第五届高强度混凝土设计大赛队名：队员：一、设计依据：1．GJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》2．JGJ55-2011《自密实混凝土应用技术规程》3．50119-2003《混凝土外加剂应用技术规范》4．BJT46-90《粉煤灰混凝土应用技术规程》5．JGJ28-86《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》7．GJ52-79《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》8．GJ53-79《普通混凝土碎石或卵石质量标准及检验方法》9. GB50204-2011《混凝土结构工程施工质量验收规范》10.赵铁军教授的《双掺高性能混凝土配合比实验研究》二、设计要求1.自密实混凝土配合比设计原则(1)自密实混凝土配合比设计应采取绝对体积法。
(2) 自密实混凝土要求拌合物在保持大流动性的同时增加粘聚性。
国内外一般均采取增加胶结材与惰性粉体量的方法，也可以采取掺用一部分增粘剂的方法。
关于自密实混凝土粉体量欧洲规范则规定为160L-240L浆体用量320L-400L。
(3)在增加胶结材浆体粘性的同时，还要保持大流动性，就需要选择优质高效减水剂。
宜选用减水率大于30％的聚羧酸系高效减水剂。
(4 )要选用粒型与级配较优的粗细骨料，并限定粗骨料的最大粒径。
关于粗骨料最大粒径，规范规定粗骨料最大粒径为20 mm或25mm。
在增加粉体量的同时，粗骨料用量也相应减少。
规范规定粗骨料用量为280 L-350 L。
2.自密实混凝土用料选择(1)水泥水泥的主要问题是与外加剂的相容性、标准稠度用水量和强度问题，水泥与外加剂是否相适应，决定着能否配制出某个强度等级的自密实混凝土，因此应选用较稳定的水泥。
规范建议使用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，也可使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。
（2）粗骨料宜选用4.75~20mm连续级配的碎（卵）石或 4.75～10mm和10～20mm两个单粒级配碎（卵）石。
石子的孔隙率应低于40%。
最大粒径可选择25mm，应严格控制针片状含量<8%。
（3）细骨料宜选用2区中砂或中粗砂。
细砂的使用易导致外加剂用量的增加，成本提高，所配制的自密实混凝土粘性较大，粘性较低时易发生泌浆、抓底等问题；粗砂的使用易导致粉体用量较高，成本增加(4) 矿物掺合料粉煤灰是自密实混凝土最常用的活性掺合料，具有“活性效应”、“界面效应”、“微填充效应”和“减水效应”。
在自密实混凝土中，要求充分发挥这些效应，一是要求活性掺合料的颗粒与水泥颗粒在微观上应形成级配体系；二是球形玻璃体含量要求高，因为球形玻璃体掺合料的减水效应显著，需水量比可大大降低。
矿粉的火山灰效应高，因此能改善自密实混凝土硬化后的孔结构和强度；矿渣由于细度较高，能显著提高自密实混凝土拌和物的流动速度，改善其流变性能，且对改善自密实混凝土的早期孔结构有一定作用。
利用粉煤灰和矿粉的物理效应、填充效应和火山灰效应，不但能提高混凝土的工作性，而且能增强硬化后混凝土的耐久性。
(5) 外加剂自密实混凝土具备的高流动性、抗离析性、间隙通过性和填充性这四个方面都需要以外加剂的手段来实现，因此对外加剂的主要要求为：a) 与水泥的相容性好; b) 减水率大；c) 缓凝、保塑。
高性能减水剂的主要成分几乎都是聚合物电解质类，它们对水泥和混凝土具有高的分散作用，能较好地保持混凝土的坍落度，适宜的减水剂能改善固液两相之间的摩擦，改善拌合物体系剪切阻力，为使新拌混凝土具有较小的屈服值，主要技术途径是采用高效减水剂。
掺这类外加剂可以使混凝土拌合物的流动性大大提高，或者在保持相同流动性的情况下大幅度减少混凝土拌合物的用水量，同时可使混凝土具有高耐久性。
一般选用聚羧酸类高效减水剂。
3.根据大赛提供原材料选择符合条件的材料材料设计参数水泥：密度3140kg/m3强度标号42.5强度富余系数 1.10石子：类型碎石级配单粒级配（人工配合使之连续级配）最大粒径20 mm表观密度2700kg/m3砂：细度模数范围中砂表观密度2650kg/m3减水剂：聚羧酸减水剂比例掺量 1.5%减水率30%粉煤灰：级别一级表观密度2300kg/m3矿粉：级别 S95级矿粉表观密度2500kg/m3四、配合比设计（自密实性能设计和强度设计）采用绝对体积法进行配合比设计，先进行工作性能设计后校核强度。
初期配合比计算1、单位体积粗骨料用量（V g）根据坍落度拓展度要求，自密实等级Ⅱ级，单位体积粗骨料量取320L ，满足推荐值0.30m 3～0.33m 3。
V g =320L ，m g =864kg 。
2、确定单位体积用水量（V w ）、水粉比（W/P ）和粉体体积（V p ）单位体积用水量取180 L ，水粉比取0.9，通过V p = V w /(W/P ）计算得到粉体体积V p =200 L,满足推荐值0.16m 3～0.23m 3。
则浆体用量360L ，满足推荐值0.32m 3～0.4m 3。
3、确定含气量（V a ）根据经验设定自密实混凝土的含气量为1.5%，即15L 。
4、计算单位体积细骨料（V s ）和砂率（S p ）细骨料中含2%的粉体，可用绝对体积法计算V s ，公式如下： V g +V p + V w +V a +(1−2%) V s =1000 代入数值即可，V s =290L ，m s =768 kg S p =MpMs Ms=0.47 符合自密实混凝土砂率要求。
5、单位体积胶凝材料用量（V b ）V b = V p −2%V s =194L6、确定水灰比（W/C ）和理论水泥用量（m co ）自密实混凝土强度要求：强度等级 C45按照《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55进行水灰比的设计计算, 规程规定混凝土强度保证率必须达到95%，此时对应的保证率系数t=1.645,由下式得：ƒcu.h= ƒcu.k+1.645×5.0=54Mpa水泥实际强度ƒce 可按下式求得： ƒce=K C ׃ce.k=46 Mpa 此处富余系数K C =1.10C W = fce B A fcu.h fc.e A ⨯⨯+⨯=4620.053.0544653.0⨯⨯+⨯=0.41 其中，根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2011）提供的参数：碎石：A=0.53，B=0.20根据水灰比，m co = m w /（W/C ）=439 kg ，V c =140 L 7、确定单位体积掺合料量和实际水泥用量m c理论水泥体积140 L ，不能满足通过自密实性能计算出的194L 粉体的要求，综合考虑混凝土的强度要求和掺合料性能可采用超量取代的方法，不足的部分由活性掺合料补充。
已知粉煤灰超量取代数1.4，取代水泥率X 1；S95矿粉超量取代数1.4，取代水泥率X 2 ；参考赵铁军教授的《双掺高性能混凝土配合比实验研究》以粉煤灰和矿粉1：2的比例进行掺量,可以满足混凝土强度和耐久性要求。
按下式计算确定掺合料的掺量：m co （1− X 1− X 2）/ρc + m co ×1.4×X 1/ρf + m co ×1.4×X 2/ρk =V p可求得：X 1=15% X 2=30% 所以，实际水泥及掺合料用量：m c =439×（1-45%）=242 kg m f =439×15%×1.4=95 kg m k =439×30%×1.4=187 kg式中，m f m k ρc ρf ρk 分别为实际粉煤灰用量、矿渣用量、水泥密度、粉煤灰密度、矿渣密度。
通过上述计算得到水泥的实际用量和掺合料用量。
8、确定水胶比（W/ B ）W/ B= W/（m c+ m f +m k）=0.349、减水剂聚羧酸系高效减水剂用量为胶凝材料用量的1.5%。
配合比设计表五、配制过程1. 仪器设备台秤，称量50kg，感量50g；量筒（100mL）；天平；拌铲与拌板等。
2. 制作步骤（1）材料准备1）按基准配合比称取定量的水泥、粉煤灰、矿粉并将其掺和均匀2）按基准配合比称取定量的砂、水、石子（2）试件制备1）将称取的砂、石子、水泥、粉煤灰、矿粉掺和均匀2）将水分三次添加，第一次添加三分之二，第二次、第三次分别添加六分之一并拌合减水剂，使混凝土搅拌均匀3）将制拌均匀的混凝土放入模具内制备试块。
4）三天后拆除模具并养护，七天后测量试块的抗压强度。
5）从开始加水起全部操作必须在30min内完成。
六、混凝土坍落度的测定1. 仪器设备（1）坍落度筒：由薄钢板或其他金属板制成截头圆锥形。
（2）捣棒（端部应磨圆）、装料漏斗、小铁铲、钢直尺、镘刀等。
2. 实验步骤(1)首先用湿布润湿坍落度筒及其他用具，将坍落度筒置于铁板上，漏斗置于坍落度筒顶部并用双脚踩紧踏板。
（2）用铁铲将拌好的混凝土拌和料分三层装入筒内，每层高度约为筒高的1/3。
每层用捣棒沿螺旋方向由边缘向中心插捣25次。
插捣底层时应贯穿整个深度，插捣其他两层时捣棒应插至下一层的表面。
（3）插捣完毕后，除去漏斗，用镘刀刮去多与拌和物并抹平，清除筒四周拌和物，在5～10s内垂直平稳地提起坍落度筒。
随即量测筒高与坍落后的混凝土试体最高点之间的高度差，即为混凝土拌和物的坍落度值。
（4）从开始装料到坍落度筒提起，整个过程应在150s内完成。
当坍落度筒提起后，混凝土试体发生崩坍或一边剪坏现象，则应重新取样测定坍落度；如第二次仍出现这种现象，则表示该拌和物和易性不好。
（5）在测定坍落度过程中，应注意观察粘聚性与保水性。
3. 实验结果（1）稠度以坍落度表示，单位mm，精确至5mm。
（2）粘聚性以捣棒轻敲混凝土锥体侧面，如锥体逐渐下沉，表示粘聚性良好；如锥体倒坍、崩裂或离析，表示粘聚性不好。
（3）保水性提起坍落度筒后，如底部有较多稀浆析出，骨料外露，表示保水性不好；如无稀浆或有少量稀浆析出，表示保水性良好。
七、配合比的调整与确定根据新拌混凝土的实验结果，对外加剂、单位用水量、单位体积粉体量（水粉比）和单位体积粗骨料用量进行适当调整，使之符合坍落度和坍落扩展度以及保水性、粘聚性要求。
八、方案创新性和经济性粉煤灰和矿粉的掺入，使得多组分矿物复合在一起发挥“复合化超叠加效应”，可以充分发挥各自优势，其各自的形态效应、微集料效、火山灰效应相互作用，同时掺有不同粒径和粒度分布的矿物掺合物，可以提高浆体的密实堆积程度，发挥“密实堆积效应”，使得胶凝材料水化加快，混凝土孔隙率降低，微观结构变得的均匀，产生优良的力学性能和耐久性能。
矿粉和粉煤灰双掺使用，二者发挥“优势互补效应”，无论是坍落度还是扩展度比单掺都有明显的改善，且整体和易性良好。
1.掺合料对混凝土强度影响粉煤灰的掺入可以提高混凝土的较高的后期强度，但早期强度发育较慢。