以邢汾高速公路洺水大桥为工程背景,采用紧密堆积模型对C50高性能混凝土进行配合比设计,通过试验验证了混凝土性能,并采用透水模板布对混凝土表面进行了强化处理。试验结果表明,双掺粉煤灰与矿渣粉是配制低渗透性混凝土的经济、有效途径,矿物掺合料的较佳掺量为30%～40%;采用紧密堆积模型可使常用胶凝材料用量降低20kg/m3左右;采用透水模板布后混凝土结构外观无气孔、砂线等缺陷,表层混凝土氯离子扩散系数显著降低,仅为使用钢模板的表层混凝土的14%。

根据连续粒径分布的紧密堆积模型,计算出砂子紧密堆积时各粒径范围内的质量百分比。通过混料试验设计修正理论计算值,并得出砂子作紧密堆积时的最优级配。结果表明,砂子作紧密堆积时,砂浆具有较高的强度和流动性。利用优化后的砂子制备C80高强自密实混凝土,与用未经优化的砂制备的混凝土相比,优化组各项性能均优于普通组,且28d抗压强度比后者高出10MPa。

利用正交实验、Dinger-Funk连续分布理论等进行活性粉末混凝土(RPC)配合比设计,探究了不同配合比设计方法所制备的活性粉末混凝土的物理力学性能。研究结果表明,活性粉末混凝土的力学性能是物理堆积和化学反应的共同作用,单纯利用紧密堆积原理无法制备出高强度的活性粉末混凝土;对惰性材料含量较多的多组分材料应用Dinger-Funk连续分布理论,很难制备出力学性能优异的RPC材料;利用石英砂的紧密堆积+粉体材料的Dinger-Funk连续分布理论模型,再控制适当的砂胶比,可以配制出力学性能更优的活性粉末混凝土;影响RPC抗折强度和抗压强度的因素不同,RPC抗折强度和抗压强度不存在正相关的关系。

针对现行普通混凝土的常规技术性能要求,研究了一种基于紧密堆积理论的混凝土配合比设计方法。该方法以混凝土配合比设计现行规范为基础,参考紧密堆积理论,通过试验拟合出试配强度和浆骨比之间的定量关系以及试配强度和最优砂率的关系,从而为混凝土配合比设计提供最为关键的两个参数(单方用水量和砂率),最终根据配合比设计规范计算得到各组份的配合比设计结果,具有系统化和可程序化的优点。

采用紧密填充技术优化出了活性粉末混凝土五级配复合材料体系中各组分的搭配比例,探讨了水胶比及钢纤维掺量等对活性粉末混凝土抗压强度的影响,并通过SEM分析了活性粉末混凝土产物的微观结构。结果表明,选用优化后的复合材料体系,在常温养护条件下可制备工作性能良好、产物结构致密、28d抗压强度高达179.6MPa的活性粉末混凝土。活性粉末混凝土的抗压强度随水胶比的降低而增加,当水胶比降低至0.15时,仍可获得工作性能良好的超高强活性粉末混凝土;在同一水胶比下,增加钢纤维掺量能显著提高活性粉末混凝土的抗压强度,但为了保证混凝土的工作性能,钢纤维的体积掺量不宜超过2%。