紧密堆积混凝土配合比模型的建立
要求，又充分考虑了经济性。其主要步骤如下:
(1)通过利用四分法取样测单位重的逐次逼近，求得粉煤灰填充砂、粒径小的粗集料填入粒径大的粗集料中，以及前者的最佳混合物填入后者的最佳级配混合物最佳填塞率，进而由固态材料的最密实堆积体积求得相应的最小空隙(Vv) ; (2)由Vp=nVv确定水泥浆体积，即用浆量;
(3)通过1﹣Vp即固态实体总实际体积和粉煤灰、砂、石等原材料之间的比例关系，可分别求出粉煤灰、砂、石的用量;
(4)再由水胶比确定水泥实际用量和不使用减水剂时水的总用量;
(5)根据胶凝材料用量求出减水剂的用量，并进一步得出加入减水剂后水的实际用量。
这种方法由于使混凝土中固态材料处于最密实堆积状态，因此骨料和粉煤灰用量较多相应可以节省水泥，成型后的混凝土更密实，有利于强度和耐久性，由于粉煤灰和高效减水剂双掺增大了拌合物的流动性。
混凝土各用料的计算方法：
1)结合不同粉煤灰、砂、石骨料特性，通过致密系数α、β的确定，会得到粉煤灰与砂石致密堆积的最大堆积密度ρˊ0。由最大堆积密度可求得骨料在致密堆积状态下的空隙Vv 。
''?F'SG VV?1????????SG?F?? (2-4-1) ??式中，F'、?F分别代表混合骨料在最大堆积密度状态下粉煤灰的重量(kg/m3)及粉煤灰比重(kg/m3)；S'、?S 分别代表混合骨料在最大堆积密度状态下石子的重量(kg/m3)及石子比重(kg/m3 )；G' 、?G分别代表混合骨料在最大堆积密度状态下砂子的重量(kg/m3)及砂子比重(kg/m3)。
2)由致密系数α、β的定义知
??F/(F?S) (2-4-2)
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??F?S(F?S)?G (2-4-3)
设水泥浆体富裕系数为n，n值可以根据不同施工需要变化，一般情况下， n值介于1～1.5之间。则水泥浆体VP可用下式计算
VP?n?VV (2-4-4) 则混凝土中骨料的体积为
Va?1?Vp?F??S?GF?S? G将式(2-4-2)和式(2-4-3)带人式(2-4-5)中可求出各骨料的用量
S?Va????11?1??? ?1??????????1?F?S???????G G?S???1?????????? ?? F?S?????1??? ??
2)水泥、矿渣和用水量的计算
V?WFP? C??W??1 ?W?C W?(C?WF)?? 式中，?W、?3C分别代表水和水泥的比重(kg／m)。
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(2-4-5)
(2-4-6)
(2-4-7)
(2-4-8)
(2-4-9)
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第三章 试验研究
3.1试验设计思路
本课题研究的混凝土配合比设计方法不同于普通混凝土配合比设计方法。本方法研究重点是从混凝土的强度构成原理出发，借鉴体积法设计思想，提出紧密堆积结构组成，充分发挥集料的作用。
本实验主要从不同粒径粗集料的紧密堆积、砂作为填充粗骨料空隙颗粒的比例、粉煤灰作为填充砂空隙的颗粒比例、水泥净浆作为填充固结料等对水泥混凝土工作性与强度的影响，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方法。
3.2试验原理和方法
为实现理想的、最密实混凝土结构，切实可行的技术路线为首先是选用是5～
20 mm粒径碎石与20～31.5 mm的碎石级配，砂与粉煤灰紧密堆积以及混合石与混合砂的三级级配来确定最佳级配模式[7]，以实现“最大堆积密度、最小比表面积、最小孔隙率”的目标。
粗集料的密实程度通常利用振动试验或捣实试验进行分析。捣实试验是通过人工捣实确定粗集料的密实度；振动试验是模拟施工中机械外力振动，分为上振式和下振式，二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。
目前，水泥混凝土室内试验成型试件时主要采用下振式。因此，本研究采用下振式进行粗集料的振动填充试验，振实筒容积为10L。每组试验时，将集料分三次装料，每次装料后，振实筒底部放一直径为25mm的钢筋，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，加料直至超出筒口，然后用钢筋刮下超出筒口的颗粒，用合适颗粒填平凹处，使表面稍突起和凹陷部分大致相等，最后称试样和筒总重。每组试验平行试验3次，剔除异常值后，取算术平均值作为试验结果。
粉煤灰与砂振动填充试验与粗集料振动填充试验基本相同，不同之处在于本填
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充试验采用振动筒容量为1升，首先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。
已级配好的粉煤灰与砂的混合物填入已级配好的粗集料的混合物振动填充试验与上述的粗集料振动填充试验相同。
3.3试验仪器及设备
（1）试模：尺寸为100×100×100mm；
（3）标准砂石筛：孔径0.16～5.0mm，浙江上虞市公路仪器厂；
（4）WAY—300型电液式压力试验机：最大力值300KN，精度等级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，上海精密科学仪器有限公司； （7）电子天平：分度值0.1g，最大称量3Kg，上海友声衡器有限公司； （10）烧杯、量筒、铁锹、抹刀、搅拌机。
3.4试验原材料选择
水泥混凝土属于多相复合材料[8]，是以水泥为凝胶材料，碎石为骨料，经加水搅拌、浇筑成型、凝结固化成具有一定强度的人工石料，主要由粗集料、细集料、水泥和水组成。随着科技的发展，有时还掺加一些外加剂或矿料掺合料。ACI对混凝土的定义为：混凝土是一种复合材料，其本质为内部含有骨料颗粒及粘结基材的复合材料。水泥混凝土中任何一种的材料性质和组成比例的变化都对混凝土各种物理力学性能有着很大影响[9]。因此，原材料的性质及其控制是水泥混凝土配合比设计的基本内容。 3.4.1水泥
水泥属于水硬性无机胶凝材料[10]，是混凝土中最重要的材料，其强度、单位用量、性质等都对水泥混凝土的强度和耐久性有着重要影响。水泥强度等级的选择原则为：混凝土设计强度等级越高，水泥强度等级也应越高。例如：C40以下混凝土，
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一般选用强度等级32.5级；C45～C60混凝土一般选用42.5级，在采用高效减水剂等条件下也可选用32.5级；大于C60的高强混凝土，一般宜选用42.5级或更高强度等级的水泥；对于C15以下的混凝土，则宜选择强度等级为32.5级的水泥，并外掺粉煤灰等混合材料。为了满足强度要求，要保证混凝土中有足够的水泥，但不宜过多。因为水泥用量过多（低强水泥配制高强度混凝土），一方面成本增加；另一方面，混凝土收缩增大，对耐久性不利。水泥用量过少（高强水泥配制低强度混凝土），混凝土的黏聚性变差，不易获得均匀密实的混凝土，严重影响混凝土的耐久性。 3.4.2粗集料
混凝土中用的粗集料主要指粒径大于5mm的人工轧制碎石或卵石。在水泥混凝土中，粗集料所占的体积达到40%以上，所以在混凝土设计中占有很重要的位置
[11]
。混凝土中的粗集料，可以显著减少混凝土成分中的水泥用量，改善混凝土的性
能。高强度粗集料构成的骨架结构，可提高混凝土的强度及其抗变形能力，减少在荷载作用下结构的变形及混凝土的徐变。粗集料还会减少混凝土的收缩，从而增强混凝土耐久性。水泥石在硬化时的收缩可达到1～2mm/m，由于不均匀的收缩变形，水泥石会产生内应力，甚至出现微裂缝，而粗集料能承受收缩应力，使混凝土的收缩比水泥石减少数倍。
粗集料的粒径大小、表观特性、级配组成对混凝土的工作性和强度影响很大。表面空隙多、粗糙、棱角明显的粗集料，需要较多的水泥砂浆去填充集料表面空隙，降低集料之间的摩阻力以满足工作性要求；而卵石只需要较少水泥砂浆就可以达到相同的工作性。粗集料的级配组成不同混凝土的工作性也不同，其根本原因是每种级配结构类型的空隙率和集料的总表面积有所不同。一般来说，良好的级配应当是：（1）粗集料空隙率要小，以节约水泥量；（2）集料总表面积要小，以节约润湿集料的需水量；（3）要有适当的细颗粒，以满足混凝土拌合物的工作性[12]。集料粒径越大，单位重量集料表面积越小，用水量就越少，在达到规定的和易性的条件下，可以降低水灰比；但是粒径过大，会减少集料与基体的粘结面积，还可能在集料内部留有大的缺陷，也会造成混凝土强度下降。随着粗集料最大粒径的增大，骨料对混凝土强度的影响也增大，但是配制富浆混凝土[13]（水泥用量最大的混凝土）时，
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