全计算法HPC砼设计
（刘良亚整理于2008-4-11）Hpc配合比设计的理论基础为王栋民、陈建奎教授研究发展的hpc配合比设计全计算法。
2.1Hpc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，水泥用量小，细掺量多
材料组成及用量合理，满足耐久性及特殊性能要求
掺加新型高效减水剂，改善与提高砼的多种性能。
2.2全计算法配合比设计的技术基础
砼各种组成材料（包括固、液、气三相）具有体积加和性；
石子的空隙由干砂浆来填充；
干砂浆由水泥、细掺料、砂和空气所组成。
该模型假定砼总体积为1m3（1000L），由水、水泥、细掺料、空气、砂、石部分组成，对应的体积分别为vw. Vc. Vf. Va.vs.vg.,浆体体积（Ve）=Vw+vc+vf+va，vs+vg（骨料体积）=1000-ve；干砂浆体积（ves）=vc+vf+va+vs.在HPC配合比计算时，式中ve和ves应根据原材料及施工现场具体确定，理论值可作为参考。
□C50HPC配合比设计实例
我们假定ve=350；ves=460，砼含气量4%。
原材料采用P.O42.5低碱水泥，细集料采用渭河Ⅱ区中砂，细度模数2.8，粗集料为二级级配碎石，最大粒径25mm；外加剂为聚羟酸高效减水剂，试验减水率26%，掺量（1.0%×胶体材料用量）；各原材料经检验符合（客运专线高性能砼暂行技术条件）要求。
3.1配制强度=50+1.645*6=60MPa fcu。
p——砼试配强度（mpa）；
fcu。
0——砼设计强度（mpa）；Ó——强度标准差（mpa）；
3.2水胶比=1/（（60/0.48*42.5*1.09）+0.52）=0.31
A B―――回归系数;
回归系数AB资料显示以下取值都有人用过，而且更倾向于后者，实际上水胶比很大程度
上已经验确定，因此读者可以根据具体情况及经验计算选取更合理的水胶比。
表1 回归系数选用表
3.3用水量―――――3
＝（350-40）/（1+0.335/0.31）＝149kg/m3
其中0.335为体积掺量有关。
计算表明体积掺量的变化对掺量系数影响不大，见下表。
在一般计算中采用0.335就可以，当细集料的密度与设计值相差较大时，可用下表系数进行精确用水量计算。
表2 细集料的体积掺量对系数的影响
（注：括号内为质量掺量（%））
3.4胶凝材料用量
Mb=mc+mf+mk=w/（w/b）=149/0.31=481kg
取mf=mk=100kg mc=281kg
w/b-----------氺胶比；
mb、mc、mf、mk、分别为每立方米胶凝材料、水泥、粉煤灰、矿粉用量（kg）；
3.5砂率及集料用量---------------4
=（460-350+149）/（1000-350）=40
容重取2380kg/m3 可得ms=700kg/m3 mg=kg/m3
Sp------------砼砂率；
Ms、mg----------砂、石每方用量（kg）；
3.6配合比计算结果汇总
表3 C50HPC的配合比计算结果
3.7砼拌合物性能
根据以上计算的配合比设计值，试拌的砼拌合物性能如下表所示：
表4 新办砼拌合物性能
3.8砼耐久性指标检测结果 表5 砼各项检测结果
4总结及体会
4.1关于ve 及ves
通过对HPC 配合比的试配和调整工作，发现低标号或低坍落度砼在ve 小于350L 时，也具有很好的工作性和和易性，具体范围见下表：
注：c30砼分为墩身和灌注桩两种，这两个配合比无论从坍落度、容重，还是含气量方面都有较大的差别，因此数据离散较大。
F------粉煤灰；k---------矿粉
可以看出对于高强度度的HPC 由于胶凝材料用量大，浆体体积ve 基本在350L 左右，而对于c50以下标号HPC,浆体体积
ve 基本处于300~330之间。
另外，根据配合比全计算法理论，可由碎石最大粒径，通过表观密度和堆积密度得出空隙率，进而计算出ves ，
但以上计算中未考虑砼含气量大于其自然状态下含气量（约1%）的情况，例如加入引气成分。
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：
Ves=（Q-1%）*1000+ves取用值----------5
Q------砼设计含气量（%）
这是砼配合比全计算法在实际应用中的一个问题。
这也是在例子中我们假定ves=460的原因。
4.2关于细掺料掺量问题
根据配合比全计算法理论，水泥和细掺料的体积比vc：vf=3：1，换算为细掺料质量掺量为21%时，满足ve=vw+vc+va，但试验研究证明：砼中粉煤灰掺量超过25%时，对砼的性能才会有明显的改善；而另一主要矿物掺合料——磨细矿渣通常在砼中的最佳掺量为30%~50%。
因此经过现场实际的拌合调整，最终确定细掺料的掺量范围见下表：
表8 HPC配合比参数表-2
在用配合比全计算法进行矿物细掺料的计算时，可结合水泥的性质、细掺料的性质权衡考虑，找到质量与成本的平衡点，再结合工程上的特殊要求，确定合适掺量。
4.3关于容重计算选取问题
在试验中发现，用配合比全计算法算出的砼容重普遍偏低，而且设计标号越低越明显，在上面所举的例子中，砂石料通过计算所得如下：
Ms=（ves-ve+w）×ps ------------------6
=（460-350+149）×2.65=686kg/m3
Mg=（1000-ves-w）×pg --------------------7
=（1000-460-149）×2.70=1056kg/m3
Ps、pg-----------------砂、碎石的密度（g/cm3）；
砼容重=2371kg/m3
此外随着引气成分的加入，砼含气量增加，密度会随之减少，根据密度与砼耐久性的关系，笔者认为根据砼设计含气量适当提高砼的容重是合适的。
在计算砂石料时我们仍可以沿用JGJ55-2000中的方法，先假定容重，根据砂率计算出砂石
用量，效果较好，此外因为这种方法经验成熟，也是我们采用的原因之一。
5结束语
由上论述可得出结论；全计算法建立了普遍适用的砼体积模型，由此推导出用水量公式和砂率计算公式，这是全计算法配合比设计的基础，它使得HPC配合比设计从半定量走向定量、从经验走向科学，是砼配合比设计的一大进步。
由于工程实际中原材料复杂多变，施工环境千差万别，工程要求不尽相同，所以砼耐久性是一个非常复杂的问题，涉及到很多其他的方面，还需要不断的探索研究。
参考文献
（1）陈建奎、王栋民（对高性能砼的再认识及全计算配合比设计）
（2）侯桂华、王孟军（关于高性能砼配合比设计全计算法应用的探讨）。