高性能混凝土是混凝土材料研究和发展方向,它不仅具有优异耐久性能、工作性能及力学性能,而且能综合利用矿物掺合料等工业废弃物,从而有利于环境保护和社会可持续发展。近年来,北京市建筑市场优质砂石资源的日趋紧缺,导致骨料质量不断下降,推广应用人工砂配制混凝土已经势在必行。研究如何利用人工砂配制满足工程质量要求的高性能混凝土是业界面临重要且紧迫的问题。研究工作从对北京市混凝土用砂石进行系统调研开始。选取北京市具有代表性的18家商品混凝土公司进行混凝土配合比和砂石使用情况的调研,对收集的砂石原材料的级配、细度模数、空隙率、石粉含量等进行系统分析,同时通过分形对砂石特征进行描述。研究结果表明级配分形维数是描述级配的一种较好方法。二区中砂和4.75~19mm石子的边界级配分形维数分别为3.01~3.61和1.89~2.83,相应的细度模数分别为2.20~2.92和6.28~7.19,优良骨料的级配分形维数大多存在上述两个范围之内。研究结果表明骨料轮廓分形维数可以描述其空间填充能力。同种骨料的粒径越小,其轮廓分形维数越大。卵石、天然砂的轮廓分形维数小于碎石、尾矿和人工砂的轮廓分形维数。相近级配分形维数值的骨料,其轮廓分形维数越大,空间填充能力越小,导致空隙率越大,骨料的质量变差。因此分形维数对混凝土配合比设计及骨料生产的质量控制具有显著意义。利用概率及数理统计方法分析了不同商品混凝土公司C30和C60等级商品混凝土配合比数据,得到其胶凝材料总量、水胶比、用水量、水泥用量和胶凝材料体积的平均值、最大值、最小值、95%置信区间等特征数值,从而较全面评价北京市商品混凝土配合比的特点和配制水平。通过C30和C60人工砂高性能混凝土正交实验,利用极差分析和贡献率判断砂种类、石粉种类、石粉掺量和砂率等因素对混凝土性能的影响作用。研究结果表明优质人工砂可完全替代天然砂生产高性能混凝土。C30人工砂混凝土中石粉总掺量以13%为适宜,而C60人工砂混凝土中石粉掺量宜小于10%,以避免石粉掺量过大导致新拌混凝土的粘度增大和工作性降低。