多組分混凝土強(qiáng)度理論研究

多組分混凝土強(qiáng)度理論研究第一頁，共193頁。多組分混凝土

教授級高工：朱效榮聯(lián)系電話：電子信箱：

第二頁，共193頁。

1、前言2、多組分混凝土理論3、混凝土石子填充模型4、毛細(xì)管微泵開裂機(jī)理5、結(jié)論第三頁，共193頁。1、前言

混凝土施工技術(shù)的發(fā)展是為了滿足不斷提高的各種社會需求，正是在這種情況下，混凝土的施工由現(xiàn)場攪拌進(jìn)入了預(yù)拌混凝土的時(shí)代，但大量使用混凝土外加劑、摻合料使原有的混凝土配合比設(shè)計(jì)方法不能滿足混凝土在現(xiàn)實(shí)條件下的施工配合比計(jì)算要求第四頁，共193頁。大體積混凝土和超大型建筑物的設(shè)計(jì)對混凝土硬化后表面質(zhì)量提出了更高的要求，在這種條件下，建立現(xiàn)代多組分混凝土強(qiáng)度理論的數(shù)學(xué)模型，完善現(xiàn)有的或者建立新的配合比設(shè)計(jì)方法，形成一整套新的混凝土強(qiáng)度理論體系和方法、工藝，是當(dāng)前混凝土工業(yè)界重要的課題，我們應(yīng)從理論上進(jìn)行不斷的探索、實(shí)踐和創(chuàng)新。第五頁，共193頁。1.1、技術(shù)路線結(jié)合建筑設(shè)計(jì)和施工建設(shè)對混凝土配合比及施工技術(shù)的要求，我們從三個(gè)方面對混凝土配合比及施工技術(shù)進(jìn)行研究。第六頁，共193頁。（1）選擇原材料：選擇合理的細(xì)度及顆粒級配，確保混凝土漿體的飽滿和粘結(jié)牢固。（2）配合比設(shè)計(jì)：建立多組分混凝土強(qiáng)度理論數(shù)學(xué)模型。第七頁，共193頁。（3）提出混凝土體積組成石子填充模型，推導(dǎo)出現(xiàn)代多組分混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算理論公式，編制現(xiàn)代多組分混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算軟件第八頁，共193頁。（4）塑性裂縫控制：建立了毛細(xì)管微泵開裂模型，通過合理的配合比設(shè)計(jì)、最佳二次抹壓時(shí)間和最佳覆蓋養(yǎng)護(hù)時(shí)間的確定以及充分而及時(shí)的濕養(yǎng)護(hù)減少了混凝土的塑性裂縫產(chǎn)生。第九頁，共193頁。

經(jīng)過以上幾個(gè)方面的研究，選擇出符合混凝土配比所用的原材料；推導(dǎo)出符合多組分混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算的理論公式，并編制現(xiàn)代多組分混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算軟件；第十頁，共193頁。提出通過合理的配合比設(shè)計(jì)、最佳二次抹壓時(shí)間和最佳覆蓋養(yǎng)護(hù)時(shí)間減少混凝土的塑性裂縫的量化數(shù)據(jù)公式。實(shí)現(xiàn)混凝土施工和硬化后的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到控制的要求。第十一頁，共193頁。2、多組分混凝土配合比

設(shè)計(jì)計(jì)算理論的建立

第十二頁，共193頁。2.1、概述

從20世紀(jì)波特蘭水泥大量應(yīng)用于混凝土實(shí)踐以來，混凝土工程技術(shù)人員對大量使用的混凝土強(qiáng)度理論進(jìn)行了不斷的探索，先后提出了多種假設(shè)和理論，以不同的角度闡述了混凝土強(qiáng)度的形成機(jī)理和影響因素。具體來說有以下幾種：第十三頁，共193頁。（1）水灰比強(qiáng)度公式：1918年艾布拉姆斯（D.A.Abrams）建立了水灰比強(qiáng)度公式。當(dāng)混凝土充分密實(shí)時(shí)，其強(qiáng)度與水灰比成反比。第十四頁，共193頁。

fC28=K1/K2W/C

式中K1、K2為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，W/C為混凝土拌合物的水灰比。

第十五頁，共193頁。1930年瑞典學(xué)者鮑羅米（Belomy）根據(jù)大量試驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，進(jìn)一步考慮了水泥強(qiáng)度因素之后，提出了混凝土的強(qiáng)度與水泥標(biāo)號及水灰比之間的關(guān)系式：第十六頁，共193頁。

fC28=AfCe［（C/W）-B］

式中fC28為混凝土28天抗壓強(qiáng)度，fCe為水泥的實(shí)際強(qiáng)度（MPa），W/C為混凝土拌合物的水灰比，A、B為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與骨料品種和水泥品種有關(guān)。

第十七頁，共193頁。

該公式認(rèn)為混凝土的強(qiáng)度取決于水泥石的性能，而水泥石的性能取決于自身的孔隙率，孔隙率高則強(qiáng)度低，要提高混凝土的強(qiáng)度必須降低水灰比，減少孔隙率——這種方法已經(jīng)為世界大多數(shù)國家所采用。第十八頁，共193頁。但隨著檢測技術(shù)的進(jìn)步。摻和料和外加劑的大量應(yīng)用，使這一指導(dǎo)性公式在A、B的選擇方面過于粗曠，與大多數(shù)的高性能混凝土的生產(chǎn)實(shí)踐不符，對現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)單位幾乎無法指導(dǎo)配合比設(shè)計(jì)或生產(chǎn)實(shí)踐。第十九頁，共193頁。（2）Powers的膠空比理論混凝土強(qiáng)度增大與膠空比的關(guān)系，所謂膠空比是已水化的水泥漿體積和毛細(xì)孔體積之和的比值。第二十頁，共193頁。

fC=AXn式中：X為膠空比，X=水化的水泥漿體積/毛細(xì)孔體積，A為一個(gè)常數(shù)，n為一個(gè)系數(shù)。第二十一頁，共193頁。

膠空比決定混凝土強(qiáng)度的本質(zhì)因素，它包含了水灰比的影響，也與水泥的水化程度有關(guān)，更能反映混凝土強(qiáng)度與毛細(xì)孔隙的關(guān)系。由公式可知：減少孔隙率，增大膠空比，能提高混凝土強(qiáng)度，這是Powers公式與Belomy公式的一致性。第二十二頁，共193頁。

但該理論由于A、n的不確定性和X的不可測，因此只能作為科研部門的一項(xiàng)測試原理，但在工業(yè)生產(chǎn)中卻無法直接應(yīng)用于指導(dǎo)配合比設(shè)計(jì)和指導(dǎo)生產(chǎn)。

第二十三頁，共193頁。（3）晶體理論導(dǎo)出的材料理論抗拉強(qiáng)度值fcmax=√Eγ/γ0式中：E----設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級混凝土彈性模量fcmax----材料的理論抗拉強(qiáng)度值γ----混凝土表面自由能γ0----分子間距，與材料密度成反比

第二十四頁，共193頁。

由上式可知：對混凝土而言γ0越小、E越大，γ越大，則強(qiáng)度越高。即混凝土越密實(shí)，則γ0越小，強(qiáng)度越高。選用的材料組合彈性模量越高則強(qiáng)度越強(qiáng)。

第二十五頁，共193頁。（4）格里菲斯脆性斷裂理論按照該理論，脆性材料的斷裂破壞是由于已經(jīng)存在于材料中的裂縫的大小，或者說斷裂強(qiáng)度取決于使其中裂縫失穩(wěn)擴(kuò)展的應(yīng)力。第二十六頁，共193頁。A.A.Griffith對一個(gè)受影響拉伸的無限大彈性板中的一個(gè)貫穿橢圓裂縫，導(dǎo)出如下公式：σf=√2Eγ/∏a式中：σf為斷裂應(yīng)力，E為彈性模量，a為裂縫長度一半，γ為表面能第二十七頁，共193頁。

混凝土作為脆性材料，其實(shí)際強(qiáng)度受材料表面及內(nèi)部缺陷和裂縫所支配，比理論強(qiáng)度低。由此理論可知，混凝土的強(qiáng)度除高彈模、密實(shí)度以外，還應(yīng)減少混凝土內(nèi)部，特別是界面的缺陷和裂紋。

第二十八頁，共193頁。

以上四種混凝土的強(qiáng)度理論從不同角度提出了降低孔隙率，增加密實(shí)度，增大膠空比，提高彈性模量，減少缺陷和微裂縫是增強(qiáng)的途徑。從中可以看到，這些強(qiáng)度理論之間有著本質(zhì)的聯(lián)系。第二十九頁，共193頁。2.2現(xiàn)代多組分混凝土強(qiáng)度理論數(shù)學(xué)模型的建立

混凝土作為一種復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物，主要由砂子、石子、水泥、礦渣粉、粉煤灰、硅粉、水、外加劑等成份組成，由于水泥和膠凝材料的水化過程極其復(fù)雜，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不能直接測量。作為一種承重材料，其強(qiáng)度的形成大體可分為兩部分：第三十頁，共193頁。

一部分是由粗骨料（石子）提供，因?yàn)槭拥膹?qiáng)度大于混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，因此大多數(shù)混凝土在工作狀態(tài)時(shí)骨料都具有足夠的強(qiáng)度，另一部分來源于硬化漿體，對于強(qiáng)度等級較低的混凝土。第三十一頁，共193頁。其硬化漿體強(qiáng)度主要由水泥水化形成的C-S-H凝膠和粉煤灰等惰性或活性較低的摻和料填充組成，它的強(qiáng)度主要來源于水泥。

第三十二頁，共193頁。而對于強(qiáng)度較高的混凝土，其硬化漿體強(qiáng)度主要由水泥水化形成的C-S-H凝膠，活性較高的礦渣粉水化形成的凝膠，填充于孔隙中的超細(xì)礦渣粉和硅粉等組成，這樣就決定了混凝土的強(qiáng)度在低強(qiáng)度等級范圍內(nèi)與水泥強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度相關(guān)。第三十三頁，共193頁。

在高強(qiáng)度等級范圍內(nèi)由于粘結(jié)強(qiáng)度大，故混凝土的強(qiáng)度與水泥強(qiáng)度、超細(xì)礦物摻和料密切相關(guān)，特別是超細(xì)摻和料的微粉超疊加效應(yīng)表現(xiàn)得非常明顯。

第三十四頁，共193頁。

我國采用的混凝土配合比設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程以水灰比強(qiáng)度公式為基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步、外加劑和礦物摻合料的大量使用以及施工和使用要求的不斷提高。第三十五頁，共193頁。

使我國混凝土配合比設(shè)計(jì)方法（即假定容重法和絕對體積法）已經(jīng)不能滿足高性能混凝土配制及施工的實(shí)際需要。第三十六頁，共193頁。

特別是傳統(tǒng)觀念下配制混凝土?xí)r水泥的選用要比混凝土高一個(gè)標(biāo)號，粉煤灰及礦渣粉等礦物摻和料用量不能超過規(guī)定比例的原則，在現(xiàn)實(shí)混凝土生產(chǎn)過程中已經(jīng)失去了指導(dǎo)意義。第三十七頁，共193頁。

通過以上理論回顧總結(jié)，結(jié)合我們國內(nèi)近十年來混凝土應(yīng)用技術(shù)的狀況，我們認(rèn)為，混凝土的配制強(qiáng)度應(yīng)該與水泥石的理論強(qiáng)度成正比例，與混凝土中膠結(jié)材料的強(qiáng)度貢獻(xiàn)率成正比例，與硬化砂漿的密實(shí)度成正比例。第三十八頁，共193頁。這樣我們就吸取了膠空比理論和鮑羅米公式（水灰比強(qiáng)度公式），脆性斷裂理論的精華，建立了現(xiàn)代多組分混凝土強(qiáng)度數(shù)學(xué)模型。（簡稱XS公式）

第三十九頁，共193頁。即：式中：f------混凝土強(qiáng)度σf------硬化砂漿理論強(qiáng)度對于C10—C55的混凝土σf=對于C60—C100的混凝土σf=第四十頁，共193頁。E------設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級混凝土彈性模量，現(xiàn)有兩種計(jì)算方法：（1）E=105/（2.2+35/fcu.o）（2）E=α-----膠凝材料用量系數(shù)，α=B/1000B=α1C+α2F+α3Kα1、α2、α3---分別為水泥、粉煤灰、礦粉的活性指數(shù)第四十一頁，共193頁。γ0---混凝土表面能，0.386（J/m2）a---水泥顆粒最大粒徑，取0.08mm∏---常數(shù)3.14U---膠凝材料填充強(qiáng)度貢獻(xiàn)率u=(u1C+u2F+u3K+u4Si)/(C+F+K+Si)C、F、K、Si---分別為水泥、粉煤灰、礦粉、硅粉的用量；u1、u2、u3、u4---分別為水泥、粉煤灰、礦粉、硅粉的填充因子系數(shù)；第四十二頁，共193頁。Sc、SF、SK、SSi---分別為水泥、粉煤灰、礦粉、硅粉的比表面積；ρC、ρF、ρK、ρSi---分別為水泥、粉煤灰、礦粉、硅粉的密度；m---硬化砂漿的密實(shí)度；m=(W0/W-0.27)W0---膠凝材料水化理論用水量，W0=0.23×CW---膠凝材料拌合用水量；W=（0.23×C+0.5×T）×?×（1-n）T---混凝土拌合物的設(shè)計(jì)坍落度。P---膠凝材料完全水化形成的凝膠孔體積取0.27。第四十三頁，共193頁。

這樣我們就建立了現(xiàn)代多組分混凝土強(qiáng)度理論數(shù)學(xué)模型，其中σf是混凝土對應(yīng)的硬化砂漿的理論強(qiáng)度，它主要考慮了膠凝材料的水化反應(yīng)形成的強(qiáng)度；膠凝材料填充強(qiáng)度貢獻(xiàn)率u主要考慮了膠凝材料的微集料填充效應(yīng)，我們可以根據(jù)摻合料的種類、數(shù)量的不同計(jì)算它們對混凝土強(qiáng)度的影響；m是硬化砂漿的密實(shí)度。第四十四頁，共193頁。

它主要考慮膠凝材料水化和調(diào)整混凝土拌合物的工作性能引起的密實(shí)度變化對混凝土強(qiáng)度的影響。這一公式是當(dāng)今多組分混凝土強(qiáng)度計(jì)算和配合比設(shè)計(jì)的通用公式，當(dāng)混凝土原材料只使用水泥、砂、石和水四組份時(shí)，該公式簡化為f=σf(0.23×C/W-0.27)，即符合水灰比決定強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)及經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。第四十五頁，共193頁。2.3多組分混凝土強(qiáng)度理論數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證第四十六頁，共193頁。2.3.1C10—C30

摻粉煤灰混凝土

普通混凝土實(shí)際強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論強(qiáng)度的原因一方面是由于水泥及膠凝材料水化后所占的體積小于由強(qiáng)度貢獻(xiàn)膠凝材料水化后的體積，而非活性或低活性摻和料（如粉煤灰）在28天時(shí)還沒有完全水化，膠凝材料的強(qiáng)度貢獻(xiàn)率低，因此強(qiáng)度較低。第四十七頁，共193頁。第四十八頁，共193頁。另一方面低強(qiáng)度等級混凝土配比中膠凝材料用量較少，使石子、砂子及膠凝材料之間存在微裂縫使界面粘結(jié)強(qiáng)度較低，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低；第三個(gè)因素是混凝土中膠凝材料拌合用水量大于膠凝材料理論水化用水量，這些水份在混凝土硬化后蒸發(fā)，留下孔隙使混凝土中硬化砂漿密實(shí)度降低從而影響混凝土的強(qiáng)度。第四十九頁，共193頁。對C10—C30普通混凝土，膠凝材料使用水泥和粉煤灰，其強(qiáng)度計(jì)算公式即現(xiàn)代多組分混凝土強(qiáng)度理論計(jì)算公式（XS公式）如下：第五十頁，共193頁。應(yīng)用實(shí)際生產(chǎn)的混凝土強(qiáng)度計(jì)算舉例：C20水泥PO.32.5，細(xì)度0.08mm方孔篩篩余3%，混凝土實(shí)測強(qiáng)度26MPa、C=240kg、F=100kg、W=175kgWO=78kg、粉煤灰為三級灰、Sc=320m2/kgSF=150m2/kg、ρC=3.0×103kg/m3、ρF=1.8×103kg/m3

第五十一頁，共193頁。分別求得以下參數(shù)：u1=1.0u2=0.53E=25316.46σf=162.64MPau

=(u1C+u2F+u3K+u4Si)/(C+F+K+Si)

=

0.86

m=(W0/W-0.27)=0.176f=24.90MPa通過以上計(jì)算可知，計(jì)算值與實(shí)測值相差小于2MPa。第五十二頁，共193頁。

其他條件不變時(shí)改變用水量進(jìn)行計(jì)算可得：W=185時(shí)m=(W0/W-0.27)=0.152f=21.51MPa

W=195時(shí)m=(W0/W-0.27)=0.13f=18.39MPa第五十三頁，共193頁。

用水量的變化對低強(qiáng)度等級混凝土強(qiáng)度的影響主要是改變了混凝土內(nèi)部硬化砂漿的密實(shí)度。第五十四頁，共193頁。2.3.2C30—C55

摻復(fù)合料（礦粉和粉煤灰）混凝土

摻復(fù)合料（礦粉和粉煤灰）普通混凝土，由于雙摻礦渣粉和粉煤灰。從理論可知該混凝土具備C10—C30普通混凝土的特征。第五十五頁，共193頁。

此外，由于礦渣粉的引入，使混凝土內(nèi)硬化砂漿結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其強(qiáng)度來源從內(nèi)部組成看，有一部分礦粉是超細(xì)粉，產(chǎn)生了微粉填充疊加效應(yīng)，因此混凝土還具備結(jié)構(gòu)致密的特征。第五十六頁，共193頁。另一方面又因?yàn)檩^粗的礦渣粉不能及時(shí)水化而使混凝土強(qiáng)度提高較少，綜合實(shí)際情況，對于C30—C55摻復(fù)合料（礦粉和粉煤灰）混凝土，膠凝材料使用水泥、粉煤灰和礦粉，其強(qiáng)度計(jì)算公式即現(xiàn)代多組分混凝土強(qiáng)度理論計(jì)算公式（XS公式）如下：第五十七頁，共193頁。應(yīng)用實(shí)際生產(chǎn)的混凝土強(qiáng)度計(jì)算舉例如下：

C50水泥PO32.5，細(xì)度0.08mm方孔篩篩余1.5%，比表面積320m2/kg，混凝土實(shí)測強(qiáng)度55MPa，礦粉比表面積400m2，C=240kg、F=100kg、K=120kg、W=175kg第五十八頁，共193頁。Sc=320m2/kgρC=3.0×103kg/m3Sf=150m2/kgρF=1.8×103kg/m3Sk=400m2/kgρk=2.5×103kg/m3

第五十九頁，共193頁。分別求得以下參數(shù)：WO=(240+100+120)×0.23=105.8kgu1=1.0u2=0.53u3=1.02，E=34482.76u=(u1C+u2F+u3K+u4Si)/(C+F+K+Si)=0.903m=(W0/W-0.27)=0.335f=59.09MPa通過以上計(jì)算可知，計(jì)算值與實(shí)測值相差4MPa。第六十頁，共193頁。

其他條件不變時(shí)改變用水量進(jìn)行計(jì)算可得：W=185時(shí)m=(W0/W-0.27)=0.302f=53.27MPaW=195時(shí)m=(W0/W-0.27)=0.276f=48.68MPa第六十一頁，共193頁。其他條件不變時(shí)用水量的變化對混凝土強(qiáng)度的影響非常明顯，主要原因是用水量的變化改變了混凝土內(nèi)部孔的組成，使硬化砂漿的密實(shí)度發(fā)生變化。第六十二頁，共193頁。經(jīng)過對比分析，膠凝材料細(xì)度的變化對混凝土強(qiáng)度的影響主要是改變了混凝土內(nèi)部硬化砂漿的理論強(qiáng)度值和膠凝材料的填充因子系數(shù)，從而改變了混凝土的強(qiáng)度。第六十三頁，共193頁。2.3.3C60-C100

摻硅粉高強(qiáng)混凝土

由于超細(xì)礦渣粉和硅粉的復(fù)合使用，從理論可知C60-C100混凝土內(nèi)硬化砂漿結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，其強(qiáng)度來源從內(nèi)部組成看，第一部分由水泥水化形成的C-S-H凝膠產(chǎn)生，第二部分是超細(xì)礦渣粉的產(chǎn)生微粉填充疊加效應(yīng)，使硬化砂漿結(jié)構(gòu)更加致密，提高了混凝土強(qiáng)度。第六十四頁，共193頁。

第三部分是由于硅粉填充到水泥水化后的孔隙和礦粉沒有填充到的部位，產(chǎn)生硅粉微集料填充效應(yīng)，使混凝土的強(qiáng)度大大提高。對于C60—C100摻硅粉混凝土，膠凝材料使用水泥、礦粉和硅粉，其強(qiáng)度計(jì)算公式即現(xiàn)代多組分混凝土強(qiáng)度理論計(jì)算公式（XS公式）如下：第六十五頁，共193頁。應(yīng)用實(shí)際生產(chǎn)的混凝土強(qiáng)度計(jì)算舉例如下：已知C100，水泥PO42.5，細(xì)度0.08mm方孔篩篩余1.0%，比表面積350m2/kg，礦渣粉比表面積400m2，硅粉比表面積15000m2第六十六頁，共193頁?；炷翆?shí)測強(qiáng)度127Mpa，W=175kg、C=450kg、K=100kg、Si=50kg、Sc=350m2/kg、ρC=3.0×103kg/m3Sk=400m2/kg、ρk=2.5×103kg/m3SSi=15000m2/kg、ρSi=2.2×103kg/m3

第六十七頁，共193頁。分別求得以下參數(shù)：WO=(450+100+50)×0.23=138kgu1=1.0，u3=0.97，u4=5.6E=39215.69u

=(u1C+u2F+u3K+u4Si)/(C+F+K+Si)=1.37m=(W0/W-0.27)=0.519f=135.76MPa通過以上計(jì)算可知，計(jì)算值與實(shí)測值相差8Mpa。

第六十八頁，共193頁。其他條件不變時(shí)改變用水量進(jìn)行計(jì)算可得：W=185m=(W0/W-0.27)=0.476f=123.9MPaW=195m=(W0/W-0.27)=0.438f=114.0Mpa

第六十九頁，共193頁。

其他條件不變時(shí)用水量的變化對混凝土強(qiáng)度的影響非常明顯，主要原因是用水量的變化改變了混凝土內(nèi)部孔的組成，使硬化砂漿的密實(shí)度發(fā)生變化。第七十頁，共193頁。

經(jīng)過對比分析，超細(xì)硅粉的摻入對混凝土強(qiáng)度的影響主要是提高了填充因子系數(shù)，從而改變了混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，增加了密實(shí)度，大大提高了混凝土的強(qiáng)度。第七十一頁，共193頁。

綜合以上驗(yàn)證計(jì)算和分析可知，膠凝材料細(xì)度的變化對混凝土強(qiáng)度的影響一方面是改變了硬化砂漿的理論強(qiáng)度值，另一方面是超細(xì)礦物摻和料的加入使膠凝材料的填充強(qiáng)度貢獻(xiàn)率成倍增加。第七十二頁，共193頁。用水量的變化對混凝土強(qiáng)度的影響一方面是改變了混凝土的工作性，另一方面是改變了混凝土內(nèi)部硬化砂漿的密實(shí)度，從而改變了強(qiáng)度；第七十三頁，共193頁。

多組分混凝土強(qiáng)度理論數(shù)學(xué)模型用于早期推定混凝土強(qiáng)度，定性判斷是正確的，定量判斷誤差小于10%，可以應(yīng)用于各種類型混凝土強(qiáng)度的早期推定計(jì)算。第七十四頁，共193頁。3、多組分混凝土體積石子填充模型的建立第七十五頁，共193頁。

多組分混凝土在施工過程中是以塑性或流動性狀態(tài)進(jìn)行施工，當(dāng)混凝土各種原材料經(jīng)拌合后，以塑性或流動性狀態(tài)存在，經(jīng)過運(yùn)輸、澆注、振搗成型和養(yǎng)護(hù)后進(jìn)入使用狀態(tài)的混凝土以硬化形態(tài)出現(xiàn)。第七十六頁，共193頁。這時(shí)硬化混凝土由粗骨料和硬化砂漿、氣孔、水組成。硬化砂漿、氣孔和水所占的體積正好是粗骨料（石子）的空隙。現(xiàn)行混凝土配比設(shè)計(jì)規(guī)程假定混凝土中石子空隙由砂子填充，砂子空隙由水泥漿填充，水灰比決定混凝土強(qiáng)度。第七十七頁，共193頁。我們認(rèn)為：混凝土由硬化砂漿和石子兩部分組成，石子作為砂漿的填充料，當(dāng)壓碎指標(biāo)小于8%時(shí)，由于它的強(qiáng)度大于混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，只占體積不影響強(qiáng)度；硬化砂漿的強(qiáng)度、膠凝材料強(qiáng)度貢獻(xiàn)率、硬化砂漿密實(shí)度決定混凝土的強(qiáng)度。第七十八頁，共193頁。因此我們可以采用以下方法去建立混凝土體積組成模型，假定我們先配制好水泥混合砂漿，體積為V1，然后在強(qiáng)力振搗下將粗骨料投入砂漿中，使石子均勻地填入砂漿形成混凝土拌合物。第七十九頁，共193頁。此時(shí)混凝土拌合物的體積為V，其中（V-V1）/V便是粗骨料在混凝土中的體積比。V1/V為水泥混合砂漿在混凝土拌合物中體積比對于砂漿,由于水泥和摻和料粒徑較小,可以完全填充在砂子六方緊密堆積的空隙之中,其空隙率為p。硬化砂漿體積由膠凝材料體積、拌合用水體積和砂子體積組成。第八十頁，共193頁。這種混凝土體積組成模型稱為石子填充模型；用這種方法結(jié)合現(xiàn)代多組分混凝土強(qiáng)度理論公式（XS公式）求得混凝土中硬化砂漿體積以及石子、砂子、膠凝材料、外加劑和拌合用水等準(zhǔn)確配合比設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的方法叫石子填充法，簡稱XS法。第八十一頁，共193頁。第八十二頁，共193頁。3.1石子填充法（XS法）在配合比設(shè)計(jì)中的應(yīng)用第八十三頁，共193頁。

由混凝土強(qiáng)度理論數(shù)學(xué)模型和石子填充模型的公式（XS公式）可知，混凝土硬化后單位體積內(nèi)的石子、砂子均沒有參與膠凝材料的水化硬化。第八十四頁，共193頁。

其體積沒有發(fā)生改變，分別為Vg,Vs,并且砂子為緊密堆積，由石子填充模型（XS模型）可知，砂子的空隙就是膠凝材料漿體填充的部分。第八十五頁，共193頁。

混凝土強(qiáng)度正比于硬化砂漿理論強(qiáng)度、膠凝材料的強(qiáng)度貢獻(xiàn)率和硬化砂漿的密實(shí)度。以下介紹依據(jù)現(xiàn)代多組分混凝土強(qiáng)度理論數(shù)學(xué)模型和石子填充模型（XS模型）進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)的具體步驟。第八十六頁，共193頁。3.1.1配制強(qiáng)度：第八十七頁，共193頁。多組分混凝土的配制強(qiáng)度按現(xiàn)行規(guī)范

fcu.p=fcu.o+1.645σ確定。第八十八頁，共193頁。不同強(qiáng)度等級混凝土σ取值表第八十九頁，共193頁。

3.1.2

膠凝材料用量的確定

對于基準(zhǔn)塑性混凝土，坍落度為T(mm),用于調(diào)整工作性的用水量為0.5Tkg，其中u1=1，F(xiàn)=K=Si=0,由XS公式可知：第九十頁，共193頁。

第九十一頁，共193頁。將公式中水泥C用有強(qiáng)度貢獻(xiàn)膠凝材料C0代替，公式簡化為：

fcu.p=σ×（C0/C0）×［W0/（W0+0.5T）-0.27］=σ×(W0/（W0+0.5T）-0.27)WO=0.5T×（0.27×σ+fcu.p）/（0.73×σ-fcu.p）

C0=WO/0.23第九十二頁，共193頁。3.1.3、摻和料用量的確定（1）C10—C30摻粉煤灰混凝土C0=u1C+u2FC0=α1C+α2FC+2F≥300第九十三頁，共193頁。（2）C30—C55摻復(fù)合料（礦粉和粉煤灰）混凝土C0=u1C+u2F+u3KC0=α1C+α2F+α3KC+2F≥300第九十四頁，共193頁。（3）C60—C100摻硅粉高強(qiáng)混凝土C0=u1C+u2F+u3K+u4SiC0=α1C+α2F+α3K+α4SiC+F+K+Si≤600第九十五頁，共193頁。

由以上摻和料用量公式的推導(dǎo)可知：通過科學(xué)計(jì)算得到填充因子系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了合理選擇摻和料品種和用量，科學(xué)而定量地提高和改善了混凝土的耐久性，使混凝土配合比設(shè)計(jì)與混凝土的耐久性之間建立了一種數(shù)字量化關(guān)系。第九十六頁，共193頁。

3.1.4減水劑及用水量的確定第九十七頁，共193頁。（1）外加劑品種及（粉劑）摻量的確定

外加劑（粉劑）推薦摻量x％＝(f/50)％外加劑（粉劑）用量N=C0×x％配比設(shè)計(jì)減水率n=（１5×x+5）%（x<1.5時(shí)）第九十八頁，共193頁。上式表示每增加0.１％減水劑（粉劑）可增加1.5％減水率。減水率n=（１0×x+5）%（x>1.5時(shí)）上式表示每增加0.１％減水劑（粉劑）可增加1.0％減水率。第九十九頁，共193頁。

由以上外加劑推薦用量公式可知：對于不同強(qiáng)度等級的混凝土而言，粉劑外加劑的推薦摻量是固定的，例如C10為0.2％、C30為0.6％、C80為1.6％、C100為2.0％。第一百頁，共193頁。

通過這些數(shù)據(jù)可以直接進(jìn)行外加劑品種和用量的合理選擇。建立了減水劑品種、摻量和混凝土工作性、強(qiáng)度等級和耐久性指標(biāo)之間的定量關(guān)系式。第一百零一頁，共193頁。

（2）用水量的確定根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)場實(shí)際，假定混凝土的出機(jī)坍落度為Tmm,每增加１mm坍落度所需水量為0.5kg,則理論用水量W１=WO+0.5T實(shí)際用水量W=W１×β×(1-n)

第一百零二頁，共193頁。3.1.5、砂子用量的確定

砂子體積：Vs=(1-p)×V1×/p第一百零三頁，共193頁。

VB=VC+VF+VK+VSi+VWi+VaVC=C/ρCVF=F/ρF

VK=K/ρk

Vsi=Si/ρSi

Va=10第一百零四頁，共193頁。3.1.6石子用量的確定

石子體積

Vg=1000-(VC+VF+VK+VSi+Va+Vs+Vw）

石子用量G=ρG×VG第一百零五頁，共193頁。

3.3多組分混凝土配合比設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)

（1）具有較寬的適應(yīng)范圍。（2）充分體現(xiàn)了礦物摻合料和化學(xué)外加劑的作用。（3）保持較穩(wěn)定的漿體體積率。

第一百零六頁，共193頁。3.4結(jié)論（1）混凝土體積組成石子填充模型（XS模型）提出：混凝土由砂漿和石子兩部分組成，石子作為砂漿的填充料，由于它的強(qiáng)度大于混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，只占體積不影響強(qiáng)度；硬化砂漿強(qiáng)度、膠凝材料填充強(qiáng)度貢獻(xiàn)率、密實(shí)度決定混凝土的強(qiáng)度。第一百零七頁，共193頁。（2）混凝土體積組成石子填充模型（XS模型）是適用于現(xiàn)代多組分混凝土配合比設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到混凝土配合比設(shè)計(jì)中水泥、摻和料、砂、石、外加劑和拌合用水量等組成材料和混凝土工作性、強(qiáng)度和耐久性之間的準(zhǔn)確計(jì)算公式。第一百零八頁，共193頁。確定了混凝土各組成與性能之間的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代多組分混凝土配合比設(shè)計(jì)和混凝土工作性、強(qiáng)度和耐久性指標(biāo)之間的科學(xué)定量計(jì)算，并編制了配合比設(shè)計(jì)計(jì)算軟件。第一百零九頁，共193頁。

（3）與傳統(tǒng)混凝土比設(shè)計(jì)方法相比，混凝土體積組成石子填充模型（XS模型）實(shí)現(xiàn)了混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算的科學(xué)、精確、簡便和實(shí)用。第一百一十頁，共193頁。第一百一十一頁，共193頁。第一百一十二頁，共193頁。第一百一十三頁，共193頁。第一百一十四頁，共193頁。第一百一十五頁，共193頁。4、混凝土裂縫控制第一百一十六頁，共193頁。4.1裂縫成因分析

裂縫控制是混凝土配制、施工和養(yǎng)護(hù)過程中一項(xiàng)長期而艱巨的技術(shù)難題，經(jīng)過幾代混凝土技術(shù)人員的努力，現(xiàn)在對它的成因、影響因素、控制和預(yù)防措施已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步。綜合起來講，混凝土裂縫共分為四類。第一百一十七頁，共193頁。（1）結(jié)構(gòu)荷載裂縫與結(jié)構(gòu)和荷載有關(guān)的混凝土裂縫，其形成原因表現(xiàn)在超過設(shè)計(jì)荷載、地震或臺風(fēng)作用、構(gòu)件斷面尺寸不足、鋼筋用量不足、布局不合理、結(jié)構(gòu)沉降差異、二次應(yīng)力作用、對溫度應(yīng)力和收所應(yīng)力估計(jì)不足。第一百一十八頁，共193頁。（2）環(huán)境條件裂縫與使用環(huán)境條件有關(guān)的裂縫形成原因主要是由于環(huán)境溫度（濕度）變化、結(jié)構(gòu)構(gòu)件各域溫度（濕度）差異過大、凍融、凍漲、鋼筋銹蝕、火災(zāi)和表面高溫、酸堿鹽侵蝕、沖擊、振動影響。第一百一十九頁，共193頁。（3）原材及配合裂縫產(chǎn)生原因主要有水泥非正常凝結(jié)（受潮、溫度過高）、膨脹（安定性差）、用量高、水化熱高、摻和料質(zhì)量不穩(wěn)定、集料含泥量和級配、集料堿活性與風(fēng)化巖石、混凝土塑性收縮、混凝土配合比不當(dāng)、水泥外加劑摻和科的相容性差等。

第一百二十頁，共193頁。（4）施工裂縫

發(fā)生原因主要有攪拌不均勻、現(xiàn)場加水、澆注順序有誤、澆注不均勻、搗應(yīng)不良、坍落度過大、集料下沉、泌水、混凝土表面強(qiáng)度過底就進(jìn)行一道工序、連續(xù)澆注間隔時(shí)間過長、接茬處理不當(dāng)、冷縫、鋼筋搭接個(gè)錨固不良、鋼筋預(yù)埋件被擾動、鋼筋保護(hù)層厚度不夠、滑模工藝不當(dāng)抽裂或塌陷、第一百二十一頁，共193頁。模板變形、模板漏漿或滲水、模板支撐下沉、拆模過早、拆模不當(dāng)、硬化前遭受擾動或承受荷載、保護(hù)措施不當(dāng)或養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、養(yǎng)護(hù)初期遭受劇烈干燥或凍害、混凝土表面抹壓不及時(shí)、大體積混凝土內(nèi)部溫度表面溫度與環(huán)境溫度差異過大。第一百二十二頁，共193頁。4.2裂縫控制思路第一百二十三頁，共193頁。目前國內(nèi)裂縫控制的措施從以下三個(gè)方面進(jìn)行：首先從結(jié)構(gòu)和施工設(shè)計(jì)方面采取措施，主要有在墻體配筋時(shí)采用細(xì)密原則、局部加強(qiáng)（如跨中扳擠結(jié)合處）、后澆帶、沉降帶和加強(qiáng)帶的巧妙應(yīng)用；其次是在混凝土原材料和配合比方面，原材料一定要嚴(yán)格把關(guān)，配合比一定要合理；第一百二十四頁，共193頁。

第三是施工方面采取措施，主要有模板的選用、混凝土拌合物的運(yùn)輸、混凝土的澆注、振搗和養(yǎng)護(hù)都要考慮。本項(xiàng)目主要從混凝土原材料的選擇、配合比設(shè)計(jì)、施工工藝三個(gè)方面進(jìn)行研究。第一百二十五頁，共193頁。4.3裂縫控制措施第一百二十六頁，共193頁。經(jīng)過多年的努力，我們在質(zhì)檢、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工等有關(guān)部門的大力支持下，比較系統(tǒng)地掌握了控制塑性混凝土早期開裂的技術(shù)措施，提出了毛細(xì)管微泵開裂機(jī)理，確定了切斷塑性混凝土毛細(xì)管進(jìn)行二次抹壓的最佳時(shí)間，確定了開始濕養(yǎng)護(hù)的時(shí)間和保水濕養(yǎng)護(hù)的時(shí)間范圍，實(shí)現(xiàn)有效控制塑性混凝土開裂。第一百二十七頁，共193頁。

本研究在裂縫控制方面提出毛細(xì)管微泵開裂機(jī)理

第一百二十八頁，共193頁。4.3.1毛細(xì)管微泵開裂理論當(dāng)混凝土拌合物振搗密實(shí)后經(jīng)過一次抹壓，在混凝土表面形成上部彎曲的毛細(xì)管，混凝土內(nèi)部水分沿毛細(xì)管上升至表面，由于表面張力的作用以很小的液滴存在，當(dāng)環(huán)境溫度較高或有風(fēng)吹過時(shí)，水滴掉下或蒸發(fā)，混凝土內(nèi)部水分沿毛細(xì)管上升，補(bǔ)充到正好有半滴懸而不掉的位置，第一百二十九頁，共193頁。依次循環(huán)，混凝土中的毛細(xì)管就如同一個(gè)微型水泵一樣，將混凝土內(nèi)部的水份源源不斷地帶走,導(dǎo)致塑性混凝土在內(nèi)部壓力的拉伸下開裂，即毛細(xì)管微泵開裂機(jī)理。第一百三十頁，共193頁。根據(jù)以上機(jī)理，我們建立了毛細(xì)管壓力與膠凝材料比表面積的對應(yīng)關(guān)系公式，求得了裂縫控制最佳比表面積值；在施工工藝方面提出了切斷塑性混凝土毛細(xì)管進(jìn)行二次抹壓的最佳時(shí)間計(jì)算公式，確定了開始養(yǎng)護(hù)的時(shí)間和保水濕養(yǎng)護(hù)的時(shí)間范圍，實(shí)現(xiàn)有效控制塑性混凝土開裂。第一百三十一頁，共193頁。第一百三十二頁，共193頁。4.3.2

混凝土最佳二次抹壓時(shí)間的確定

在混凝土凝固前，混凝土中的水分在毛細(xì)管中如同進(jìn)入微型水泵一樣，隨著毛細(xì)管端口水分的蒸發(fā)，水分會源源不斷的通過這個(gè)微泵向外散失。使混凝土內(nèi)部兩個(gè)毛細(xì)管之間的塑性混凝土由于承受不了內(nèi)應(yīng)力的拉伸，發(fā)生裂縫。第一百三十三頁，共193頁。

因此在正常施工養(yǎng)護(hù)的條件下，尋找最佳的二次抹壓時(shí)間，破壞毛細(xì)管微泵，阻止水分上升，同時(shí)覆蓋上表面進(jìn)行充分而及時(shí)的濕養(yǎng)護(hù)，防止水分蒸發(fā)，預(yù)防由于內(nèi)部水分遷移引起的內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生，是預(yù)防混凝土自收縮形成裂縫的關(guān)鍵。第一百三十四頁，共193頁。第一百三十五頁，共193頁。二次抹壓的主要作用有三：1、消除混凝土的表面缺陷2、提高混凝土表層的密實(shí)度3、破壞毛細(xì)管微泵，阻止混凝土內(nèi)水分上升，減緩了混凝土內(nèi)水分遷移蒸發(fā)的速度，預(yù)防混凝土的開裂。第一百三十六頁，共193頁。

從一次抹平至二次抹壓，是混凝土逐漸初凝的過程，有較長一段時(shí)間。只要環(huán)境相對濕度低于100％，由于毛細(xì)管微泵的作用就會失水，在混凝土拌合物內(nèi)部拉應(yīng)力的作用下形成裂縫并進(jìn)一步擴(kuò)展甚至開裂，使混凝土抗?jié)B性能降低，降低其耐久性。第一百三十七頁，共193頁。

大量的工程實(shí)踐表明，只有一次抹平而沒有二次抹壓，混凝土的開裂將很嚴(yán)重。實(shí)施二次抹壓后，由于破毀了毛細(xì)管微泵，阻止了混凝土內(nèi)水分上升，提高了混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度，從而提高了表層混凝土的質(zhì)量。第一百三十八頁，共193頁。根據(jù)以上的機(jī)理，我們對不同強(qiáng)度等級、水膠比、坍落度以及配合比的混凝土其最佳的抹壓及覆蓋時(shí)間進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，建立了水泥初凝時(shí)間、環(huán)境溫度和混凝土出機(jī)時(shí)間等因素與二次抹壓破壞毛細(xì)管微泵防止裂縫最佳時(shí)間之間的數(shù)學(xué)是關(guān)式。第一百三十九頁，共193頁。

Tm=Tco+(Ts—Tco)×（t0-t）/t0式中:Tm---最佳二次抹壓時(shí)間(h)Tco---水泥初凝時(shí)間（h）Ts---混凝土以加水?dāng)嚢柚烈淮文▔和戤吽脮r(shí)間（h）t---施工現(xiàn)場溫度（℃）t0---標(biāo)準(zhǔn)溫度（20℃）第一百四十頁，共193頁。

通過現(xiàn)場施工采集數(shù)據(jù)

我們可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）C10—C30間混凝土施工坍落度在190—200之間，由于摻和料的加入，使混凝土的初凝時(shí)間延后，因此初始裂縫的形成時(shí)間隨著向后推移，因此二次抹壓和覆蓋養(yǎng)護(hù)的最佳時(shí)間也推后，與所使用水泥的初凝時(shí)間無明顯的關(guān)聯(lián)。第一百四十一頁，共193頁。（2）C35—C60間的混凝土施工坍落度在200-220之間，由于復(fù)合外加劑的引入工作性較好，但用水量并不高，因此使混凝土的初凝時(shí)間與所使用水泥的初凝時(shí)間之間有相關(guān)性，并且隨著水泥初凝時(shí)間的變長（縮短）而延長（變慢）。第一百四十二頁，共193頁。

（3）C70—C100間的混凝土施工坍落度在220以上，由于采用復(fù)合摻合料，聚羧酸高效減水劑，因此混凝土的初凝時(shí)間幾乎與水泥的初凝時(shí)間一致，因此最佳的二次抹壓時(shí)間可以通過水泥的初凝時(shí)間來確定。

第一百四十三頁，共193頁。4.3.3

及時(shí)充分濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間的確定

二次抹壓后，必須立即對混凝土進(jìn)行及時(shí)充分的濕養(yǎng)護(hù)，以避免沒有破壞的毛細(xì)管引起混凝土再次失水產(chǎn)生裂縫。只有這樣，才能保證混凝土早期發(fā)育良好，提高硬化混凝土的質(zhì)量，為混凝土耐久性的提高打下早期質(zhì)量基礎(chǔ)。第一百四十四頁，共193頁。（1）毛細(xì)管微泵開裂機(jī)理，混凝土濕養(yǎng)護(hù)成功的三大要素：(a)濕養(yǎng)護(hù)開始前，混凝土表面進(jìn)行及時(shí)的二次抹壓使多數(shù)毛細(xì)管被封閉；(b)濕養(yǎng)護(hù)開始時(shí)，混凝土表面保持相對濕度，確保毛細(xì)管水分不蒸發(fā)；(c)濕養(yǎng)護(hù)過程中(早期硬化過程中)，混凝土不出現(xiàn)失水缺陷，確保毛細(xì)管開口一側(cè)始終處于飽水狀態(tài)。第一百四十五頁，共193頁。

我們同時(shí)必須明確，混凝土本體一旦失水，其表面或內(nèi)部就存在缺陷和裂縫，濕養(yǎng)護(hù)要求從振實(shí)抹平至濕養(yǎng)護(hù)結(jié)束的整個(gè)早期硬化過程，混凝土都不出現(xiàn)失水。第一百四十六頁，共193頁。（2）濕養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵時(shí)間的確定在最佳時(shí)間進(jìn)行二次抹壓后，要實(shí)現(xiàn)飽水濕養(yǎng)護(hù)7天，關(guān)鍵前3天，最關(guān)鍵第l天。不管用什么方式保養(yǎng)，都要達(dá)到不失水的目的。在不失水的前提下，再考慮是否需要保溫等其他輔助措施。這一原則被一些施工單位堅(jiān)持，對工程實(shí)際的防滲抗裂效果十分顯著。第一百四十七頁，共193頁。（3）及時(shí)充分濕養(yǎng)護(hù)的要求(a)及時(shí)的要求所謂及時(shí)，即完成凝土表面的二次抹壓使多數(shù)毛細(xì)管被封閉后立即進(jìn)行混凝土的濕養(yǎng)護(hù)，使混凝土表面保持相對濕度，確保毛細(xì)管水分不蒸發(fā)；混凝土表面的裂縫就能得到有效控制消除，濕養(yǎng)護(hù)就是及時(shí)的，否則就是不及時(shí)的。第一百四十八頁，共193頁。

(b)充分的要求所謂充分，即濕養(yǎng)護(hù)的整個(gè)過程中，確保毛細(xì)管開口一側(cè)始終處于飽水狀態(tài)，混凝土表面都不失水。判斷混凝土濕養(yǎng)護(hù)是否充分，主要不是看濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間的長短，而是看在濕養(yǎng)護(hù)期間，混凝土體內(nèi)是否失水。整個(gè)濕養(yǎng)護(hù)期間不失水，則養(yǎng)護(hù)是充分的，否則就是不充分的。第一百四十九頁，共193頁。由此可見，如果我們對混凝土表面進(jìn)行及時(shí)的二次抹壓，破壞毛細(xì)管微泵，控制塑性混凝土失水，也就控制了混凝土的不可見裂縫。同樣條件下，濕養(yǎng)護(hù)越及時(shí)充分混凝土的防裂效果就越好。

第一百五十頁，共193頁。5、結(jié)論第一百五十一頁，共193頁。（1）混凝土體積組成石子填充模型（XS模型）將傳統(tǒng)混凝土石子空隙由砂子填充，砂子空隙由水泥漿填充，水灰比決定混凝土強(qiáng)度的設(shè)計(jì)思路轉(zhuǎn)換為：混凝土由砂漿和石子兩部分組成，石子作為砂漿的填充料，由于它的強(qiáng)度大于混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，只占體積不影響強(qiáng)度；砂漿強(qiáng)度、膠凝材料填充強(qiáng)度貢獻(xiàn)率、密實(shí)度決定混凝土的強(qiáng)度。第一百五十二頁，共193頁。（2）多組分混凝土強(qiáng)度理論數(shù)學(xué)模型及混凝土體積組成石子填充模型（XS模型）是適用于各種現(xiàn)代多組分混凝土配合比設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算的數(shù)學(xué)模型。第一百五十三頁，共193頁。經(jīng)過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到混凝土配合比設(shè)計(jì)中水泥、摻和料、砂、石、外加劑和拌合用水量等組成材料的準(zhǔn)確計(jì)算公式,確定了混凝土各組成之間的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代多組分混凝土配合比設(shè)計(jì)和強(qiáng)度的科學(xué)定量計(jì)算。編制了混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算軟件。第一百五十四頁，共193頁。（3）多組分混凝土強(qiáng)度理論數(shù)學(xué)模型適用于各種水泥的配比設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算,實(shí)現(xiàn)了水泥和混凝土強(qiáng)度計(jì)算公式的統(tǒng)一，在水泥和混凝土之間建立了一座緊密聯(lián)系的橋梁。第一百五十五頁，共193頁。

（4）探索了毛細(xì)管微泵開裂機(jī)理，通過計(jì)算得出了水泥初凝時(shí)間與混凝土二次抹壓和養(yǎng)護(hù)時(shí)間的對應(yīng)曲線，實(shí)現(xiàn)了水泥初凝時(shí)間和混凝土二次抹壓和濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間的量化，有效地預(yù)防了混凝土塑性裂縫的產(chǎn)生。

第一百五十六頁，共193頁。重點(diǎn)工程介紹國家大劇院第一百五十七頁，共193頁。國家大劇院工程位于北京市西城區(qū)兵部洼胡同34號，人民大會堂西側(cè)，臨近天安門廣場、人民大會堂、中南海、長安街等重要建筑物與重要區(qū)域，為全額國家財(cái)政撥款的國家重點(diǎn)工程，由法國AEROPOROTSDEPARIS設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)。第一百五十八頁，共193頁。

工程總占地面積11.89公頃，建筑面積19.45萬m2，建筑總高46.25m。主體結(jié)構(gòu)從-7.08m起共有86根鋼管柱，截面尺寸分別為Ф500mm、Ф400mm，其中部分鋼管柱芯采用C100混凝土，對混凝土各項(xiàng)指標(biāo)要求較高。第一百五十九頁，共193頁。

國家大劇院主體建筑由外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部歌劇院、音樂廳、戲劇場和公共大廳及配套用房組成。外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)殼體，呈半橢球形，其東西長軸為212.20米，南北短軸為143.64米，地下最深處為-32.50米。橢球形屋面主要采用鈦金屬板，中部為漸開式玻璃幕墻。第一百六十頁，共193頁。主體建筑外環(huán)繞人工湖，湖面面積達(dá)35500平方米，北側(cè)主入口為80米長的水下長廊，南側(cè)入口和其它通道也均設(shè)在水下，基礎(chǔ)及維護(hù)結(jié)構(gòu)全部使用混凝土。人工湖四周為大片綠地組成的文化休閑廣場。國家大劇院北入口與地鐵天安門西站相連，并有能容納1000輛機(jī)動車和1500輛自行車的地下停車場。第一百六十一頁，共193頁。

在入口處設(shè)有售票廳，觀眾通過水下長廊進(jìn)入大劇院。水下長廊的兩邊設(shè)有藝術(shù)展示、商店等服務(wù)場所。大劇院內(nèi)有三個(gè)劇場，中間為歌劇院、東側(cè)為音樂廳、西側(cè)為戲劇場，三個(gè)劇場既完全獨(dú)立又可通過空中走廊相互連通。在歌劇院的屋頂平臺設(shè)有大休息廳，在音樂廳的屋頂平臺設(shè)有圖書和音像資料廳，在戲劇場屋頂平臺設(shè)有新聞發(fā)布廳。第一百六十二頁，共193頁。內(nèi)部歌劇院主要演出歌劇、芭蕾、舞劇