细矿粉替换水泥熟料，则水泥强度相对降低——水泥组成材料比例对混凝土有影响。

6.胶灰比分配定则：混凝土中，产生抗压强度的水泥胶凝物和产生抗弯拉强度的水泥灰集料，有大致1∶1的分配比例，这个比例在一定范围内向偏大于水泥灰集料的比例波动。用公式表达为：

C_胶≤C_灰        …………………………1

右下角汉字表示该水泥重量是胶凝物或者灰集料。

单位体积混凝土中，一定数量水泥作为灰集料产生一个抗弯拉强度，作为胶凝物时，产生十个抗压强度；起“口袋”作用的产生最大抗压强度的水泥胶凝物最大水泥用量为138kg/m³；水泥胶凝物之外的水泥，产生抗弯拉强度，起的是“口袋”填充物的“粮食”的作用，为水泥灰集料(正常用量大于等于138kg/m³)。

C_胶＝138kg/m³        …………………………2

特别优化的干硬混凝土，单位体积水泥用量为300kg/m³左右时，具有最大抗压强度。无骨料混凝土具有最大的抗弯拉强度。

水泥胶凝物数量足够时，“口袋”中的“粮食”能够产生的最大抗压强度R_max与混凝土工作性调整系数A及集料的筒压强度F成正比：

R_max＝10AF    ………………………………3

显然，普通集料混凝土和防护混凝土集料能够产生的最大抗压强度远远大于“口袋”的强度。

7.最大堆集密度原理：在合理重量比例和合理颗粒直径比例情况下，混凝土颗粒直径细一级材料完全填充到颗粒直径粗一级组成材料形成的空隙中，使混凝土具有最小空隙率，最大堆集密度。用公式表达为：

D₁＝P_D1(1-e_D1)           …………………………4

D₂＝e_D1P_D2(1-e_D2)        …………………………5

D₃＝e_D1e_D2P_D3(1-e_D3)     …………………………6

......

D_n＝e_D1e_D2e_D3……e_Dn-1P_Dn(1-e_Dn)………………7

式4-式7中：D₁，D₂，D₃，……，D_n表示颗粒直径由粗到细的混凝土主要材料，并且任意颗粒直径D_n-1/D_n≥2.4；n为任意正整数。

由胶灰比分配定则和最大堆集密度原理我们推出：当水泥的表观密度为2550-2750kg/m³时，干硬性混凝土水泥合理用量为280-398kg/m³；塑性混凝土水泥合理用量为348-460kg/m³；自密实混凝土水泥合理用量为398-510kg/m³。

8.混凝土拌和物体积及混凝土空隙率：

混凝土拌和物体积为混凝土全部组成材料表观体积之和：

V_砼＝V_X+V_Y+V_C+V_S+V_W+V_H    ………………8

良好施工情况下，混凝土的空隙为水成空隙、气成空隙、热挥发性材料形成的贯通空隙之和。

混凝土水成空隙体积为：

V_W＝W-0.36S    ………………………………9

S为合格合理磨细矿粉总重量。

混凝土气成空隙V_Q与施工人员的施工水平、混凝土材料性质有关。施工水平材料性质良好时，混凝土气成空隙体积V_Q为混凝土表观体积的(0-1)％；施工水平材料性质一般或者较差时，混凝土气成空隙体积V_Q为混凝土表观体积的(1.1-5)％。

渗透混凝土中，低热挥发性材料H在混凝土中产生的贯通空隙体积与环境温度、低热挥发性材料H用量有关。环境温度摄氏20℃以上时，低热挥发性材料H在混凝土中产生的贯通空隙体积一般为：

$V_g={\mathrm{LV}}_h\sqrt{f}/2$     …………………………………10

式中：V_g，贯通空隙体积，单位，升/m³；L，构件厚度(上下方向高度)单位，厘米；V_h，低热挥发材料体积，单位，升/m³；f：与混凝土试件形状有关的混凝土常数：立方体试件，f＝1.9；高径比为2圆柱体试件，f＝1.65；高径比为2的棱柱体试件，f＝1.6。

由于渗透混凝土常常为道路混凝土，式9中，施工厚度L往往在20cm左右，式10可以写为：

$V_g=10V_h\sqrt{f}$ ………………………………11

渗透混凝土中，热挥发性材料H的逸出轨迹为接近45°的折线，热挥发性材料H的添加体积V_h一般为5-35升/m³，产生的贯通空隙体积V_g为75-500升/m³，渗透物为水时，混凝土渗水速度10^-3-10厘米/秒左右。热挥发性材料H的添加体积V_h为5-15升/m³，渗透物为水时，混凝土渗水速度10^-3-10^-1厘米/秒左右。

非渗透混凝土中不添加热挥发性材料，V_H＝0。

混凝土的空隙率计算公式为：

e_砼＝(V_W+V_Q+V_g)/V_砼×100％    …………………12

加入引气剂时，混凝土空隙率中应加上引气增加的空隙率。

9.混凝土强度方程：

对普通集料混凝土和防护混凝土：混凝土抗压强度是混凝土空隙率及水泥强度的函数；普通集料混凝土和防护混凝土强度方程为：

m＝log_f100e_砼    ………………………………14

对轻集料混凝土：轻集料混凝土抗压强度为粗轻集料能够产生的最大抗压强度与水泥砂浆在粗轻集料能够产生的最大抗压强度之上增加的抗压强度之和；轻集料混凝土强度方程为：

m＝log_f100e_浆    ………………………………16

R_浆≥R_max时(木桶盛水的短木版原理)：

R₂₈＝R_max+β_浆(R_浆-R_max)    ……………………………17

如果R_max≥R_浆时：

R₂₈＝R_浆    ………………………………18

显然，式18是式17的特例。

式13-式18中：R₂₈：标准养护条件下配制混凝土28天抗压强度；b：与水泥强度试验试件形状尺寸及材料比例有关的水泥常数：对ISO679-1989试验(GB/T17671-1999)，b＝4.1466；σ₁：水泥28天ISO679-1989法实测抗压强度；e_砼：配制混凝土的空 隙率；m，根指数；f：与混凝土试件形状有关的混凝土常数：对150×150×150mm立方体试件，f＝1.9；对直径150mm高径比为2圆柱体试件，f＝1.65；对棱长150mm高棱比为2的棱柱体试件，f＝1.6；R_max：粗轻集料能够产生的最大抗压强度；R_浆：单位体积水泥砂浆抗压强度；e_浆：砂轻集料混凝土中水泥砂浆的空隙率；β_浆：水泥砂浆在配制砂轻集料混凝土中所占表观体积比例。

如果混凝土的实际水泥用量C_实小于C＝C_胶+C_灰，只要混凝土中水泥用量大于水泥表观密度0.03倍kg/m³，则强度方程变为：

式中：C_少＝C_胶+C_灰-C_实的水泥用量，单位kg/m³。

混凝土强度方程适合任何混凝土——包括D.A.Abrams混凝土的强度计算。

10.混凝土强度增长规律：标准养护条件下，现代混凝土强度增长基本遵循“倍龄136”规律；即混凝土龄期增加一倍，强度在原来基础上增加0.136倍。用函数式表达为：

R_2n＝1.136R_n    ………………………………20

式1-式20中：C、S、W、H分别表示近单位体积混凝土中水泥、磨细矿粉、水、热挥发材料及其重量，e、P表示空隙率和表观密度，R表示混凝土抗压强度，V表示体积，n为任意正整数。

口袋理论能够解释混凝土学的很多未解现象。口袋理论在混凝土设计施工过程中的运用，极大地提高了混凝土的强度和耐久性，强度先知，强度可控，扩大了混凝土的使用范围。

发明人可以用数学方法证明口袋理论的绝大部分内容，这里略。

具体实施方式及内容：

合理的材料比例——包括合理重量比例和合理颗粒直径比例是现代混凝土生产的必要条件；合理材料比例加良好施工方法和良好施工工艺构成现代混凝土生产的充分必要条件。

一.现代混凝土配制方法：

现代混凝土按照步骤1-步骤8所列方法进行配制：

步骤1.确定配制混凝土的品种及强度：

(1)根据构造物所处环境、构件设计标准、施工条件、构件截面尺寸确定配制混凝土品种：

无骨料混凝土施工成本大于无粗集料混凝土；无粗集料混凝土施工成本大于自密实混凝土；自密实混凝土施工成本大于振捣混凝土；振捣混凝土施工成本大于强振捣混凝土；只要施工条件允许，我们应尽可能选择施工成本较低的混凝土。

(2)根据混凝土构件设计等级，确定混凝土设计抗压强度：

R₂₈ ^s＝1.15Rc    ………………………………1---1

式中，R₂₈ ^s：混凝土设计抗压强度；R_C：混凝土设计等级；

步骤2.根据现代混凝土填充定则，选择与混凝土相适应的优化的主要组成材料的颗粒直径范围：粗集料X、细集料Y、水泥C、磨细矿粉S₁、S₂、S₃、……、水W，并确定它们的表观密度P_x、P_y、P_c、P_s1、P_s2、P_s3、……、P_W；选择低热挥发性材料H，并确定它的表观密度P_H。

混凝土主要材料填充定则：混凝土主要组成材料中，同颗粒直径材料堆积空隙率取值范围为30％-53％，并且只有大一级材料颗粒直径是小一级材料颗粒直径的2.4倍以上时，小一级材料才能够完全填充到大一级材料形成的空隙中。

强振捣混凝土集料填充定则：在强振捣混凝土中，同颗粒直径集料空隙率取值范围30％-37％；并且只有大一级集料颗粒直径是小一级集料颗粒直径6.4倍以上18(7.46×2.41)倍以下时，小一级集料才能够填充到大一级集料形成的空隙中并且空隙最小。

碾压混凝土遵循强振捣混凝土集料填充定则。

振捣混凝土(塑性混凝土)集料填充定则：在振捣混凝土中，同颗粒直径集料空隙率取值范围38％-45％；并且只有大一级集料颗粒直径是小一级集料颗粒直径4.3倍以上10.6(4.37×2.41)倍以下时，小一级集料才能填充到大一级集料的空隙中并且空隙最小。

自密实混凝土集料填充定则：在自密实混凝土中，同颗粒直径集料空隙率取值范围46％-53％；并且只有大一级集料颗粒直径是小一级集料颗粒直径的2.4倍以上5.8(2.41×2.41)倍以下时，小一级集料才能填充到大一级集料的空隙中并且空隙最小。

以上定则称作现代混凝土填充定则。

泵送混凝土常常为塑性混凝土和自密实混凝土。

水胶比大于0.3小于0.42时，磨细矿粉颗粒直径及用量遵循自密实混凝土集料填充定则；水胶比大于0.2小于0.3时，磨细矿粉颗粒直径及用量遵循振捣混凝土集料填充定则；水胶比小于0.2时，磨细矿粉颗粒直径及用量遵循强振捣混凝土集料填充定则。

步骤3.确定混凝土组成材料的用量：

(1).运用混凝土最大堆集密度原理，确定配制近单位体积(接近一立方米)混凝土主要材料的用量：在合理重量比例和合理颗粒直径比例情况下，混凝土颗粒直径细一级材料完全填充到颗粒直径粗一级组成材料间形成的空隙中，使混凝土具有最小空隙率，最大堆集密度。

粗集料X＝P_x(A-e_x)    ……………………1---2

细集料Y＝e_xP_y(1-e_y)    ……………………1---3

水泥灰集料C_灰＝e_xe_yP_c(1-e_c)    ……………1---4

水泥胶凝物C_胶＝138kg/m³    …………………1---5

水泥总用量C＝C_灰+C_胶    ……………………1---6

磨细矿粉S₁＝e_xe_ye_cP_s1(1-e_s1)C/C_灰    ………………1---7

S₂＝e_xe_ye_ce_s1P_s2(1-e_s2)C/C_灰    ………1---8

S₃＝e_xe_ye_ce_s1e_s2P_s3(1-e_s3)C/C_灰    ……1---9

S_n＝e_xe_ye_Ce_s1e_s2e_s3……e_sn-1P_Sn(1-e_Sn)C/C_灰   ……1---10

S＝S₁+S₂+S₃+……+S_n    ………………………………1---11

水W＝e_Xe_Ye_Ce_SP_w    …………………………1---12

或W＝(C+S)W/C    ………………………………1---13

S₁、S₂、S₃、……分别为较粗、较细、细磨细矿粉、……；S_n比表面积至少是S_n-1比表面积的2.4倍，n为任意正整数。

理想的混凝土粗骨料粒径与细骨料的平均颗粒直径有关。细骨料的平均颗粒直径为0.35-0.85mm时，混凝土粗骨料的平均颗粒直径以1-6mm为优秀，粗骨料最大颗粒直径以不超过15mm为优良；细骨料的平均颗粒直径为0.86-2mm时，混凝土粗骨料的平均颗粒直径以2-15mm为优秀。由于我们经常使用的细骨料细度模数在2.3-3.7之间，即细骨料平均颗粒直径在0.35-2mm之间，混凝土粗骨料的颗粒直径以1-15mm为优。粗骨料最大颗粒直径大于15mm时，根据选择的集料空隙率，可以按照大颗粒直径粗骨料∶米级颗粒粗骨料＝1∶(0.4-1)的重量比例，加入粒径5-10mm(粒径最好为2-10mm)的米级颗粒粗骨料改善粗骨料粒径结构，使粗骨料粒径与细骨料之间的粒径比例关系相适宜，空隙率最小，建立骨料间优良的粒径比例关系。

因为有容重结合水的要求，防护混凝土使用足够数量的磨细矿粉。

微晶混凝土中，去掉水，即为高性能水泥。

配制无粗集料混凝土时，e_x＝1，式1---3为：

Y＝P_y(A-e_y)    …………………………1----3---1

式1---2、1---3---1中，A为混凝土工作性调整系数，A≤1；一般取A＝0.75-0.85；碾压混凝土取A＝0.8-1；喷射混凝土取A＝0.6-0.75。

配制高性能水泥时，e_x＝1，e_Y＝1，式1---4为：

C＝P_C(1-e_c)    …………………………1----4---1

W/C小于0.36时，高性能水泥的强度优势才能充分发挥出来。

(2).确定低热挥发性材料H的用量：

渗透混凝土中，渗透速度与低热挥发性材料H(注意扣除所含水分)的使用量成正比例关系，与环境温度有关。环境温度摄氏20℃以上时，低热挥发性材料H的使用量一般为5-20升/m³，最大为40升/m³，在混凝土中产生的贯通空隙为60-500升/m³；渗透物为水时，渗水速度10^-3-10厘米/秒。

步骤4.计算混凝土拌和物体积和混凝土空隙率：

混凝土拌和物体积为混凝土组成材料表观体积之和。

V_砼＝V_X+V_Y+V_C+V_S+V_W+V_H    ………………1----14

混凝土的空隙为水成空隙、气成空隙、低热挥发材料形成的贯通空隙之和。混凝土的空隙率计算公式为：

e_砼＝(V_W+V_g+V_Q)/V_砼×100％    …………………1----15

混凝土气成空隙V_Q与施工人员的施工水平、混凝土材料性质有关。施工水平材料性质良好时，混凝土气成空隙体积V_Q为混凝土表观体积的0-1％；施工水平材料性质一般或者较差时，混凝土气成空隙体积V_Q取混凝土表观体积的(2-3)％或者(3-5)％。

加入引气剂时，混凝土空隙率中应加上引气增加的空气空隙率。

水成空隙体积为：

V_W＝W-0.36S    ………………………………1----16

S为合格合理磨细矿粉总重量。

低热挥发性材料H产生的贯通空隙体积V_g：

$V_g=10V_h\sqrt{f}$ ………………………………1---17

式中：V_g：贯通空隙体积；V_h：热挥发性材料体积；f：与混凝土试件形状有关的混凝土常数：立方体试件，f＝1.9；高径比为2圆柱体试件，f＝1.65；高径比为2的棱柱体试件，f＝1.6。

有引气膨胀要求时，混凝土空隙率中应加上引气膨胀增加的空隙率。

步骤5.应用混凝土强度方程组，计算比较混凝土28天配制抗压强度R₂₈、设计抗压强度R₂₈ ^s，计算比较轻集料混凝土干表观密度P_SQ、要求表观密度P_SQ ^s：

普通集料混凝土和防护混凝土强度方程为：

m＝log_f100e_砼    ………………………………1---19

轻集料混凝土强度方程为：

m＝log_f100e_浆    ………………………………1---21

R_浆≥R_max时：

R₂₈＝R_max+β_浆(R_浆-R_max)    ……………………………1---22

如果R_max≥R_浆时：

R₂₈＝R_浆    ………………………………1---23

式1---18-式1---23中：R₂₈：标准养护条件下配制混凝土28天抗压强度；b：与水泥强度试验试件形状尺寸及材料比例有关的水泥常数：对ISO679-1989试验(GB/T17671-1999)，b＝4.1466；σ_I：水泥28天ISO679-1989法实测抗压强度；e_砼：配制混凝土的空隙率；m，根指数；f：与混凝土试件形状有关的混凝土常数：对150×150×150mm立方体试件，f＝1.9；对直径150mm高径比为2圆柱体试件，f＝1.65；对棱长150mm高棱比为2的棱柱体试件，f＝1.6；R_max：粗轻集料能够产生的最大抗压强度，与混凝土工作性调整系数A及轻集料的筒压强度F成正比；R_浆：单位体积水泥砂浆抗压强度；e_浆：砂轻集料混凝土中水泥砂浆的空隙率；β_浆：水泥砂浆在配制砂轻集料混凝土中所占表观体积比例。

计算比较砂轻混凝土干表观密度P_SQ、要求设计表观密度P_SQ ^s(普通集料混凝土和防护混凝土不需要计算比较)：

P_SQ＝(X+Y+C+S+W)/V_砼    ……………………………1---24

若R₂₈≥R₂₈ ^s并且R₂₈接近R₂₈ ^s，P_SQ接近P_SQ ^s并且误差小于3％，进行下一步骤6选择并确定外加剂。

若R₂₈＜R₂₈ ^s则调整W/C或水泥等级，返回步骤2、步骤3重新配制；

若R₂₈＞＞R₂₈ ^s，根据胶灰比分配定则，水胶比不变，水泥实际使用量C_实调整为：

C_实＝C-300(R₂₈-R₂₈ ^s)/R₂₈    …………………………1---25

磨细矿粉的用量也相应调整，以使配制混凝土强度与设计强度相接近，降低工程成本。

若P_SQ大于或者小于p_SQ ^s3％以上，则调整轻集料、砂、水泥、磨细矿粉的用量，使P_SQ接近P_SQ ^s并且误差小于3％。

式1---1-式1---25中：X、Y、C、S、W、J、H分别表示近单位体积混凝土中粗集料、细集料、水泥、磨细矿粉、水、减水型外加剂、低热挥发材料及其重量，e、P表示空隙率和表观密度，R表示混凝土抗压强度，V表示表观体积，胶表示胶凝物，灰表示灰集料，砼表示混凝土。

对防护混凝土，磨细矿粉的比表面积可以仅为水泥比表面积的1.5倍。因为有容重及结合水的要求，防护混凝土使用较多磨细矿粉及粗骨料；特别优化的水灰比为0.36-0.42，粗骨料粒径40mm以上、05-10mm两级配置，得到最大容重及结合水；若R₂₈＞＞R₂₈ ^s，采用较多增加矿粉用量方法调整防护混凝土的配制强度。

步骤6.选择合适的混凝土外加剂并确定其用量。

混凝土外加剂一般为高效减水剂。高效减水剂的用量与水泥种类、拌和物温度、减水剂的种类有关，以混凝土拌和物达到设计坍落度或达到设计坍落扩展度用量为准绳，一次或者分为多次加入混凝土内，用量一般为水泥和磨细矿粉总用量0.3％-3％，最大可用到水泥和磨细矿粉总量5％(申请人曾用到8％高效减水剂，缓凝现象严重)，最小可以不掺。有速凝、缓凝、引气、膨胀要求时，可加入适量减水型复合外加剂。

步骤7.根据步骤3和步骤6，确定混凝土拌和物近单位体积理论配合比；或根据拌和物体积确定混凝土拌和物单位体积理论配合比；做试件验证计算结果；

步骤8.按照步骤7确定的合格的理论配合比换算成施工配合比施工，做混凝土试件验证施工强度。

按照步骤1至步骤8对现代普通集料混凝土和防护混凝土进行的配制，计算结果和试验结果误差一般不超过5％，对轻集料混凝土进行的配制，计算结果和试验结果误差一般不超过10％。

在混凝土中加入合适表观体积的纤维，可以得到抗弯拉、抗冲击、抗剪、抗疲劳等性能得到极大提高的纤维混凝土。

二.现代混凝土拌和物配合比：按照现代混凝土配制方法配制的现代混凝土由粗集料、细集料、水泥、磨细矿粉、水、低热挥发性材料及减水外加剂中三种以上材料组成；混凝土主要组成材料间的颗粒直径比例为：大一级材料粒径与小一级材料粒径之比≥2.4；组成材料间的重量比例kg/m³为：粗集料X用量为粗集料表观密度P_X的0-0.8倍；细集料Y用量为细集料表观密度P_Y的0-0.8倍；水泥C用量为水泥表观密度P_C的0.02-0.8倍；较粗磨细矿粉S₁用量为较粗磨细矿粉表观密度P_S1的0-0.6倍；较细磨细矿粉S₂用量为较细磨细矿粉表观密度P_S2的0-0.4倍；细磨细矿粉S₃用量为细磨细矿粉表观密度P_S3的0-0.4倍；特细矿粉S₄用量为特细磨细矿粉表观密度P_S4的0-0.3倍；超细矿粉S₅用量为更细矿粉表观密度P_S5的0-0.2倍；......；低热挥发材料添加体积0-40升/m³；水；减水剂为水泥磨细矿粉总重量的0-5％；有速凝、缓凝、引气、膨胀要求时，加入合适剂量的复合外加剂。

对强振捣混凝土，特别优化的拌和物材料比例为(重量单位kg/m³)：大一级集料是小一级集料颗粒直径的6.4倍以上18倍以下；水胶比大于0.3小于0.42时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的2.4-5.8倍；水胶比0.2-0.3时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的4.3-10.6倍；水胶比小于0.2时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的6.4-18倍；粗集料X用量为粗集料表观密度P_X的0.35-0.6倍；细集料Y用量为细集料表观密度P_Y的0.18-0.28倍；水泥C用量为200-400；较粗磨细矿粉S₁用量为0-200；较细磨细矿粉S₂用量为0-100；细磨细矿粉S₃用量为0-60；特细矿粉S₄用量为0-30；超细矿粉S₅用量为0-16；……；水胶比不大于0.42的水；低热挥发材料H添加体积0-40升/m³；减水剂为水泥矿粉总量的0-5％；有速凝、缓凝、引气、膨胀要求时，加入适量的复合外加剂。

对防护混凝土，磨细矿粉的比表面积可以仅为水泥比表面积的1.5倍。因为有容重及结合水的要求，防护混凝土使用较多磨细矿粉及粗骨料；特别优化的水灰比为0.3-0.42，粗骨料粒径30-40mm、05-10mm两级配置，得到最大容重及结合水；若R₂₈＞＞R₂₈ ^s，采用较多增加矿粉用量方法调整防护混凝土的配制强度。

对振捣混凝土，特别优化的拌和物组成材料比例为(重量单位kg/m³)：大一级集料是小一级集料颗粒直径的4.3倍以上10.6倍以下；水胶比大于0.3小于0.42时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的2.4-5.8倍；水胶比0.2-0.3时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的4.3-10.6倍；水胶比小于0.2时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的6.4-15.6倍；粗集料X用量为粗集料表观密度P_X的0.3-0.55倍；细集料Y用量为细集料表观密度P_Y的0.2-0.3倍；水泥C用量为348-460；较粗磨细矿粉S₁用量为0-260；较细磨细矿粉S₂用量为0-130；细磨细矿粉S₃用量为0-70；特细矿粉S₄用量为0-40；超细矿粉S₅用量为0-20；……；水胶比不大于0.42的水；低热挥发材料H添加体积0-40升/m³；减水剂为水泥矿粉总量的0-5％；有速凝、缓凝、引气、膨胀要求时，加入适量的复合外加剂。

对自密实混凝土，特别优化的拌和物材料比例为(重量单位kg/m³)：大一级集料是小一级集料颗粒直径的2.4倍以上5.8倍以下；水胶比大于0.3小于0.42时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的2.4-5.8倍；水胶比0.2-0.3时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的4.3-10.6倍；水胶比小于0.2时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的6.4-18倍；粗集料X用量为粗集料表观密度P_X的0.25-0.5倍；细集料Y用量为细集料表观密度P_Y的0.22-0.32倍；水泥C用量为398-510；较粗磨细矿粉S₁用量为0-300；较细磨细矿粉S₂用量为0-160；细磨细矿粉S₃用量为0-80；特细矿粉S₄用量为0-40；超细矿粉S₅用量为0-20；……；水胶比不大于0.42的水；低热挥发材料H添加体积0-40升/m³；减水剂为水泥矿粉总量的0-5％；有速凝、缓凝、引气、膨胀要求时，加入适量的复合外加剂。

对自密实混凝土，要特别注意混凝土的装模速度和厚度，浇筑上层混凝土和浇筑下层混凝土之间至少要有10分钟以上的间隔时间，浇筑厚度以小于30cm为宜。

对砂轻混凝土配合比，特别优化的拌和物材料比例为(重量单位kg/m³)：粗一级集料是细一级集料直径的2.4倍以上；水胶比大于0.3小于0.42时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的2.4-5.8倍；水胶比0.2-0.3时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的4.3-10.6倍；水胶比小于0.2时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的6.4-18倍；粗集料X用量为粗集料表观密度P_X的0.25-0.5倍；细集料Y用量为细集料表观密度P_Y的0.22-0.32倍；水泥C用量280-510；较粗磨细矿粉S₁用量为0-260；较细磨细矿粉S₂用量为0-130；细磨细矿粉S₃用量为0-60；特细矿粉S₄用量为0-30；超细磨细矿粉用量为0-15；……；水胶比(水灰比)不大于0.42的水；减水剂为水泥磨细矿粉总用量的0.5-5％；低热挥发性材料使用体积为0-40升/m³；有速凝、缓凝、引气、膨胀要求时，加入适量的减水复合外加剂；

对无粗集料混凝土，特别优化的拌和物材料比例为(重量单位kg/m³)：大一级集料是小一级集料颗粒直径的2.4倍以上11倍以下；水胶比大于0.3小于0.42时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的2.4-5.8倍；水胶比0.2-0.3时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的4.3-10.6倍；水胶比小于0.2时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的6.4-18倍；细集料Y用量为细集料表观密度p_Y的0.2-0.7倍；水泥C用量为500-1000；较粗磨细矿粉S₁用量为0-600；较细磨细矿粉S₂用量为0-300；细磨细矿粉S₃用量为0-160；特细矿粉S₄用量为0-80；超细矿粉S₅用量为0-50；……；水胶比不大于0.42的水；低热挥发材料H添加体积0-40升/m³；减水剂为水泥矿粉总量的0-5％；有速凝、缓凝、引气、膨胀要求时，加入适量复合外加剂。

硅酸盐类水泥加磨细矿粉加外加剂即为高性能水泥——水胶比小于0.36时，可以充分发挥出其强度优势的高强度水泥。

对高性能水泥，特别优化的材料比例为(重量单位kg/m³)：粗一级材料颗粒直径是细一级材料颗粒直径的2.4-18倍；水泥熟料、石膏、助磨剂、矿物用量为1份；较粗磨细矿粉S₁用量为0.37-0.52份；较细磨细矿粉S₂用量为0-0.28份；细磨细矿粉S₃用量为0-0.15份；特细矿粉S₄用量为0-0.08份；超细矿粉S₅用量为0-0.05份；……。减水剂为水泥磨细矿粉总用量的0.5％-3％，和水泥熟料、石膏、助磨剂、矿物等一块粉磨。不同粒径细度矿粉分别粉磨，最后将制成的磨细硅酸盐水泥熟料石膏和磨细矿粉均匀混合，制成高性能水泥。

运用口袋理论配制的硅酸盐耐火混凝土标号高、密度大，耐火混凝土性能得到极大提高。

现代混凝土强度高，耐久强，一般不使用早强剂、加气剂、防水剂、阻锈剂。

实施效果：

使用32.5级水泥，合格砂石料，按照现代混凝土配制方法配制的合理比例的高强度混凝土，最低抗压强度也超过50Mpa；抗压强度30Mpa以下的混凝土，32.5级水泥的最低用量可以减少到200kg/m³以下。使用42.5级水泥，合格砂石料，按照现代混凝土配制方法配制的合理比例的碾压混凝土，抗压强度可以达到150Mpa以上。62.5级水泥配制的混凝土抗压强度可以达到200Mpa以上。

高强度混凝土的推广，必将大大拓展混凝土使用空间，节约大量原材料和基本建设资金；渗水型环保混凝土使用，将极大地保护我们的生存环境。现代混凝土的全面推广，全球每年可减少碎石开采20亿m³，可减少砂子开采10亿m³，节约水泥10亿吨，减少CO₂排放约6亿吨，全世界每年节约基本建设投资一万亿元人民币以上，仅中国每年至少可节约基本建设投资三千亿元人民币。

现代混凝土配制方法及现代混凝土配合比具有下列主要特点：

1、混凝土强度先知，强度可控，强度可调。

2、具有合理的材料比例。相邻两级集料粒径比大于2.4，较细一级集料重量应正好填充满较粗一级集料形成的空隙——合适颗粒直径、合适材料重量；粗集料最大颗粒直径一般不宜大于20mm，最好不大于16mm，并且不大于钢筋最小间距的二分之一；粗集料不要求连续级配；混凝土的高强度并不意味着混凝土中有较多的水泥用量。

3、具有很高抗压强度。合理材料比例的32.5级水泥、普通集料配制的高性能混凝土28d抗压强度最低也应该在50MPa以上；62.5级水泥普通集料配制的混凝土28d抗压强度可以达到200MPa以上；62.5级水泥配制的砂轻混凝土28d抗压强度可以达到100MPa以上。

4、具有超长耐久性。水灰比小于0.36时，混凝土不会发生水渗透；自然温度不能使水灰比小于0.36的混凝土发生冻融破坏；现代混凝土空隙率低，孔径小，渗透性低，强度高，必然是抗化学侵蚀、抗冲击和耐磨的；水胶比小于0.42的现代混凝土合理使用寿命应该在200年以上。

5、具有极高稳定性。现代混凝土无原始缺陷及原始裂纹，徐变收缩均较普通混凝土小，混凝土表面光滑，无气泡水泡出现，亦不会出现过震的砂纹。

6、具有很好工作性。如具有好的流动性、黏聚性、易密性、充填性，现代混凝土施工更容易，更便于施工。

7、具有很高适用性。混凝土应用范围进一步扩大，公铁路桥梁跨度可以更长，机场跑道可以更坚固，工民用房屋可以更高，大量取代钢结构等金属构件，有良好低温适应性……，高性能混凝土不会发生碱集料反应，适用范围更大。

8、具有很高经济性。强度的提高、使用寿命的延长，结构断面减小，现代混凝土拌和物本身并不高的成本……，同等规模的构筑物，现代混凝土投入成本更低、更少，为D.A.Abrams混凝土的2/3以下。

9、具有很高环保性。建设同等数量、同等规模的构筑物，高性能混凝土的水泥沙石料的用量可以减少1/3左右，达到节能降耗减排增效目的；渗透混凝土本身就是一种强调环保的混凝土。

现代混凝土主要特点也是本发明和D.A.Abrams混凝土的主要区别。

具体实施方式举例(仅讨论了立方体试件情况)：

本说明书举例对混凝土气成空隙均考虑为混凝土表观体积的1％。

例1.用P.o42.5级水泥(58Mpa)、合格砂、石、粉煤灰S₁、S₂、高效减水剂，试配C110塑性高强度混凝土。

一.确定混凝土设计强度：R_s ²⁸＝1.15×100＝115MPa塑性高强度混凝土二.确定混凝土组成材料的颗粒直径及表观密度：

碎石颗粒直径05-10mm；细度模数大于2.9中砂；水泥比表面积4.3-10.6倍粉煤灰S₁，S₁比表面积4.3-10.3倍以上粉煤灰S₂。

Px＝2750，Py＝2700，P_c 2680，Ps₁＝Ps₂＝1900

三.确定配制近单位体积(接近一立方米)混凝土主要组成材料的用量：

e_集＝40％，A＝0.8，W/C＝0.26

X＝2750×(0.8-0.4)＝1100kg

Y＝2700×(1-0.4)×0.4＝648kg

C_灰＝2680×(1-0.4)×0.4²＝257kg

C＝C_胶+C_灰＝138+257＝395kg

S₁＝1900×395/257(1-0.4)×0.4³＝112kg

S₂＝1900×395/257(1-0.4)×0.4⁴＝45kg

W＝(395+112+45)×0.26＝143..5kg

四.混凝土拌和物体积：V_砼＝0.4+0.4×6+395/2680+157/1900+0.1435＝1.014M³

混凝土空隙率：e_砼＝[(143.5-0.36×157)÷1014]×100％+1％＝9.58％

五.混凝土配制强度：m＝log_1.99.58＝3.521

$R_{28}=4.1466\×58\×(1-\sqrt[3.521]{0.0958})=116.97\mathrm{Mpa}>{R^s}_{28}=115\mathrm{Mpa}$

六.确定减水剂用量：高效减水剂用量为水泥矿粉用量1.8％时，混凝土已表现出良好工作性，坍落度已经超过10CM。

七.确定混凝土拌和物理论配合比：

X∶Y∶C∶S₁∶S₂∶W∶J＝1100∶648∶395∶112∶45∶143.5∶10上试件28天抗压强度为112-121MPa，7d抗压强度89Mpa。

例2.用P.o32.5级水泥(42.1Mpa)、高效减水剂、合格砂石料，配制C50自密实混凝土。

一.确定混凝土设计强度：R^s ₂₈＝58Mpa自密实混凝土

二.混凝土组成材料的颗粒直径及表观密度：碎石颗粒直径05-10mm；

细度模数大于2.7中砂；Px＝2750，Py＝2700，Pc＝2650；

三.确定配制近单位体积混凝土主要组成材料的用量：

e_集＝50％，A＝0.8，W/C＝0.28；

X＝2750×(0.8-0.5)＝825kg

Y＝2700×(1-0.5)×0.5＝675kg

C_灰＝2650×(1-0.5)×0.5²＝331kg

C＝C_胶+C_灰＝138+331＝469kg

W＝469×0.28＝131.3kg

四.混凝土拌和物体积：V_砼＝0.3+0.5×0.5+469/2650+0.1313＝0.858m³；

混凝土空隙率：e_砼＝131.3/858＝15.3％；

五.混凝土配制强度：m＝log_1.915.3＝4.24996，

$R_{28}=4.1466\×42.1\×(1-\sqrt[4.24996]{0.153})=62.3\mathrm{Mpa}>{R^s}_{28}=58\mathrm{Mpa}$

六.确定减水剂用量：当高效减水剂加到水泥用量2％时，上述配合比坍落度已经超过25CM，坍落扩展度已经达到60CM。

七.确定混凝土理论配合比：

X∶Y∶C∶W∶J＝825∶675∶469∶131.3∶9.4

对以上确定混凝土拌和物配合比，又分两种情况装入试模。

1.直接将拌制的6kg水泥量混凝土拌和物一次性加到一组15×15×15试模内，10分钟后多余混凝土从试模上流出，拆模后有可见气孔。7天强度41MPa，28天强度53MPa。

2.将拌制6kg水泥量混凝土拌和物分三次装入15×15×15一组试模内，每次间隔5-10分钟。装满试模后停5-10分钟沿试模周边各轻击十下，拆模后无可见气孔，7d强度为48MPa，28天强度为61-66MPa。

从例2可以看出，对自密实混凝土，装模速度将影响混凝土中空气逸出，降低混凝土强度。因此控制自密实混凝土装模速度是自密实混凝土施工应特别重视的一个问题。

例3.用P.o42.5级水泥(50.1Mpa)、高效减水剂、合格砂石料、磨细矿粉(粉煤灰)、汽油配制C60塑性渗透混凝土，环境温度摄氏20℃以上，渗水率0.001厘米/秒左右。

一.确定混凝土设计强度：R^s ₂₈＝69Mpa渗透混凝土

二.混凝土组成材料的颗粒直径及表观密度：

碎石颗粒直径05-10mm；细度模数大于2.7中砂；水泥比表面积4.3-10.3倍磨细矿粉S₁，S₁比表面积4.3倍以上磨细矿粉S₂。

Px＝2750，Py＝2700，Pc＝2680，Ps₁＝Ps₂＝1900，P_H＝660

三.确定近单位体积混凝土主要组成材料的用量：

e_集＝40％，A＝0.8，W/C＝0.28，

X＝2750×(0.8-0.4)＝1100kg

Y＝2700×(1-0.4)×0.4＝648kg

C_灰＝2680×(1-0.4)×0.4²＝257kg

C＝C_胶+C_灰＝138+257＝395kg

S₁＝1900×395/257(1-0.4)×0.4³＝112kg

S₂＝1900×395/257(1-0.4)×0.4⁴＝45kg

W＝(395+112+45)×0.26＝143.5kg

H＝5升重3.3kg

四.混凝土体积：V_砼＝0.4+0.24+395/2680+157/1900+0.1435+0.005＝1.019M³；

混凝土空隙率：e_砼＝[(143.5-0.36×157+10×5)÷1019]×100％+1％＝14.44％

五.混凝土配制强度：m＝log_1.914.44＝4.1598，

$R_{28}=4.1466\×50.1\×(1-\sqrt[4.1598]{0.1444})=77.3\mathrm{Mpa}>{R^s}_{28}=69\mathrm{Mpa}$

六.确定混凝土减水剂用量：高效减水剂用量为水泥矿粉用量2％，混凝土已经有良好工作性。

七.确定混凝土理论配合比：X∶Y∶C∶S1∶S2∶W∶J∶H＝1110∶648∶395∶112∶45∶143.5∶11∶5

上混凝土试件28天抗压强度为74-79MPa，渗水率为10^-3厘米/秒。

例4.用P.o42.5级水泥(58Mpa)合格砂、石、磨细矿粉S₁、S₂，高效减水剂，试配C120振动碾压混凝土。

.一.确定混凝土设计强度：R^s ₂₈＝1.15×120＝138Mpa振动碾压混凝土

二.确定混凝土组成材料的颗粒直径及表观密度：

颗粒直径05-10mm碎石40％，颗粒直径20-40mm碎石60％(全部为05-10碎石亦可以)；中粗砂细度模数大于2.8；水泥比表面积4.3-10.3倍磨细矿粉S₁，S₁比表面积4.3-10.3倍磨细矿粉S₂。

Px＝2750，Py＝2700，Pc＝2680，Ps₁＝Ps₂＝1900；

三.确定近单位体积混凝土主要组成材料的用量：

e_集＝30％，A＝0.88，W/C＝0.24；

X＝1513，其中：20-40mm碎石908kg，05-10mm碎石605kg，

Y＝567，C_灰＝169，C＝307，S₁＝56，S₂＝22，W＝92.4

四.混凝土拌和物体积：V_砼＝1.038M³；混凝土空隙率：e_砼＝7.1965％

五.混凝土配制强度：m＝log1.97.1965＝3.0748，

$R_{28}=4.1466\×58\×(1-\sqrt[3.0748]{0.071965})=138.3\mathrm{Mpa}>{R^s}_{28}=1387\mathrm{Mpa}$

六.确定减水剂用量：高效减水剂用量为1％，混凝土已经有良好工作性。

七.确定混凝土理论配合比：

X∶Y∶C∶S₁∶S₂∶W∶J＝1513∶567∶307∶56∶22∶92.4∶4

上述强震捣立方体试件28天抗压强度应该在135-143Mpa之间。

例5.用P.o32.5级水泥(42.1Mpa)，合格砂、石料，高效减水剂，配制C25混凝土。

R^s ₂₈＝30Mpa；碎石颗粒直径05-10mm；细度模数大于2.7中砂；

Px＝2700，Py＝2680，Pc＝2650；e_集＝35％，A＝0.80，W/C＝0.5，

X＝1215kg，Y＝610kg，C_灰＝211kg，C＝349kg，W＝143.5kg

V_砼＝0.984M³；e_砼＝18.8％；m＝4.5709，

$R_{28}=4.1466\×42.1\×(1-\sqrt[4.5709]{0.1818})=54.3\mathrm{Mpa}>>{R_{28}}^s=30\mathrm{Mpa}$

C_实＝349-300×(54.3-30)/54.3＝215kg

高效减水剂用量为水泥用量2％，混凝土已经有良好工作性。

X∶Y∶C∶W∶J＝1215∶610∶215∶107∶4.3

以上配合比28天试件抗压强度为30-35MPa。

Claims (9)

1.一种现代混凝土配制方法，其特征在于运用发明人发现的混凝土规律，并按照下列步骤对混凝土进行配制：

(1)确定试配混凝土的品种及混凝土设计抗压强度R₂₈ ^s、设计抗弯拉强度R_L ^s；

(2)运用现代混凝土填充定则，选择与混凝土相适应的主要组成材料颗粒直径范围：粗集料、细集料、水泥、磨细矿粉、水，并确定它们的表观密度；选择低热挥发性材料，并确定它的表观密度；

(3)确定混凝土组成材料的用量：

运用混凝土最大堆集密度原理，确定近单位体积混凝土粗集料、细集料、水泥、磨细矿粉、水的重量用量；

按照渗透速度确定低热挥发性材料的使用量；

(4)计算混凝土拌和物的体积和混凝土空隙率；

(5)应用混凝土强度方程组，计算比较混凝土28天配制抗压强度R₂₈、设计抗压强度R₂₈ ^s，计算比较砂轻混凝土干表观密度P_SQ、要求表观密度P_SQ ^s；

若R₂₈≥R₂₈ ^s并且R₂₈接近R₂₈ ^s，P_SQ接近P_SQ ^s并且误差小于3％，进行下一步骤(6)，选择外加剂；

若R₂₈＜R₂₈ ^s，则调整W/C或水泥等级，返回步骤(3)或者步骤(2)重新配制；

若R₂₈＞＞R₂₈ ^s，水胶比不变，调整水泥实际使用量，使试件强度与设计强度相接近；

若P_SQ大于或者小于P_SQ ^s3％以上，则调整轻集料、砂、水泥、磨细矿粉的用量，使P_SQ接近P_SQ ^s并且误差小于3％；

(6)选择合适的外加剂并确定其用量；

现代混凝土外加剂一般为高效减水剂，高效减水剂的掺用量以混凝土拌和物达到设计坍落度或者达到设计坍落扩展度的用量为准绳，一般为水泥矿粉总用量0-5％，一次或者多次掺用；

有速凝、缓凝、引气、膨胀要求时，加入合适剂量的减水复合外加剂；

(7)按照步骤(3)的计算、步骤(6)的实验，确定近单位体积混凝土拌和物理论配合比，或者确定单位体积混凝土拌和物理论配合比，做混凝土试件验证计算结果；

(8)将步骤(7)确定的合格的理论配合比换算成施工配合比进行施工，做混凝土试件检验施工结果。

2.根据权利要求1所述的现代混凝土配制方法配制的混凝土配合比，其材料组成特征在于配制的混凝土拌和物由粗集料、细集料、水泥、磨细矿粉、水、低热挥发性材料、减水型外加剂中三种以上材料组成；其材料颗粒特征在于：混凝土主要组成材料粗集料、细集料、水泥、磨细矿粉、水中，颗粒直径大一级材料是颗粒直径小一级材料颗粒直径的2.4倍以上；其组成材料重量特征kg/m³在于：粗集料X用量为粗集料表观密度P_X的0-0.8倍；细集料Y用量为细集料表观密度P_Y的0-0.8倍；水泥C为水泥表观密度P_C的0.06-0.8倍；较粗磨细矿粉S₁用量为较粗磨细矿粉表观密度P_S1的0-0.6倍；较细磨细矿粉S₂用量为较细磨细矿粉表观密度P_S2的0-0.5倍；细磨细矿粉S₃用量为细磨细矿粉表观密度P_S3的0-0.4倍；特细矿粉S₄用量为特细磨细矿粉表观密度P_S4的0-0.3倍；超细矿粉S₅用量为更细矿粉表观密度P_S5的0-0.2倍；水；减水剂为水泥磨细矿粉总用量的0-5％；低热挥发性材料使用体积0-40升/m³；有速凝、缓凝、引气、膨胀要求时，加入合适剂量的减水复合外加剂。

3.根据权利要求1所述的现代混凝土配制方法，对强振捣混凝土和碾压混凝土配合比，其主要组成材料特别优化的颗粒间直径比例特征在于：粗一级集料是细一级集料直径的6.4倍以上18倍以下；水胶比大于0.3小于0.42时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的2.4-5.8倍；水胶比0.2-0.3时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的4.3-10.6倍；水胶比小于0.2时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的6.4-18倍；其组成材料重量比例kg/m³特征为：粗集料X用量为粗集料表观密度P_X的0.35-0.6倍；细集料Y用量为细集料表观密度P_Y的0.18-0.28倍；水泥C用量为280-400；较粗磨细矿粉S₁用量为0-200；较细磨细矿粉S₂用量为0-100；细磨细矿粉S₃用量为0-50；特细矿粉S₄用量为0-30；超细磨细矿粉为0-16；水胶比不大于0.42的水；减水剂为水泥磨细矿粉总用量的0.5-5％；低热挥发性材料使用体积0-40升/m³；有速凝、缓凝、引气、膨胀要求时，加入合适剂量的减水复合外加剂。

4.根据权利要求1所述的当代混凝土配制方法，对振捣混凝土配合比，其特别优化的主要材料间颗粒比例特征在于：粗一级集料是细一级集料直径的4.3倍以上10.4倍以下；水胶比大于0.3小于0.42时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的2.4-5.8倍；水胶比0.2-0.3时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的4.3-10.6倍；水胶比小于0.2时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的6.4-18倍；其重量比例kg/m³特征为：粗集料X用量为粗集料表观密度P_X的0.3-0.55倍；细集料Y用量为细集料表观密度P_Y的0.2-0.3倍；水泥C用量348-460；较粗磨细矿粉S₁用量为0-280；较细磨细矿粉S₂用量为0-130；细磨细矿粉S₃用量为0-60；特细矿粉S₄用量为0-30；超细磨细矿粉用量为0-15；水胶比(水灰比)不大于0.42的水；减水剂为水泥磨细矿粉总用量的0.5-5％；低热挥发性材料添加体积0-40升/m³；有速凝、缓凝、引气、膨胀要求时，加入合适剂量的减水复合外加剂。

5.根据权利要求1所述的当代混凝土配制方法，对自密实混凝土配合比，其特别优化的主要材料间颗粒比例特征在于：粗一级集料是细一级集料直径的2.4倍以上5.8倍以下；水胶比大于0.3小于0.42时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的2.4-5.8倍；水胶比0.2-0.3时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的4.3-10.6倍；水胶比小于0.2时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的6.4-18倍；其重量比例kg/m³特征为：粗集料X用量为粗集料表观密度P_X的0.25-0.5倍；细集料Y用量为细集料表观密度P_Y的0.22-0.32倍；水泥C用量398-510；较粗磨细矿粉S₁用量为0-300；较细磨细矿粉S₂用量为0-160；细磨细矿粉S₃用量为0-80；特细矿粉S₄用量为0-40；超细磨细矿粉用量为0-20；水胶比(水灰比)不大于0.42的水；减水剂为水泥磨细矿粉总用量的0.5-5％；低热挥发性材料使用体积为0-40升/m³；有速凝、缓凝、引气、膨胀要求时，加入适量的减水复合外加剂。

6.根据权利要求1所述的当代混凝土配制方法，对砂轻混凝土配合比，其颗粒比例特征在于特别优化的组成材料间颗粒直径比例为：粗一级集料是细一级集料直径的2.4倍以上；水胶比大于0.3小于0.42时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的2.4-5.8倍；水胶比0.2-0.3时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的4.3-10.6倍；其重量比例kg/m³特征为：粗集料X用量为粗集料表观密度P_X的0.25-0.5倍；细集料Y用量为细集料表观密度P_Y的0.22-0.32倍；水泥C用量280-510；较粗磨细矿粉S₁用量为0-260；较细磨细矿粉S₂用量为0-130；细磨细矿粉S₃用量为0-60；特细矿粉S₄用量为0-30；超细磨细矿粉用量为0-15；水胶比(水灰比)不大于0.42的水；减水剂为水泥磨细矿粉总用量的0.5-5％；低热挥发性材料使用体积为0-40升/m³；有速凝、缓凝、引气、膨胀要求时，加入适量的减水复合外加剂。

7.根据权利要求1所述的当代混凝土配制方法，对防护混凝土配合比，其特别优化的主要材料间颗粒比例特征在于：粗一级集料是细一级集料直径的4.3倍以上10.4倍以下；水胶比大于0.35小于0.42时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的1.5-5.8倍；其重量比例kg/m³特征为：粗集料X用量为粗集料表观密度P_X的0.35-0.6倍；细集料Y用量为细集料表观密度P_Y的0.18-0.28倍；水泥C用量为100-400；较粗磨细矿粉S₁用量为100-600；较细磨细矿粉S₂用量为0-360；细磨细矿粉S₃用量为0-200；特细矿粉S₄用量为0-120；超细磨细矿粉用量为0-80；水胶比(水灰比)不大于0.42的水；减水剂为水泥磨细矿粉总用量的0.0-5％；有速凝、缓凝、引气、膨胀要求时，加入合适剂量的减水型复合外加剂。

8.根据权利要求1所述的当代混凝土配制方法，对无粗集料混凝土配合比，特别优化的拌和物材料比例为(重量单位kg/m³)：大一级集料是小一级集料颗粒直径的2.4倍以上11倍以下；水胶比大于0.3小于0.42时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的2.4-5.8倍；水胶比0.2-0.3时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的4.3-10.6倍；水胶比小于0.2时，粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的6.4-18倍；细集料Y用量为细集料表观密度P_Y的0.2-0.7倍；水泥C用量为500-1000；较粗磨细矿粉S₁用量为0-600；较细磨细矿粉S₂用量为0-300；细磨细矿粉S₃用量为0-160；特细矿粉S₄用量为0-80；超细矿粉S₅用量为0-50；水胶比不大于0.42的水；低热挥发材料H添加体积0-40升/m³；减水剂为水泥矿粉总量的0-5％；有速凝、缓凝、引气、膨胀要求时，加入合适剂量的减水型复合外加剂。

9.根据权利要求1所述的当代混凝土配制方法，对高性能水泥配合比，其颗粒比例特征在于特别优化的组成材料间颗粒直径比例为：粗一级磨细矿粉颗粒直径是细一级磨细矿粉颗粒直径的2.4-18倍；其重量比例kg/m³特征为：水泥熟料、石膏、助磨剂、矿物用量为1份；较粗磨细矿粉S₁用量为0.37-0.52份；较细磨细矿粉S₂用量为0-0.28份；细磨细矿粉S₃用量为0-0.15份；特细矿粉S₄用量为0-0.08份；超细磨细矿粉用量为0-0.05份；减水剂为水泥磨细矿粉总用量的0.5％-3％，和水泥熟料、石膏、助磨剂等一块粉磨；不同粒径细度矿粉分别粉磨，最后将制成的磨细硅酸盐水泥熟料和磨细矿粉均匀混合，制成高性能水泥。