一种基于最小浆体理论的混凝土配合比设计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于最小浆体理论的混凝土配合比设计方法，其包括以下步骤，S1选择浆体和骨料，并控制所述浆体和骨料之间的表观密度的差值在预设范围内；S2根据最小浆体理论，确定能够达到所述混凝土的强度等级所需的浆体体积和细骨料的体积砂率，进而确定粗骨料、细骨料、水泥、掺合料的用量和用水量；S3将所述粗骨料、细骨料、水泥、掺合料和水按照S2的用量搅拌混合均匀，得到所述混凝土。本发明专利技术通过调整混凝土原料中各组分的密度，并采用疏浚砂和机制砂组成细骨料，再基于最小浆体理论进行混凝土配合比设计，在保证混凝土坍落度、28d抗压强度及氯离子扩散系数满足设计要求情况下，能使混凝土体积稳定性更好、成本更低。成本更低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于最小浆体理论的混凝土配合比设计方法


[0001]本专利技术涉及混凝土的
，尤其是涉及一种基于最小浆体理论的混凝土配合比设计方法。

技术介绍

[0002]混凝土作为现代建筑建材的重要材料，是以水泥为主要凝胶材料，与骨料、水，必要时可掺入化学外加剂（减水剂、膨胀剂等）和矿物掺合料（掺合料、矿渣粉等），按适当的比例配合，经过均匀浇灌搅拌、密实及养护硬化形成的人造石材。传统上的混凝土配合比设计是通过经验丰富的土木工程师运用他们的以往的经验知识来进行设计的，在实验室中，为了获得理想的混凝土强度和坍落度，必须尝试好几种配合比，这种费时的工序不仅增加了材料的浪费还有混凝土生产的成本。
[0003]为了改善上述情况，出现了一系列的混凝土配合比优化设计方法。季韬等人采用人工神经网络方法，通过建立混凝土配合比参数与性能指标的关系，减少试配次数。王立久嘲、王长瑞等人采用最大密实理论对混凝土配合比进行优化。最小浆体理论将混凝土分成两部分：骨料和浆体。骨料包括粗细骨料，即砂和石；浆体是指水、水泥和各种掺合料的混合体。浆体由两部分组成：一是填充砂石混合体孔隙的浆体，二是砂石表面包裹的浆体。最小浆体理论的主要目的是为得到在满足混凝土各项性能指标要求情况下所需的浆体用量最少的混凝土配合比。因此，与最大密实理论相比，采用最小浆体理论对混凝土配合比进行优化，可使混凝土浆体量更少，混凝土体积稳定性更好，成本更低。
[0004]目前，我国大多数地区用于混凝土的细骨料仍然是天然砂，天然砂资源分布很不均匀，且形成过程漫长，一旦用尽，短期不可再生。因此，利用当地岩石资源或者工程弃置的废石生产人工砂，缓解天然砂资源的短缺，已成为目前工程建设的必然选择。但是，混合型人工砂的成分复杂，其制备得到的混凝土坍落度较小，且需水量较大，工作性能差。尤其在配制C30~C50混凝土时，由于混凝土浆体量更少，混凝土的工作性能差尤其严重。
[0005]因此，本专利技术以混凝土成本为配合比优化的目标，在保证混凝土坍落度、28d抗压强度及氯离子扩散系数满足设计要求情况下，采用最小浆体理论，对混凝土配合比进行优化，对由长江疏浚超细砂（以下简称疏浚砂）和机制砂组成的细骨料在混凝土中的应用具有重要价值。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的问题是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种基于最小浆体理论的混凝土配合比设计方法，其在降低混凝土成本的同时，达到了提高混凝土工作性能的目的。
[0007]本专利技术的上述专利技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于最小浆体理论的混凝土配合比设计方法，包括以下步骤，S1选择浆体和骨料，并控制所述浆体和骨料之间的表观密度的差值在预设范围内，所述浆体包括水泥、掺
合料和水，所述骨料包括粗骨料和细骨料，所述细骨料包括机制砂和占所述细骨料总重0~50.00%的疏浚砂；S2根据最小浆体理论，确定能够达到所述混凝土的强度等级所需的浆体体积和细骨料的体积砂率，进而确定粗骨料、细骨料、水泥、掺合料的用量和用水量；S3将所述粗骨料、细骨料、水泥、掺合料和水按照S2的用量搅拌混合均匀，得到所述混凝土。
[0008]通过采用上述技术方案，在混凝土原料选择时，通过调整浆体和骨料内各组分的表观密度，使各组分间的表观密度差达到最小范围，能降低混凝土中各组分分布的不均质性，有利于初步提高骨料的堆积密实度；然后利用机制砂和占所述细骨料总重0~50.00%的疏浚砂组成细骨料，由于机制砂质地坚硬、界面新鲜，且机制砂表面粗糙、多棱角，在疏浚砂和浆体形成的高浓度氢氧化钙环境中，表面会发生微弱化学反应，进而增强混凝土强度；同时，通过疏浚砂的填充效应、活性效应和品核效应，因此能在机制砂之间起到润滑作用，并补偿了中低强度混凝土用量较少的不足，能进一步协调混凝土的工作性能和抗压强度；最后通过最小浆体理论降低浆体的用量，能使混凝土体积稳定性更好、成本更低；综上所述，通过调整混凝土原料中各组分的密度，并采用疏浚砂和机制砂组成细骨料，能有效平衡混凝土的工作性能和抗压强度，再基于最小浆体理论进行混凝土配合比设计，在保证混凝土坍落度、28d抗压强度及氯离子扩散系数满足设计要求情况下，能使混凝土体积稳定性更好、成本更低。
[0009]进一步地，所述S1中，所述水泥的表观密度为3145kg/m
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，所述掺合料的表观密度为2150kg/m
³
，所述粗骨料的表观密度为2638.40kg/m
³
，所述细骨料的表观密度为2627~2590kg/m
³
。
[0010]优选地，所述S2中包括，结合所述表观密度、包裹骨料的平均浆体厚度建立浆体体积计算公式的过程；结合所述浆体体积计算公式和最小浆体理论确定最小浆体体积及其对应的细骨料体积砂率的过程；结合所述表观密度、最小浆体体积及其对应的细骨料体积砂率确定细骨料和粗骨料的用量的骨料用量计算过程；以及，结合所述最小浆体体积、粉胶比和水胶比确定水泥、掺合料和水的用量的浆体用量计算过程；其中，所述粉胶比为掺合料占浆体总重的百分比，所述水胶比为水占浆体总重的百分比。
[0011]具体地，所述包裹骨料的平均浆体厚度为20μm。在此状态下，即使疏浚砂取代率达到50%，即疏浚砂占骨料总重的50%，混凝土达到预定抗压强度C30~C50时，其坍落度依然能达到120~180mm。
[0012]具体地，所述最小浆体体积为0.46~0.64m
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，最小浆体体积对应的细骨料体积砂率为0.31~0.19。其中，疏浚砂取代率依次为0%、12.50%、25.00%、37.50%、50.00%时，所述最小浆体体积依次为0.46m
³
、0.49m
³
、0.55m
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、0.58m
³
、0.64m
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，最小浆体体积对应的细骨料体积砂率依次为0.31、0.33、0.28、0.24、0.19。
[0013]具体地，所述细骨料的用量为299.82~557.55kg，所述粗骨料的用量为1229.08~1285.33kg。其中，疏浚砂取代率依次为0%、12.50%、25.00%、37.50%、50.00%时，所述细骨料的用量依次为557.55kg、553.14kg、443.90kg、404.55kg、299.82kg，所述粗骨料的用量依次为1229.08kg、1169.27kg、1206.71kg、1250.73kg、1285.33kg。
[0014]具体地，所述混凝土的强度等级为C30~C50时，所述水胶比为0.28~0.43。其中，所述混凝土的强度等级为C30时，所述水胶比为0.43；所述混凝土的强度等级为C40时，所述水胶比为0.34；所述混凝土的强度等级为C50时，所述水胶比为0.28。
[0015]具体地，所述粉胶比为335.00。
[0016]进一步地，所述混凝土还包括减水剂，所述减水剂占水泥总重的1.50%，且所述减水剂的固含量为18%。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于最小浆体理论的混凝土配合比设计方法，其特征在于：包括以下步骤，S1选择浆体和骨料，并控制所述浆体和骨料之间的表观密度的差值在预设范围内，所述浆体包括水泥、掺合料和水，所述骨料包括粗骨料和细骨料，所述细骨料包括机制砂和占所述细骨料总重0~50.00%的疏浚砂；S2根据最小浆体理论，确定能够达到所述混凝土的强度等级所需的浆体体积和细骨料的体积砂率，进而确定粗骨料、细骨料、水泥、掺合料的用量和用水量；S3将所述粗骨料、细骨料、水泥、掺合料和水按照S2的用量搅拌混合均匀，得到所述混凝土。2.根据权利要求1所述的一种基于最小浆体理论的混凝土配合比设计方法，其特征在于：所述S1中，所述水泥的表观密度为3145kg/m
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，所述掺合料的表观密度为2150kg/m
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，所述粗骨料的表观密度为2638.40kg/m
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，所述细骨料的表观密度为2627~2590kg/m
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。3.根据权利要求2所述的一种基于最小浆体理论的混凝土配合比设计方法，其特征在于：所述S2中包括，结合所述表观密度、包裹骨料的平均浆体厚度建立浆体体积计算公式的过程；结合所述浆体体积计算公式和最小浆体理论确定最小浆体体积及其对应的细骨料体积砂率的过程；结合所述表观密度、最小浆体体积及其对应的细骨料体积砂率确定细骨料和粗骨料的用量的骨料用量计算过程；以及，结合所述最小浆体体积、粉胶比...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁英杰，杨晖，陈徐东，白丽辉，赵颖超，傅永刚，龚世文，黄祎涵，陈旭光，王小龙，
申请(专利权)人：浙江交工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：