【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑材料制备，尤其涉及一种基于紧密堆积理论的胶凝材料配合比设计方法。
技术介绍
1、随着建设行业不断发展，混凝土用量持续增长，对原材料需求大，混凝土矿物掺合料是现代混凝土中不可或缺的重要组成部分，不仅可以代替部分水泥作为胶凝材料使用，而且可以降低混凝土水化热，提升混凝土耐久性。常用的传统矿物掺合料有粉煤灰、矿粉等，应用相对比较成熟。但随着各地工程量的增加，传统矿物掺合料短缺且质量参差不齐，难以保障混凝土工程质量。目前天然岩石粉/机制砂石粉产量变大，经研究，可作为混凝土掺合料使用，但相对粉煤灰、矿粉等传统矿物掺合料，岩石粉活性不高，大多为惰性石粉，不合理的粒径或掺量可能会导致混凝土强度降低，耐久性变差。为此，综合考虑石粉的微集料效应、形态效应和火山灰效应等，本专利技术提出一种可保证混凝土强度的使用多种矿物掺合料的胶凝材料配合比的设计方法。
2、公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术总体
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的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于紧密堆积理论的胶凝材料配合比设计方法，通过水化反应与最大湿堆积密度同时限定，确定最优分布系数，以此设计胶凝材料配合比，降低水泥用量，成功制备一种性能优异、绿色环保的胶凝材料，降低胶凝材料和混凝土生产成本。
2、为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种基于紧密堆积理论的胶凝
4、s1：以水泥作为基体，确定基体的矿物掺合料组分，通过激光粒度仪测量不同矿物掺合料的粒径分布；
5、s2：根据改进的andreasen和andersen模型得到的dinger-funk方程建立混合材料的紧密堆积模型，确定紧密堆积时混合材料中各组分的体积比，
6、混合材料的紧密堆积理想模型的方程表达式为：
7、
8、其中，cpft为颗粒累计通过量，di为所计算的粒径，dmin为最小粒径，dmax为最大粒径，q为分布系数；
9、s3：通过s1的粒径分布，确定q的分布区间，其中，当组分的最大粒径小于9.50mm时，q≤0.4；否则，0.4＜q＜0.7；本专利技术通过最大最小粒径及关键分布系数得到紧密堆积的理想的混合材料分布，通常，堆积越紧密，成型后的混合材料就更密实，强度相对也越高。关键的分布系数q通常是经验系数，按照以往的研究得到，分布系数q＝0.4～0.7适用于粗颗粒比较多的级配情况，q≤0.4适用于细颗粒比较多的级配情况。因此本申请首先通过粒径限定分布系数的分布区间，便于后续步骤的实施。
10、s4：将n种矿物掺合料分别与水泥混合，作为n组实验组，在q的分布区间内等差取值并依次记为qab，通过步骤s1中的粒径分布与步骤s2中的紧密堆积模型确定在qab下理想的粒径级配；
11、其中a＝1,2,......n，表示第n组实验组，b＝1,2,3,4,......，表示在q的分布区间内的取值顺序；
12、s5：通过最小二乘法拟合理想级配模型，确定不同qab下每种矿物掺合料的最优配合比；
13、s6：分别测试qab下最优配合比的湿堆积密度φab，并确定每组实验组中的最大湿堆积密度此时的分布系数为最优分布系数，记为通常，湿堆积密度随着水灰体积比的提高先上升后下降，水的加入会先填充空隙，湿堆积密度提高，完全填充空隙后水会包裹颗粒，湿堆积密度下降，最大湿堆积密度对应水完全填充空隙的情况。最大湿堆积密度越大，水完全填充空隙情况下的占比越小，空隙越少，混合材料越密实。改变混合材料的紧密堆积模型的分布系数q并测量最大湿堆积密度选择最大湿堆积密度较大对应的分布系数
14、s7：将n种矿物掺合料与水泥混合设置为一组，并依下式(2)、(3)确定达到较为紧密堆积状态的分布系数q，将其代入式(1)中得到混合材料的紧密堆积模型cpft；
15、
16、
17、其中，δφa为测得的n个最优分布系数下第a组对应的湿堆积密度值的均差，φax为测得的n个最优分布系数下第a组对应的湿堆积密度值；
18、s8：通过步骤s1中的粒径分布与步骤s7中的紧密堆积模型，利用最小二乘法拟合，
19、确定各组分的配合比；
20、s9：使用gems软件进行模拟，确定矿物掺合料掺加到水泥中，与ca(oh)2水化反应平衡时的矿物掺合料掺量作为最大掺量，比较最大掺量与s8确定的配合比掺量，若s8确定的配合比掺量小于最大掺量，则将其作为最终确定的配合比，否则，返回步骤s4。
21、本专利技术对水泥混合料使用gems软件计算水化反应约束条件，确定掺合料的最大掺量。矿物掺合料掺加到水泥中与ca(oh)2反应生成水化产物，也会对强度提供一些贡献，作为约束条件，当反应平衡时，如果ca(oh)2完全被消耗则此时的矿物掺合料掺量作为最大掺量考虑。这一步可以使用gems(吉布斯自由能最小化)进行模拟。
22、作为优选的，步骤s1中，基体的矿物掺合料组分为石粉、矿粉和粉煤灰。
23、作为优选的，步骤s3中，测得组分的最大粒径小于9.50mm。
24、作为优选的，步骤s4中，将石粉、矿粉以及粉煤灰分别与水泥混合，作为三组实验组，在q≤0.4的分布区间内以0.05的差值取值。
25、作为优选的，步骤s5中，计算的配比数字为正数，当计算的配比为数值时取为0。
26、作为优选的，步骤s6中，所述湿堆积密度的测量方法为：
27、首先计算混合材料和水的掺入体积，将所有混合材料加入到搅拌碗中，然后加入50％的水，搅拌三分钟，再将剩下的50％水分四次加入到搅拌碗中，每次加入后搅拌三分钟，然后将混合后的膏体加入到固定容积的容器中，测量重量，所得到的湿堆积密度为m/v。
28、作为优选的，步骤s7中，将水泥、石粉、矿粉以及粉煤灰设置为一组，并确定达到较为紧密堆积状态的分布系数q为：
29、
30、
31、
32、
33、具体的，式(4)中，为第一组混合料测得的最大湿堆积密度对应的最优分布系数，为第二组混合料测得的最大湿堆积密度对应的最优分布系数，为第三组混合料测得的最大湿堆积密度对应的最优分布系数，
34、式(5)中，为第一组混合料测得的最大湿堆积密度，为第一组混合料在第二组混合料的最优分布系数下的湿堆积密度，为第一组混合料在第二组混合料的最优分布系数下的湿堆积密度；
35、式(6)中，为第二组混合料测得的最大湿堆积密度，为第二组混合料在第一组混合料的最优分布系数下的湿堆积密度，为第二组混合料在第三组混合料的最优分布系数下的湿堆积密度；
36、式(7)中，为第三组混合料测得的最大湿堆积密度，为第三组混合料在第一组混合料的最优分布系数下的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于紧密堆积理论的胶凝材料配合比设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于紧密堆积理论的胶凝材料配合比设计方法，其特征在于，步骤S1中，基体的矿物掺合料组分为石粉、矿粉和粉煤灰。
3.根据权利要求1所述的基于紧密堆积理论的胶凝材料配合比设计方法，其特征在于，步骤S3中，测得组分的最大粒径小于9.50mm。
4.根据权利要求3所述的基于紧密堆积理论的胶凝材料配合比设计方法，其特征在于，步骤S4中，将石粉、矿粉以及粉煤灰分别与水泥混合，作为三组实验组，在q≤0.4的分布区间内以0.05的差值取值。
5.根据权利要求2～4任一项所述的基于紧密堆积理论的胶凝材料配合比设计方法，其特征在于，步骤S5中，计算的配比数字为正数，当计算的配比为数值时取为0。
6.根据权利要求5所述的基于紧密堆积理论的胶凝材料配合比设计方法，其特征在于，步骤S6中，所述湿堆积密度的测量方法为：
7.根据权利要求6所述的基于紧密堆积理论的胶凝材料配合比设计方法，其特征在于，步骤S7中，将水泥、石粉、矿粉以及粉煤灰
8.根据权利要求4所述的基于紧密堆积理论的胶凝材料配合比设计方法，其特征在于，步骤S9中，最大掺量的模拟方法为：
9.根据权利要求9所述的基于紧密堆积理论的胶凝材料配合比设计方法，其特征在于，步骤(1)中，将试验区域设计为等边三角形，三角形的高为1，试验区域内的点到三条边的距离分别代表石粉、矿粉以及粉煤灰的掺量比例，三个距离之和为1。
10.根据权利要求9所述的基于紧密堆积理论的胶凝材料配合比设计方法，其特征在于，步骤(2)中，使用X射线荧光光谱仪测试水泥和掺合料的化学组成，计算试验区域内选择的点对应的化学组成，输入掺合料的化学成分的量与对应掺量的水泥的化学成分的量，得到各反应产物的量，调整掺合料与水泥的比例，直到反应产物的Ca(OH)2的量为0。
...【技术特征摘要】
1.一种基于紧密堆积理论的胶凝材料配合比设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于紧密堆积理论的胶凝材料配合比设计方法，其特征在于，步骤s1中，基体的矿物掺合料组分为石粉、矿粉和粉煤灰。
3.根据权利要求1所述的基于紧密堆积理论的胶凝材料配合比设计方法，其特征在于，步骤s3中，测得组分的最大粒径小于9.50mm。
4.根据权利要求3所述的基于紧密堆积理论的胶凝材料配合比设计方法，其特征在于，步骤s4中，将石粉、矿粉以及粉煤灰分别与水泥混合，作为三组实验组，在q≤0.4的分布区间内以0.05的差值取值。
5.根据权利要求2～4任一项所述的基于紧密堆积理论的胶凝材料配合比设计方法，其特征在于，步骤s5中，计算的配比数字为正数，当计算的配比为数值时取为0。
6.根据权利要求5所述的基于紧密堆积理论的胶凝材料配合比设计方法，其特征在于，步骤s6中，所述湿堆积密度的测量方法为：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：夏京亮，苏维维，刘林朋，冷发光，吕正海，李志昊，任龙芳，王晶，蔡晓龙，杨亚斌，
申请(专利权)人：平凉市新世纪建材有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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