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新型建筑材料与新型施工技术在建设工程中的运用第一篇材料篇【字体：大 中 小】 一、高性能混凝土及配合比（一） 高性能混凝土在当前世界的建筑物的建造中，钢筋混凝土作为主要的建筑结构材料而为各种工程上所采用，是一个毋庸置疑的事实。钢筋混凝土这种重要的结构材料对于20世纪人类物质文明的发展有非常重要的贡献。而到了21世纪，混凝土仍将继续成为主要的结构材料。但近代混凝土的发展，随着强度的不断提高，而使其在更大领域的应用上不断产生新的课题。混凝土从其自身的性质看，有强度、工作性和耐久性三个方面的要求。而在目前的设计与使用中，似乎只重视混凝土强度的提高，而对其耐久性则没有充分的考虑，以致许多长期暴露于各有害介质腐蚀环境的混凝土结构过早的发生破坏。山西大同的钢筋混凝土大水塔在1987年的突然塌毁，就是一个典型的案例。目前在整个工程领域，大跨度桥梁、超高层建筑物、大型水利工程等超高、超大、超长的建筑物（构筑物）的施工的不断增加，未来的海底隧道、海上采油平台，核反应堆的外壳以及各有毒有害物的处置回收工程等在劣化环境中的建造，都将对混凝土耐久性提出更高的要求。可以这么说，对于相当一部分建筑物（构筑物）而言，混凝土的耐久性甚至要比混凝土的强度更为重要、更有实际意义。而从另一方面说，进入21世纪以来，混凝土的技术发生了突飞猛进的发展。原材料的发展给混凝土的突破性使用带来可能性，而工程建设急需解决的耐久性问题，又是混凝土技术发展的一种必然。当目前颇多的混凝土新材料、新技术快速的发展，就使各种混凝土如纤维混凝土、再生混凝土、自密实混凝土、聚合物混凝土以及高性能混凝土的不断涌现。其中，高性能混凝土被誉为“21世纪混凝土”。足以说明高性能混凝土的独特地位与作用。1.高性能混凝土的现状与发展20世纪80年代末，由于工程发展的需要，美国率先提出高性能混凝土的概念。1990年5月，美国工程权威部门为高性能混凝土作出了如下定义：即“具有所需性能要求的匀质混凝土。”这些性能包括易于浇筑、捣实而不发生离析；能长期保持其力学性能；早期强度高、韧性高、体积稳定性好；在劣化环境下使用寿命长等。随之，欧美及日本学者纷纷进行深入的研究，并不断提出对高性能混凝土的研究成果。在世界范围内，一时间对此形成理论与实际的热点。到1998年，美国混凝土协会更进一步定义高性能混凝土为：“高性能混凝土是符合特殊性能组合和匀质性要求的混凝土，如果采用传统的原材料组分和一般的拌和、浇筑与养护方法，未必总能大量地生产出这种混凝土。”我国以冯乃谦、吴中伟教授为代表的工程界也对高性能混凝土的研究做出自己的贡献。中国土木工程学会高强与高性能混凝土委员会为高性能混凝土作了定义性的描述：“即以耐久性和可持续发展为基本要求并适合工业化生产与施工的混凝土。”该种混凝土应能保证:耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性等诸项要求。一般而言，高性能混凝土在配置上的特点是采用低水胶比，选用优质原材料，且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。2.高强混凝土一般我们常把强度等级为C10C50的混凝土称为普通强度级别的混凝土，而把C60C90的混凝土称为高强混凝土，强度等级大于C100的混凝土称为超高强混凝土。而所谓高强混凝土是指采用常规的的通用水泥（即硅酸盐水泥等）、普通的砂石料作原材料，采用常规的制作工艺，同时掺加各种外加剂（主要是高效减水剂），同时也掺加一定数量的矿物质超细粉等活性混合材料制成的混凝土。该种混凝土制成后，具有很高的抗压强度、孔隙率极低、密实度较好，而抵抗变形的能力大等特点。高强度混凝土是为满足现代的超高、超大、超长的建筑物（或构筑物）的建设而发展起来的混凝土品种，在建筑、桥梁、港口、海工、地下等各种工程的广泛应用，使其越来越为工程界所重视，工程上的广泛应用使高强混凝土在理论与实践不断得到发展。高强度混凝土与传统的普通混凝土相比，它在原材料的选用和配合比的设计中，有显著的区别。其一是原材料使用的多样化，即使用大量的矿物质超细粉体，这样可使水泥水化产物Ca（OH）2及水发生水化反应，生成有利于强度的水化产物。超细的矿物质粉体还能使水泥水化生成的Ca（OH）2,使结晶物更为细小，减少有害的片状物Ca（OH）2含量，提高界面过渡层的密实程度，从而改变混凝土的微观结构。另外，由于超细的矿物质粉体的掺入，可使混凝土内部的孔隙得以进一步的填充。其二是采用低水灰比。高效减水剂的引进，可解决混凝土低水灰比要解决的技术问题。一般混凝土中的水泥水化要求水灰比不应低于0.4，但为使混凝土具有较高强度，水胶比（即胶凝材料不仅包括水泥，而且应包括超细矿物质粉料）应在0.30.4，所以有相当一部分水泥颗粒不能完全参加水化作用，在混凝土中实际上起骨架作用。当然，如果能减少水泥的用量，而用超细的矿物质粉料加以替代，使掺入的这部分超细的矿物质粉料能起很好的填充作用，也可防止水泥水化热而引起的开裂。我们应看到，对高强混凝土强度起最主要作用的应推粗骨料，其性能和种类将影响混凝土的抗压强度和弹性模量。强度等级为C50C60的混凝土，可能对骨料没有更多的要求；但如果强度等级为C70乃至C70以上的高强混凝土，应重点关注所采用的粗骨料的性能。从规范JGJ552000中看，应注意以下几个问题：应选用质量稳定、强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；对C60级的混凝土粗骨料的最大粒径不大于31.5mm，对大于C60级混凝土粗骨料的最大粒径不大于25 mm，要控制针片状颗粒，其含量不应大于5.0%，含泥量不应大于0.5%；细骨料的细度模数不宜大于2.6，含泥量不应大于2.0%；高强混凝土的配制宜选用高效减水剂；高强混凝土的配制宜采用活性较好的矿物掺合料，优先考虑复合矿物掺合料的掺入；高强混凝土的用水量可采用普通混凝土的确定方法加以确定；高强混凝土的基准配合比中的水灰比计算应着眼于根据现有试验所提供的数据资料加以选取，而不仅采用保罗米公式，不单纯依赖于简单的数学关系，对所采用的砂率、外加剂以及矿物掺合料的种类与掺量，均应通过试验加以确定；高强混凝土配合比的试配和计算步骤应与普通混凝土基本相同。3.高性能混凝土（1）高性能混凝土的分类目前已经开发应用的高性能混凝土主要有三类：1.）活性细粉混凝土指在混凝土中掺入超细粉物质，一方面超细粉矿物质掺合料作为微集料填充胶凝材料空隙，使硬化水泥石结构致密，孔径细化，改善混凝土界面结构；另一方面，还能参与胶凝材料水化反应，从而提高混凝土的耐久性和强度。2.）机敏型高性能混凝土指具有自身诊断、自身控制、自身修复等机敏能力功能的混凝土，如自密实混凝土、内养护混凝土、承受高温的高强混凝土。3.）纤维混凝土是指混凝土中掺加各种纤维，包括钢纤维、玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维、开夫拉纤维、丙烯酸纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、尼龙纤维、聚乙烯纤维等。普通水泥基材具有较高的抗压强度、较大的刚度与较好的长期耐久性，但存在着凝结硬化过程中收缩大、抗拉强度低、极限延伸率小、抗冲击性差等特点。而纤维掺入混凝土可改善抗拉性能和抗裂性能。（2）高性能混凝土的特点与普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下独特的性能：1）高性能混凝土具有一定的强度和高抗渗能力，但不一定该种混凝土都具有高强度，中、低强度亦可。2）高性能混凝土具有良好的工作性，混凝土拌和物应具有较高的流动性，混凝土在成型过程中不分层、不离析，易充满模板；泵送混凝土、自密实混凝土还具有良好的可泵性、自密实性能。3）高性能混凝土的使用寿命长，对于一些特护工程的特殊部位，控制结构设计的不是混凝土的强度，而是耐久性。能够使混凝土结构安全可靠地工作50100年以上，在使用的寿命周期中不发生显著的强度与性能损失，是高性能混凝土应用的主要着眼点。4）高性能混凝土具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形，在保持工程结构的体积稳定性方面较好。概括起来说，高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，高性能混凝土能最大限度地延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。（3）高性能混凝土材料组成 高性能混凝土材料组成包括了与普通混凝土相同的水泥、水及砂、石等粗细骨料等四种成分，当然还必须有高效外加剂、矿物微细粉等第五和第六种成分。因为混凝土要达到人们所要求的高性能，最重要的技术手段就是使用复合的超塑化剂和超细矿物质掺合料。之所以强调高性能混凝土与普通混凝土的不同，原因之一即原材料的使用方面的要求，对高性能混凝土的影响远大于对普通混凝土的影响。1）水泥配制高性能混凝土对于水泥的要求，先要确保其最低流动性的要求，其次还要求在低水灰比的条件下，该种水泥能促进水泥的水化反应，使水泥石的结构更加密实。因而，减少水泥熟料中的铝酸三钙（C3A）和铁铝酸四钙（C4AF）的总量是必须的，一般认为，硅酸二钙（C2S）含量超过50%的低热型硅酸盐水泥，在配制高性能混凝土时是较为适宜的水泥品种。一般来说，硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥是常采用的品种。除此以外，还有一些新型水泥也应在配制高性能混凝土时作为所选之列。如：球形水泥、调粒水泥、超细水泥和活化水泥等。球形水泥是指将水泥的颗粒制作成球状，而目前使用的各种通用水泥，在电子显微镜下观测，是碎石状的，这是在水泥生产过程中采用球磨机磨细的结果。这种形状的差异使球形水泥在水化凝结过程中有了自身的优势。它比普通水泥具有更加优良的物理与力学性能，是一种高性能水泥。调粒水泥是指将水泥组成中的各种粒径分布进行重新调整，以提高胶凝材料的在混凝土中的填充率，同时由于超细分的矿物质的掺入，可获得最密实的填充。由此，这种水泥具有一定的早期强度，水化热较低且放热速度较慢，流动性较好。该类胶凝材料比通用水泥具有更多优良性能的特点。超细水泥是指水泥的比表面积可超10000cm2/g的水泥。（注意，硅酸盐水泥的比表面积应不小于300cm2/g与普通水泥不同的是，其凝结硬化速度更快、早期强度增长更快，且其24h内的水化反应及结构形成，也与普通水泥不同。活化水泥是指将水泥熟料和粉状超塑化剂混合湿磨，也可把矿物质材料与粉状超塑化剂混磨，可得到需水量地的胶结材料，其活性会大大提高。2）粗、细骨料配制高性能混凝土的关键之一，是正确地选择骨料品种。一般而言，选择碎石比卵石有利；粗细骨料的吸水率低的品种较有利。高性能混凝土可用河砂或碎石砂作细骨料，在配制抗压强度为100MPa以上的高强度、高性能混凝土时，应选用硬质砂岩碎石，山卵石不宜用来配制高性能混凝土。选择骨料的基本原则是：骨料级配良好，空隙率尽可能低，在达到同样流动性时的水泥浆用量少，混凝土的自收缩变形低，水化热低、体积稳定性好，因而对强度、对耐久性都好；骨料的力学性能应满足基本要求，其体积密度和堆积密度应较大，有较低的吸水率，表面应粗糙，粒形好，针片状颗粒比例低，粗骨料最大粒径应低于20mm；弹性模量较大，无碱活性；不含泥块，含泥量低于1.0%，不含有机物、硫化物和硫酸盐等杂质。2.混凝土外加剂与外掺料（1）混凝土外加剂外加剂是当今混凝土研究和应用领域的重点与热点之一，是混凝土不可缺少的组成成分之一。国内外的工程实践表明，混凝土性能的改善以及其施工技术的进步均与应用外加剂紧密相关。掺加少量的外加剂可以改善新拌混凝土的工作性能，提高硬化混凝土的物理性质和耐久性，同时，外加剂的研究和应用，也促进了混凝土的生产和施工工艺的发展，当然也促进了新型混凝土材料的研究与发展。混凝土外加剂有很多种类，根据混凝土外加剂的分类、命名与定义（GB80751987）的规定，混凝土外加剂按其主要功能划分可有四类。1）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。如减水剂、引气剂等。2）调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂。如早强剂、缓凝剂、速凝剂等。3）改善混凝土耐久性的外加剂。如阻锈剂、防水剂等。4）改善混凝土其他性能的外加剂。如膨胀剂、泵送剂、发泡剂、着色剂等。混凝土外加剂大部分为化工制品，也有一部分为工业副产品。外加剂由于其掺量小、作用大，因而使用的范围广泛。在诸多的混凝土外加剂中，减水剂是目前研究和使用最为广泛的一种外加剂。它的技术水平可以代表整个外加剂的使用水平。混凝土减水剂也可称为分散剂、超塑化剂。目前，国内外工程界又将混凝土减水剂分为标准型、引气型和早强型等几种。既然混凝土减水剂是一种旨在改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，那么弄清它的作用机理就非常必要。减水剂其本质是一种表面活性物质，加入混凝土中能起到吸附和分散作用，当混凝土中的水泥开始水化时，易形成絮状结构，并包裹相当一部分水分，这部分水不参加水化，未来蒸发后将成为混凝土中孔隙的来源，而影响混凝土的强度等功能。正因为减水剂的活性分散的作用，可把水泥絮状体中的水分释放出来，以参加水化，也使水泥质点间的润滑作用加强，水化速度改变，从而提高了混凝土的密实性。一般认为，混凝土减水剂的发展可有三个阶段，即以木质素磺酸钙为代表的第一代普通减水剂使用阶段，这类减水剂属于阴离子表面活性剂；以萘系为代表的第二代高效减水剂的使用阶段；以聚羧酸盐为代表的第三代高效能减水剂使用阶段，这是目前正经历的以此作为研究和应用重点的阶段。聚羧酸盐为代表的第三代高效能减水剂的研究开发开始于20世纪80年代末90年代初，其分子结构形式可有多种变化，可直接合成得到性能不同的各种减水剂，其分散能力远高于萘系为代表的第二代高效减水剂，可满足混凝土坍落度损失控制的要求，并能同时适应建筑工程对混凝土多种性能的要求，有广阔的研究与开发前景。聚羧酸盐为代表的第三代高效能减水剂是一种性能独特、无污染的新型高效减水剂，是高效能混凝土的理想外加剂。与众多系列的减水剂相比较，混凝土聚羧酸盐系高性能减水剂具有高效减水（减水率最高可达25%甚至更多）、改善孔结构和改善其密实程度、可控制坍落度损失，更好的控制混凝土的引气、缓凝、泌水等问题。在用于不同类的水泥时，与其有相对更好的相容性。该类减水剂即使在低掺量时，也能使混凝土获得较高的流动性，在低水灰比时具有低粘度等性能。与众多系列的减水剂相比较，混凝土聚羧酸盐系高性能减水剂有以下几个优点：低掺量（仅为水泥等胶凝材料用量的0.2%0.5%）而发挥较高的分散特性；坍落度损失小；在流动性相同的条件下，延缓凝结时间较少；分子结构的自由度大，制造中可控因素多，高性能化的潜力大；合成时不使用甲醛，对环境不易造成污染；与水泥和其他种类的外加剂相容性好；使用该类型的减水剂，可能是由更多的矿渣或粉煤灰作为水泥的替代物，可降低成本；低收缩，有一定的引气量；聚合途径较多，合成工艺简单；合成的材料来源广泛。由以上特点可知，21世纪世界范围内使用的混凝土外加剂，尤其是用于高效能混凝土的外加剂主要应是聚羧酸盐系高性能减水剂。我国目前，几乎在所有国家的大中型重点工程、重大工程中，聚羧酸盐系高性能减水剂均得到广泛的应用，诸如桥梁、海工、水利、水电等使用的尤其较多。在三峡工程、龙滩水电站、杭州湾大桥、磁悬浮铁路工程等均加以采用。随着工程实践的验证，随着科学界、研究和设计领域对聚羧酸盐系高性能减水剂的认识的加深，企业方面的大力宣传与推广，聚羧酸盐系高性能减水剂已被作为新世纪的一项重要的产业。可以预见，随着聚羧酸盐系高性能减水剂在原材料质量、生产工艺、复配技术和应用技术等方面的不断提高与发展，目前制约聚羧酸盐系高性能减水剂广泛应用的许多技术难点会被逐一的解决，聚羧酸盐系高性能减水剂在我国混凝土工程应用中会面临更多的机遇，其市场前景也会越来越广阔。（2）外掺料活性超细矿物质是在掺加于混凝土中，并作为混凝土胶凝材料的一部分，用于改善和提高高强度、高性能混凝土拌合物及其硬化后的混凝土的性能、其粒径10um（微米）的矿物质粉体，被称为“混凝土的第六种材料”，如果要使普通混凝土高性能化，活性超细矿物质必然是其不可或缺的一部分。由于超细矿物质粉体的这种超细化的颗粒特征，它必然存在着与其它混凝土组成材料不同的新的特性。如：化学活性较高，有较高的流化作用；对混凝土中的微细孔有良好的填充作用；同时其表面能较高。在高性能混凝土采用活性超细矿物质是因其可使提高混凝土拌合物的流动性，可使水泥石结构达到致密的程度。一般而言，活性超细矿物质粉体具有如下作用：改善新拌混凝土的工作性和抹面的质量，也降低了混凝土的温升；可以调整混凝土不同阶段强度的发展，提高混凝土的后期强度；提高混凝土抗化学腐蚀能力。超细矿物质粉体的外掺料的主要种类有粉煤灰、硅粉、高炉矿渣、沸石等。分别介绍如下：1）粉煤灰 粉煤灰是用煤粉炉发电的电厂排放出的烟道灰，即工业废弃物，其由大部分直径以um（微米）计的实心和中空的玻璃微珠组成，还包括有少量的托勃莫来石、石英等物质。目前，粉煤灰作为水泥混凝土中的一个重要组分，能显著提高混凝土的强度和耐久性，同时还能保证混凝土的外观质量，它的普遍在工程上的采用，还可提高环保效益，亦可节约水泥，从而降低了工程造价。可以说，粉煤灰作为混凝土的材料之一加以应用，是水泥混凝土持续发展的方向，有着广泛的应用前景。2）硅粉 硅粉（简写SF）又称硅灰，铁合金在冶炼硅铁和工业硅（金属硅）时，从烟尘中收集的一种飞灰，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的二氧化硅（SiO2）和硅（Si）气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而形成的一种球状体。它是大工业冶炼中的副产物，整个过程需要用除尘环保设备进行回收，因为其质量比较轻，还需要用加密设备进行加密。根据硅石原料、还原剂或炉况的不同，绝大多数微硅粉呈灰色或深灰色。在形成过程中， 因相变的过程中受表面张力的作用，形成了非结晶相无定形圆球状颗粒，且表面较为光滑，有些则是多个圆球颗粒粘在一起的团聚体。白色微硅粉较为罕见 。3）高炉矿渣 高炉矿渣是高炉铸铁过程中的副产品，也称粒化高炉矿渣。高炉矿渣是指生产铸铁时，每吨铸铁需要一定量的铁矿石、焦炭和石灰石，将其装入高炉内，鼓入热风，而此时焦炭的燃烧，会放出热量，也包括还原性气体，靠其将铁矿石还原、熔融，生成生铁水。而铁矿石中的杂质和焦炭中的灰分等成分与石灰石在高炉内形成高炉矿渣，这种矿渣密度较小，融于生铁水表面。生铁每一吨，即可产生约0.3吨的渣。这种矿渣经水或水蒸气等的急速冷却处理得到质地疏松、多孔的粒状物，也称水淬矿渣。粒化高炉矿渣在急冷的过程中，熔融矿渣的粘度增加很快，来不及结晶，大部分呈玻璃态，其中储存有潜在的化学能。水淬高炉矿渣的密度为1.892.77g/3,比表面积35002/g的矿渣，密度为1.892.77g/3。粒化高炉矿渣的化学成分有氧化钙、氧化锰、氧化铝，二氧化硅和氧化铁等和少量的硫化物。一般矿渣中，氧化钙、氧化铝和二氧化硅含量占90%以上。其活性主要来源于活性氧化钙和活性氧化铝。其粉体松散的堆积密度1.1/L，密实的堆积密度1.25/L。矿渣的超细粉替代混凝土中的部分水泥后，可降低混凝土每立米的用水量，即可提高混凝土的耐久性与强度。活性超细粉的矿物质等量的替代水泥的最大用量，一般应按以下要求： 磨细矿渣70%； 粉煤灰30%； 硅灰10%； 磨细天然沸石10%； 复合的活性超细粉掺量一般30%。对于超细粉矿物质掺料的研究表明，目前的应用都非单掺，一般认为，采用单一的超细粉矿物质掺料因其在混凝土中的作用是有其各自的优缺点的，不能充分发挥起主要的作用，两种或两种以上的超细粉矿物质掺料的混合使用复合效果会更好。复合材料有其“超叠效应”，如采用适当的比例使用两种或两种以上的超细粉矿物质掺料，会充分利用各种掺合料的优点。3.混凝土的配合比能配制高性能混凝土的最主要的技术手段，就是使用复合的超塑化剂和超细的矿物质粉料的掺合料。与配制普通的混凝土相比，其高性能的要求和对各种材料成分的要求会更加严格，只有采用这样的配合比设计，混凝土才能更加均匀，质地更加致密，其性能也才能大为改善。当然，与普通的混凝土的配制相比，高性能混凝土配合比的设计和计算会更加复杂。（1） 基本要求1）更高的工作性 和普通混凝土相比，高性能混凝土的配制要求有更高的工作性，高性能混凝土拌合物的工作性应该比强度更显得重要。它是保证混凝土浇筑质量的关键。高性能混凝土拌合物一定应具有高流动性。其坍落度应不小于180 mm，若要求免振时，其坍落度应不小于250 mm。为适应混凝土泵送的要求，还应有可泵型的要求。当然，混凝土拌合物的特性中，也不应缺少体积稳定、不离析、不泌水等的特点。该高性能混凝土拌合物在配制时，还应考虑减少流动性的损失（也即坍落度的损失），以满足施工质量的要求。作为高性能混凝土拌合物工作性的影响因素，水泥砂浆用量、骨料的级配、外加剂的品种及掺用量应该是比较主要的因素。2）更高的耐久性 混凝土是在一定的环境条件下使用的，研究不同环境与条件对其性能的影响是非常重要的方面。所谓耐久性，一般包括抗渗性、抗冻性、抗碳化性、抗碱骨料反应以及抗化学腐蚀性等方面。高性能混凝土配制的着眼点，主要是其耐久性。应根据不同环境和要求，仔细研究，充分考虑其各种影响，才能正确地进行配合比设计。在需要以强度为主控制配合比设计的承重结构的混凝土配合比中，在满足强度要求的同时，要考虑结构耐久性的基本要求。3）相应的强度要求4） 经济性对高性能混凝土的配合比也应遵循混凝土配合比的法则，即水灰比的法则、混凝土密实体积的法则、最小单位用水量法则和最小水泥用量法则等。水灰比的法则是指混凝土的水灰比大小将决定混凝土的强度，并影响混凝土的耐久性。混凝土的强度与水泥强度成正比，与灰水比成正比。水灰比一经确定，不能轻易改变。当然对于高性能混凝土而言，水灰比中的“灰”不仅指水泥，而且包括所有的胶凝材料，故我们可称其为水胶比。这种理论是在1918年美国的阿布拉姆斯作了五万多次试验，而提出的水灰比法则，认为塑性混凝土的抗压强度完全受水灰比的控制，而与其他因素无关。我国自20世纪50年代以来，长期使用保罗米的统计公式，我们现在的教科书，也以此为经典内容。其推导的计算公式如下：原公式试验时的条件是采用硅酸盐水泥、级配良好而清洁的河砂、粒形均匀的石子，系数A、B依石子品种而定。这个公式一般应适用于坍落度为1090 mm的塑性混凝土。考虑施工的可操作性和满足经济性的要求，在使用该公式时，我国要求水泥强度Rc和混凝土强度R28的关系为Rc=（1.52.0）R28。但随着水泥标准的变化，普通混凝土配合比设计规程（JGJ552002）修改了保罗米的统计公式。水泥的标准的修改，原经验系数A和B，现在采用回归系数a和b，其值也根据全国范围内的进行的水泥的1184次水泥强度和混凝土3768次强度试验，得出的规范推荐值。目前的水灰比计算公式就成了现在的形式：我国自1970年以来，开始引进高效减水剂，上个世纪的80年代至今，高效减水剂得到大量应用以后，混凝土的强度不再单纯依赖水泥的强度，我们现在已经能用原GB1751977水泥标准的425水泥（相当于现在的水泥标准的32.5强度等级）配制出C60的泵送混凝土。虽然从原材料的构成看，还是水泥、粗细骨料和水构成的硬化体，但其内涵已发生了大变化。强度的总体水平大为提高，流动性从低塑性到当前泵送混凝土所需的大流动性，原材料也有了大的变化。对配合比的认识，理应重新加以审视。（2）高性能混凝土的配合比计算按我国现行的高性能混凝土应用技术标准（CECS207:2006）对高性能混凝土配合比设计作如下规定：1）一般规定高性能混凝土的配合比设计应根据混凝土结构工程的要求，确保其施工要求的工作性，同时考虑结构混凝土的强度和耐久性。也即所谓混凝土配合比设计满足的“三性”（即工作性、强度特性和耐久性）的基本要求。耐久性设计应针对混凝土结构所处的外部环境中的各种劣化因素的作用，使结构在设计使用年限内不超过容许的劣化状态。2）高性能混凝土的配合比设计高性能混凝土的试配强度应满足下式：fcu 混凝土试配强度，MPa；fcu.k 混凝土标准强度值，MPa； 混凝土强度标准差，当无统计数据时，对商品混凝土可取4.5 MPa；t 强度保证率系数。高性能混凝土的单方用水量不宜大于175/m3；胶凝材料总量宜为450600/m3。其中矿物质超细粉用量不宜大于胶凝材料总量的40%；宜采用低水胶比；砂率宜为3744%；高效减水剂的用量宜根据坍落度要求而定。一般而言，高性能混凝土的配合比设计，因对混凝土的不同侧面的要求不同而不同，如有混凝土抗碳化的耐久性设计、抗冻性的耐久性设计、抗盐害的耐久性设计和抗硫酸盐腐蚀的耐久性设计等。抗碳化的耐久性设计和普通混凝土的配合比设计要求一样，高性能混凝土进行抗碳化的耐久性设计主要计算水胶比（普通混凝土一般称水灰比）。其水胶比的计算公式如下：C 混凝土保护层厚度，mm； 碳化区分系数，室外取1.0，室内取1.7；t 设计使用年限，年。抗冻性的耐久性设计冻害地区可分为微冻地区、寒冷地区、严寒地区，应根据冻害设计外部劣化因素的强弱，按相应规定确定水胶比的最大值。（可分别为0.50、0.45、0.40）高性能混凝土的抗冻性（冻融循环次数）可按规范规定方法测定，应根据混凝土的冻融循环次数确定混凝土的耐久性系数，按下式计算：Km 混凝土抗冻耐久性系数；N 混凝土试件冻融试验进行至相对弹性模量等于60%的冻融循环次数；P 参数，取0.6。抗盐害的耐久性设计（从略）抗硫酸盐腐蚀的耐久性设计抗硫酸盐腐蚀的混凝土应采用的水泥，其矿物组成应符合铝酸三钙（A3C）含量小于5%，硅酸三钙（S3C）小于50%的要求；矿物微细粉应选用低钙粉煤灰、偏高岭土、矿渣天然沸石粉或硅粉等。二、其他新型材料1.墙体节能保温材料节能目前是世界各国众所瞩目的问题，大多数国家尤其欧美发达国家，对节能技术给以足够的重视和充分的研究。而建筑节能在整个能源节约的链条中，又是非常重要的一环。近30年来，在推广建筑节能的法规实施、推进建筑节能的设计与施工，提倡新型建筑保温材料的开发与应用，实行建筑节能产品的认证与管理等方面，我国与世界各国均做了大量的工作，取得了令人瞩目的进展。目前，我国单位建筑面积采暖能耗已占到全国总能耗的1/3，相当于气候相近的国家的23倍，建筑节能的进展直接影响整个节能工作的进展，建筑业节能形势严峻。推广建筑节能刻不容缓。建筑节能的前提是围护结构也即墙体、门窗与屋面采用节能材料，由于保温节能，减少能耗。而作为围护结构的墙体材料应主要包括加气混凝土砌块、轻集料砌块、粉煤灰空心砌块等保温节能材料，新型墙体材料还应有以节能环保为前提的各种新型保温节能复合板材。所谓复合板材是指由不同功能的材料分层复合而成的墙板，它能充分发挥各种不同的功能材料的功效。复合墙板的保温隔热形式有三种形式：保温隔热材料放在内、外面层材料中间，复合墙板主要指这种夹芯板的形式的复合墙板，这是当前应有的主流品种；保温隔热材料设置在复合墙板的两侧，制作时即将保温隔热层同时作为模板，但这种形式产品很少见；保温隔热材料设置在复合墙板的一侧，这样可有效的防止墙体内部结露，其主要应用在已建的建筑物墙体性能的改善或旧房屋的维修上。复合墙体材料按使用功能划分，可分为三大类，即墙面板材料、保温吸声材料和墙体龙骨材料。对于复合墙体面板材料的一般要求包括：应具备良好的耐火、耐水性能，同时要求质轻和板薄（厚度一般为1020mm）。满足这种要求的材料可有纸面石膏板、纤维增强水泥板、纤维增强硅酸钙板等。对吸声材料的要求一般多为，具有优良的吸声和保温性能的无机纤维类材料。如矿棉、岩棉、玻璃棉等。而常用作龙骨材料的有轻钢龙骨和石膏龙骨，前者为主要品种，后者应用少些。复合墙板有（1）钢丝网水泥夹芯复合板钢丝网水泥夹芯复合板的芯材有轻质泡沫塑料（聚苯乙烯或聚氨酯泡沫塑料）以及轻质无机纤维（岩棉和玻璃棉等）两大类。钢丝网水泥夹芯复合板有集合式和整体式两种。所谓集合式钢丝网水泥夹芯复合板是以美国“泰柏板”为代表，它是先将两层钢丝网用“之”字形钢丝焊接起来，然后在空隙中插入保温芯材而形成的板材。而整体式钢丝网水泥夹芯复合板则是以比利时Sismo、奥地利的3D板和韩国的SRC板为代表，这种板是先将保温芯材放置于两层钢丝网之间，然后再用短的连接钢丝将两层钢丝网焊接起来。这两种形式的钢丝网水泥夹芯复合板是通过连接钢丝与两层钢丝网组成一个稳定的三维网架结构形式，而第二种整体式钢丝网水泥夹芯复合板的生产效率高，芯材与钢丝网之间不易移位，同时产品规格的变化较为灵活。（2）钢丝网岩棉夹芯复合板（GY板）钢丝网岩棉夹芯复合板采用两层平行钢丝网片中间填充以半硬质的岩棉板，用短的联系钢丝将两层钢丝网焊接起来，形成一个联系钢丝与两层钢丝网组成的稳定的性能优良的半空间网架体系。这是一种新型建筑墙体板材，简称GY板。钢丝网岩棉夹芯复合板在工厂制作，可根据不同要求可制成长度、宽度和厚度各异的板块，运往施工现场组装、表面喷涂或水泥砂浆后可作多种装饰。GY板适用于各类框架结构和低层建筑的内外墙及建筑物的屋面保温层等。GY板的设计是通过钢丝网的合理结构把荷载分布在组成钢丝网的钢丝上，并充分利用钢丝的良好抗拉特性和混凝土的抗压性能，以及中间采用的高效保温材料，使这种钢丝网岩棉夹芯复合板有效的利用多种材料的特点而显现出一系列优越性：质量轻、承载力高、保温性能好、防火能力好、隔声性能好、抗冻融循环性能好、抗震性能好和造价低。（3）GRC夹芯复合板GRC夹芯复合板是用GRC作面层、中间复合轻骨料、构成夹芯式的结构板材。轻骨料是具有高热阻的多孔保温吸声材料，如膨胀珍珠岩、聚苯乙烯泡沫板、结构岩棉板等。这些具有高热阻的多孔保温吸声材料使这种GRC夹芯复合板具有良好的热工性能和声学性能；GRC面层优良的力学性能给复合板提供了保证，因而，GRC夹芯复合板具有GRC的特性，又有保温绝热的特性。根据GRC夹芯复合板可分为夹芯隔墙板和夹芯屋面（外墙）板。1）夹芯隔墙板 两表面GRC的表面板厚度相同， 中间夹以膨胀珍珠岩或聚苯乙烯泡沫塑料；从结构形式可分为带企口式和不带企口式的；从面层材料可分为普通GRC夹芯复合板和轻质GRC夹芯复合板。2）夹芯屋面（外墙）板 两表面GRC的表面板厚度不同，外表面厚，内表面薄，由于尺寸较大及做外墙和屋面时的荷载重，其板的周边要做不同尺寸的肋，肋高取决于承载和跨距，以肋高作为板的总厚度。根据要求其保温层厚度不同，不加保温层的屋面板结构形式相同，从结构形式可分为有空气层和无空气层的两种。（4）彩钢夹芯板彩钢夹芯板是通过自动成型机将彩色钢板压型后，在中间放置防火岩棉、发泡聚氨酯和挤压聚苯乙烯泡沫塑料，经加工而成的复合夹芯板。这种板板面色泽鲜艳，外形美观结构较新颖且轻质高强，并具有隔热、隔声、防火防潮、阻燃等特点，施工时安装迅速，应用极为广泛。是目前颇受欢迎的一种板材。（5）玻璃钢夹芯板玻璃钢夹芯板是以玻璃纤维增强塑料（即FRP）板材作为两层表面板，中间填充聚氨酯泡沫塑料保温材料而成的复合夹芯板。这种板材质轻强高，刚度较好，且有保温隔热的功能，易于清洗，不易塌陷变形，与传统板材相比起来，耐久性好，抗冲击性强。一般可用于工业厂房、仓库、冷库以及可净化厂房的吊顶、围护结构、隔断及净化产品。也可用于大跨度屋面板、原有建筑物的加层、临时办公室、岗亭、商店等。（6）水泥聚苯板水泥聚苯板是由聚苯乙烯泡沫塑料下脚料或废聚苯乙烯泡沫塑料经破碎而成的颗粒，经水泥、水、以及相应的助剂等材料，经加工而成的新型保温隔热材料。这种板材保温隔热性能好、质地较轻、耐水、难燃、施工方便、粘贴牢固，便于抹灰，价格也较低，由于具备以上优点，适用于民用住宅、工业建筑的屋顶保温，也可用于钢筋混凝土结构的外墙保温施工。2.其他节能保温材料我国目前提倡的节能建筑，是指采用新型墙体材料、其他节能材料和建筑节能技术，逐步达到国家民用建筑节能设计标准的建筑。 为节约能源，减少环境污染，必须推广使用节能建筑，必须采用建筑节能材料。以合理使用和发展节能材料为前提，以足够的保温绝缘材料为基础，进行建筑节能，是一个必然的途径。节能保温材料的品种可谓多样化，一般可有多种分类。我们可按材质、使用温度、形态和结构来分类。节能保温绝热材料按材质分，可有有机绝热材料、无机绝热材料和金属绝缘材料等三类；按形态可分为多孔状保温绝热材料、粉末状保温绝热材料、纤维状保温绝热材料和层状保温绝热材料等。（1）无机保温绝热材料无机保温绝热材料主要以无机矿物质为原料制成，可呈纤维状、散粒状或多孔构造。这种材料可制成板状、块状、片状、卷材、管状等各种形式的制品。无机保温绝热材料的体积密度较大、难燃、甚至可耐高温，并不宜腐朽。用于热力设备与管道的绝热材料多为无机保温绝热材料，如珍珠岩、石棉、玻璃纤维等。1）散粒状无机绝热材料膨胀珍珠岩及相应制品珍珠岩是一种天然的酸性玻璃质火山岩。膨胀珍珠岩则是由珍珠岩经破碎、预热、烧结膨胀而得到的多孔粒状，呈蜂窝泡沫状，是一种白色或灰白色颗粒的绝热材料。膨胀珍珠岩堆积密度较小（40300kg/m3）、导热系数低（0.0280.175W/m.k）、吸湿性小、无毒、无味、不腐、难燃，且具有吸声较强、施工方便等特点。膨胀珍珠岩可与适量的各种胶凝材料经拌和、成型、养护而制成各种板、块、管、壳等制品。以水玻璃为胶凝材料制成的膨胀珍珠岩制品的体积密度要低于以水泥为胶凝材料制成的膨胀珍珠岩制品的体积密度。该种制品可用于保温绝热，也可用于吸声材料。硅藻土及其制品硅藻土是由水生硅藻类生物的残骸堆积而成，是一种硅质沉积岩，其主要由二氧化硅组成，也同时含有少量的氧化钙、氧化铝、氧化铁和氧化镁，其颜色为白、灰、灰白色或浅灰褐色。硅藻土的体积密度低、孔隙率大、吸附能力较强、悬浮性能好，性能稳定，故硅藻土及其制品广泛用于工业和建筑工程上。由于其无毒无味、耐酸耐磨、隔声隔热等特点，可制作轻质保温板、保温砖、保温管等，也可在建筑工程上作为颜料、油漆、沥青、塑料、橡胶的填料和水泥的添加剂，也可作混凝土的混合材料。膨胀蛭石及其制品蛭石是一种层状结构，也是一种含镁的水铝硅酸盐，其形状似云母，是从天然矿物风化蚀变而来的。可有块状、片状和粒状等状态。蛭石经烧结，体积极大膨胀，而其热膨胀时又像水蛭蠕动，因而得其名。蛭石经烧结膨胀后即为膨胀蛭石。膨胀蛭石堆积密度小（80200kg/m3），导热系数小（0.0460.070W/m.k）、可使用温度较高（10001100）、且不腐不蛀、但其吸湿性强，要注意防潮，以保证其保温绝热功能。膨胀蛭石是以松散粒状使用的可以填充于墙板、楼板和屋面的夹层中，以实现隔热与吸声的功能。也可与水泥、水玻璃等无机胶凝材料胶结，制成板材，用于墙板、楼板和屋面等构件的隔热。水泥膨胀蛭石制品多用8590%的膨胀蛭石和15%的水泥，经水拌和，浇制成形，再经养护而成。水泥膨胀蛭石制品的体积密度为300400 kg/m3，导热系数为0.080.10W/m.k，耐热温度达600。水玻璃膨胀蛭石制品是以膨胀蛭石、水玻璃和适量的氟硅酸纳配制而成。水玻璃膨胀蛭石制品的体积密度为300400 kg/m3，导热系数为0.0790.084W/m.k，耐热温度高达900。2）纤维状无机绝热材料纤维状无机绝热材料多以矿棉、玻璃棉或石棉为主要原料而形成的产品。其特点主要是耐久、不燃、吸声，且施工简便、价格便宜。目前已广泛应用于住宅建设和热工设备的表面。玻璃棉及其制品玻璃棉是由石英砂、石灰石、白云石等天然矿石为主要原料，配合一些纯碱、硼砂等化工原料熔成玻璃。在融化状态下，借助外力吹制式甩成絮状细纤维，纤维和纤维之间为立体交叉，互相缠绕在一起，呈现出许多细小的间隙。这种间隙可看作孔隙。喷制而成的纤维直径在6um以下，长度在150以下的人造无机纤维，组织蓬松，类似棉絮。若为高速离心制成的玻璃棉即为离心玻璃棉。因此，玻璃棉可视为多孔材料，具有质感柔软、色泽美观、富有弹性，体积密度小（100150 kg/m3），导热系数低（为0.0350.058W/m.k有良好的绝热、吸声性能，防潮不燃（含碱玻璃棉最高使用温度300，不含碱玻璃棉最高使用温度600。）玻璃棉用作保温材料，常制成絮状、毡状或条带状的制品，主要有玻璃棉毡、玻璃棉板、玻璃棉管套及一些异形制品。玻璃棉制品主要用于45以下的重要的工业设备和管道的表面隔热，也可用于运输工具、工业与民用建筑中作为围护结构的隔热或吸声材料，尤其用于宾馆、饭店、体育馆、电视台及冷藏、冷冻仓库等公用设施的保温、隔热、吸声、防火。 玻璃棉毡 玻璃棉毡是玻璃棉添加胶粘剂，即加温、固化成型的毡状材料，是一种经济、轻型、易于安装的隔热吸声材料，具良好的保温绝热、吸声降噪的功能和良好的回弹性。玻璃棉毡可用作防水和增强材料，也可用作固定层或隔离层以及电绝缘和隔声产品。玻璃棉毡具有所期望的尺寸稳定性、防火性、耐久性和刚度，主要用于酒店、写字楼、娱乐场所、室内墙体及屋面等，也可用于冷库工程和空调机房的保温、保冷、隔声、隔热。 玻璃棉板 玻璃棉板是超细棉毡用酚醛树脂等胶粘剂粘合、并加温加压固化成型的板状材料，表面可粘贴PVC膜材料，亦可粘铝箔。玻璃棉板是一种高效能、高密度的隔热、隔声材料，抗拉压强度良好，且具良好的弹性，吸声系数大，阻燃，化学稳定性好。主要用作屋顶保温、保冷、吸声材料、建筑物保温、娱乐场所影剧院、电视台、广播电台、实验室吸声处理。 玻璃棉管（套）玻璃棉管是超细玻璃棉加树脂胶粘剂加温固化而成管状的保温材料，表面可粘铝箔。玻璃棉管具有轻质、隔热、防潮、隔声、防潮、防辐射、经济、易于安装等特点，主要适用于通风、供热动力、工业供热、民用供热及各种加热冷却管道、风道、空调系统等管道的保温、保冷、隔声、隔热等。玻璃棉板经过处理后可以制成吸声吊顶板或吸声墙板。一般常见将80-120kg/m3的玻璃棉板周边经胶水固化处理后外包防火透声织物形成既美观又方便安装的吸声墙板，常见尺寸为1.2m1.2m、1.2m0.6m、0.6m0.6m，厚度2.5cm或5cm。也有在110Kg/m3的玻璃棉的表面上直接喷刷透声装饰材料形成的吸声吊顶板。无论是玻璃棉吸声墙板还是吸声吊顶板，都需要使用高容重的玻璃棉，并经过一定的强化处理，以防止板材变形或过于松软。这一类的建筑材料既有良好的装饰性又保留了离心玻璃棉良好的吸声特性，降噪系数一般可以达到0.85以上。在体育馆、车间等大空间内，为了吸声降噪，常常使用以离心玻璃棉为主要吸声材料的吸声体。吸声体可以根据要求制成板状、柱状、锥体或其他异型体。吸声体内部填充离心玻璃棉，表面使用透声面层包裹。由于吸声体有多个表面吸声，吸声效率很高。在道路隔声屏障中，为了防止噪声反射，需要在面向车辆一侧采取吸声措施，往往也使用离心玻璃棉作为填充材料、面层为穿孔金属板的屏障板。为了防止玻璃棉在室外吸水受潮，有时会使用PVC或塑料薄膜包裹。矿棉及其制品矿棉一般有矿渣棉和岩石棉两种。以冶金矿渣或粉煤灰为主要原料者称矿渣棉，矿渣棉是采用高炉硬矿渣、铜矿渣和其他矿渣作原料，添加一些含氧化硅、氧化钙的原料经熔融吹制而成。而以玄武岩等岩石为主要原料者称“岩棉”。岩石棉则是采用天然岩石（如玄武岩、辉绿岩等）为原料，经熔融吹制而成的。最早从夏威夷火山口得到的矿棉，称为“法尔的头发”。 矿棉是将原料破碎成一定粒度后加助剂等进行配料，再入炉熔化、成棉、装包。成棉工艺有喷吹法、离心法及离心喷吹法三种。矿棉与粘合剂再经成型、干燥、固化等工序可制成各种矿棉制品。矿棉及其制品质轻、耐久、不燃、不腐、不受虫蛀等，是优良的隔热保温、吸声材料。岩棉的最高使用温度为700，矿渣棉的最高使用温度为600，矿棉的体积密度与纤维直径有关，比如一级品的矿渣棉在19.6KPa的压力下，体积密度为100 kg/m3。其导热系数小雨0.044W/m.k。在矿棉中加入其他具有各种特殊物理特性的胶粘剂，可制成多种制品，如矿棉保温板、矿棉防水毡、矿棉保温管、矿棉保温带、矿棉吸声带以及矿棉装饰吸声板等。矿棉制品可用于石油、电力、冶金、纺织、化工等领域的保温材料，同时可用于建筑围护结构的隔声、建筑物吊顶及内外墙的保温与吸声。 矿棉板 矿棉板是以酚醛树脂为胶粘剂粘结成型的板材。体积密度小于150 kg/m3，导热系数为0.046W/m.k，板的耐火性好，吸湿性小，可代替高级软木板用于冷库及用于建筑物隔热，目前已广泛应用于工业保温和建筑物的保温隔热。 矿棉毡 矿棉毡是在熔融体形成纤维时，将熔融沥青喷射到在纤维表面，再经加压制成。矿棉毡体积密度为135160 kg/m3。导热系数为0.0480.052W/m.k，最高使用温度为250，适用于墙体和屋面的保温。硅酸铝纤维及其制品硅酸铝纤维也可称为耐火纤维或陶瓷纤维。它属于非晶质纤维。硅酸铝纤维是以硬质粘土熟料或工业氧化铝粉合成料为原料，经电阻或电弧炉熔融、经压缩空气喷吹成纤工艺生产而成。其主要成分为氧化铝和二氧化硅。 其特性是具有低导热率、优良的热稳定性及化学稳定性，不含粘结剂和任何腐蚀性物质。它耐高温（熔温在2000左右）热容小，保温性能好。我们目前主要有普通硅酸铝纤维、高纯硅酸铝纤维、高铝纤维和含铝纤维，也包括其一些制品，均属于中低档产品。 硅酸铝纤维可加工成毯、毡、板、纸、绳等制品，以及各种预制块及组件。硅酸铝纤维及其制品可直接应用于油、气、电为能源的各种工业窑炉的炉衬及热力管道的隔热保温材料。可作为设备的夹层填充纤维浇注料、涂抹料原料真空成型制品原料。目前在建筑、化工、热电、船舶等领域用作保温、隔热、防火、防潮、防腐、吸声等材料。多晶氧化铝纤维及其制品晶质陶瓷纤维的一种，纤维中Al2O3含量在72%-99%间，是一种