CN103613344A - 高钛重矿渣混凝土及其配合比的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于高钛重矿渣混凝土的配合比设计方法以及用该方法设计配比得到的混凝土，属于混凝土领域。该方法主要考虑了高钛重矿渣砂石骨料与天然骨料差异较大的特殊情况，基于砂粒填充碎石空隙、水泥浆体填充砂粒空隙的设计方法，能够实现混凝土各物料最大紧密堆积，有利于提高混凝土强度，同时也有利于通过调整水泥浆体的流动性来调整整个混凝土拌合物的流动性，有利于控制混凝土的流动性。因此，本发明能够使高钛重矿渣混凝土具有良好流动性基础上还具有较好的强度。

Description

高钛重矿渣混凝土及其配合比的设计方法

技术领域

本发明属于混凝土领域，具体涉及一种适用于高钛重矿渣混凝土的配合比设计方法以及用该方法设计配比得到的混凝土。

背景技术

高钛重矿渣是钒钛磁铁矿冶炼产生的固体废弃物经自然冷却或热泼冷却后形成的一种具有强度的石质材料。其TiO₂含量比普通的高炉渣高出20%左右，渣中含有50～65%的钛辉石、10～25%的钙钛矿等多种稳定性优良的矿物。

本申请人申请的CN1880258A《高钛重矿渣混凝土》专利公开了一种用高钛重矿渣碎石、重矿渣砂、水泥、矿物掺合料配制的高钛重矿渣混凝土及配制方法。并提出了提高砂率3～6%，采用矿物掺合料等要求。

但由于高钛重矿渣集料的多孔特性，与普通碎石有较大差别，渣砂粉尘含量较高，采用普通高性能混凝土设计方法不能充分利用集料特性，且配制的混凝土流动性较差，尤其是在配制流动性较大的泵送混凝土时，常常出现混凝土流动性差，泵送困难，仅靠加水提高混凝土流动性又不利于混凝土强度发展，因此在使用时常常出现问题。

在此基础上，本发明人提出了一种高钛重矿渣混凝土的配合比设计方法，采用松散体积法，固定砂、碎石体积，首先考虑高钛重矿渣混凝土的工作性能，兼顾高钛重矿渣混凝土的强度，确定高钛重矿渣混凝土配合比设计方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在具有良好流动性基础上使混泥土具有高强度的高钛重矿渣混凝土及其配合比的设计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：高钛重矿渣混凝土的配合比设计方法，高钛重矿渣混凝土包括原料高钛重矿渣碎石、高钛重矿渣砂、水泥、掺合料和水，包括如下步骤：

a、测定高钛重矿渣碎石的松散堆积密度ρ_go和表观密度ρ_g，测定高钛重矿渣砂的表观密度ρ_so；

b、设定每方混凝土中高钛重矿渣碎石的松散堆积体积a_g，根据高钛重矿渣碎石的松堆密度ρ_go计算每m³混凝土中高钛重矿渣碎石用量：

G_g=ρ_go×a_g

c、根据高钛重矿渣碎石用量G_g和密度ρ_g计算出每m³混凝土中高钛重矿渣碎石的密实体积V_g：

V_g=G_g/ρ_g

d、高钛重矿渣砂浆体积V_sj：

V_sj=1-V_g

e、设定高钛重矿渣砂浆中渣砂体积含量a_s，根据高钛重矿渣砂浆密实体积V_sj和渣砂体积含量a_s计算出渣砂的密实体积V_so和水泥净浆的密实体积V_j：

V_so=V_sj×a_s

V_j=V_sj-V_so

f、根据高钛重矿渣砂密实体积V_so和高钛重矿渣砂的表观密度ρ_so计算出每m³混凝土中高钛重矿渣砂的用量：

G_s=ρ_so×V_so

g、根据高钛重矿渣混凝土的设计强度等级和掺合料类型、用量，测定掺合料表观密度ρ_f和水泥表观密度ρ_c，确定水胶比w/b、掺合料体积替代水泥量k，确定复合胶凝材料的表观密度ρ_b：

ρ_b=ρ_f×k+ρ_c×(1-k)

h、由复合胶凝材料的表观密度ρ_b、水胶比 w/计算水和总胶凝材料的体积比，再根据总浆体体积分别求出总胶凝材料和水的体积，计算出每m³混凝土总胶凝材料总量G_b：

$\frac{G_b}{{\mathrm{\ρ}}_b}+\frac{w/b\×G_b}{1000}=V_j$

i、根据水胶比和总胶凝材料用量计算出每m³混凝土用水量：

G_w=G_b×w/b

j、根据总胶凝材料体积V_b和矿物掺合料替代率k及各自的表观密度，分别求出每m³混凝土中的矿物掺合料用量G_FA和水泥用量G_c；

V_b=G_b/ρ_b

V_f=V_b×k

G_FA=ρ_FA×V_FA

Vc=V_b×(1-k)

G_c=ρ_c×V_c

本发明所述的渣砂即是高钛重矿渣砂。

其中，上述方法步骤b中，设定高钛重矿渣碎石的松散堆积体积a_g为0.7～0.75。

其中，上述方法步骤e中，设定高钛重矿渣砂浆中渣砂体积含量a_s为0.4～0.5。

其中，上述方法步骤g中，确定水胶比w/b为0.4～0.7。

其中，上述方法步骤g中，确定掺合料体积替代水泥量k为0.2～0.4。

其中，上述方法中，当高钛重矿渣混凝土还包括原料减水剂时，根据减水剂的减水率额外降低用水量。

其中，上述方法中，当所述高钛重矿渣混凝土为C30及C30以下等级混凝土时选用32.5R水泥，为C35及C35以上等级混凝土时选用42.5R水泥。

本发明还提供一种高钛重矿渣混凝土，由原料混合制得，原料包括高钛重矿渣碎石、高钛重矿渣砂、水泥、掺合料和水，原料配比由上述任一项所述的高钛重矿渣混凝土的配合比设计方法计算得到。

本发明的有益效果是：高钛重矿渣颗粒内部多孔，筛分出的碎石和砂表观密度相近，但堆积密度差距较大，高钛重矿渣碎石堆积密度一般为1200～1350kg/m3，而高钛重矿渣砂堆积密度一般为1600～1700kg/cm3，同时与通常的天然砂石骨料的差别也较大；因此，本发明是基于砂粒填充碎石空隙、水泥浆体填充砂粒空隙的设计方法，实现混凝土各物料最大紧密堆积，有利于提高混凝土强度，同时也有利于通过调整水泥浆体的流动性来调整整个混凝土拌合物的流动性，有利于控制混凝土的流动性。本发明方法既可以兼顾高钛重矿渣混凝土的工作性能，又可以保证高钛重矿渣混凝土的强度。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明高钛重矿渣混凝土的配合比设计方法，高钛重矿渣混凝土包括原料高钛重矿渣碎石、高钛重矿渣砂、水泥、掺合料和水，包括如下步骤：

a、测定高钛重矿渣碎石的松散堆积密度ρ_go和表观密度ρ_g，测定高钛重矿渣砂的表观密度ρ_so；

b、设定每方混凝土中高钛重矿渣碎石的松散堆积体积a_g，根据高钛重矿渣碎石的松堆密度ρ_go计算每m³混凝土中高钛重矿渣碎石用量：

G_g=ρ_go×a_g

c、根据高钛重矿渣碎石用量G_g和密度ρ_g计算出每m³混凝土中高钛重矿渣碎石的密实体积V_g：

V_g=G_g/ρ_g

d、高钛重矿渣砂浆体积V_sj：

V_sj=1-V_g

e、设定高钛重矿渣砂浆中渣砂体积含量a_s，根据高钛重矿渣砂浆密实体积V_sj和渣砂体积含量a_s计算出渣砂的密实体积V_so和水泥净浆的密实体积V_j：

V_so=V_sj×a_s

V_j=V_sj-V_so

f、根据高钛重矿渣砂密实体积V_so和高钛重矿渣砂的表观密度ρ_so计算出每m³混凝土中高钛重矿渣砂的用量：

G_s=ρ_so×V_so

g、根据高钛重矿渣混凝土的设计强度等级和掺合料类型、用量，测定掺合料表观密度ρ_f和水泥表观密度ρ_c，确定水胶比w/b、掺合料体积替代水泥量k，确定复合胶凝材料的表观密度ρ_b：

ρ_b=ρ_f×k+ρ_c×(1-k)

h、由复合胶凝材料的表观密度ρ_b、水胶比w/b计算水和总胶凝材料的体积比，再根据总浆体体积分别求出总胶凝材料和水的体积，计算出每m³混凝土总胶凝材料总量G_b：

$\frac{G_b}{{\mathrm{\ρ}}_b}+\frac{w/b\×G_b}{1000}=V_j$

i、根据水胶比和总胶凝材料用量计算出每m³混凝土用水量：

G_w=G_b×w/b

j、根据总胶凝材料体积V_b和矿物掺合料替代率k及各自的表观密度，分别求出每m³混凝土中的矿物掺合料用量G_FA和水泥用量G_c；

V_b=G_b/ρ_b

V_f=V_b×k

G_FA=ρ_FA×V_FA

Vc=V_b×(1-k)

G_c=ρ_c×V_c

本发明所述的掺合料可以是粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、磷渣微粉等常规使用的掺合料。

优选的，上述方法步骤b中，设定高钛重矿渣碎石的松散堆积体积a_g为0.7～0.75。

优选的，上述方法步骤e中，设定高钛重矿渣砂浆中渣砂体积含量a_s为0.4～0.5。

水胶比按照普通混凝土配合比设计规程根据混凝土的设计强度、水泥强度进行计算，优选的，上述方法步骤g中，确定水胶比w/b为0.4～0.7。

其中，上述方法步骤g中，确定掺合料体积替代水泥量k为0.2～0.4。

其中，上述方法中，当高钛重矿渣混凝土还包括原料减水剂时，根据减水剂的减水率额外降低用水量。当混凝土坍落度要求大于80mm时，需使用减水剂，减水剂的用量可根据减水剂厂家推荐掺量进行调整。

优选的，上述方法中，当所述高钛重矿渣混凝土为C30及C30以下等级混凝土时选用32.5R水泥，为C35及C35以上等级混凝土时选用42.5R水泥。

本发明还提供一种高钛重矿渣混凝土，由原料混合制得，原料包括高钛重矿渣碎石、高钛重矿渣砂、水泥、掺合料和水，原料配比由上述任一项所述的高钛重矿渣混凝土的配合比设计方法计算得到。

下面通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的说明，但并不因此将本发明的保护范围限制在实施例之中。

实施例一按本发明方法进行C30高钛重矿渣混凝土配合比设计。

（1）测定高钛重矿渣碎石的松散堆积密度ρ_go为1280kg/m³，测定表观密度ρ_g为3050kg/m³，测定高钛重矿渣砂的表观密度ρ_so为3050kg/m³；

（2）设定每方混凝土中高钛重矿渣碎石用量的松散堆积体积a_g为0.75，根据高钛重矿渣碎石的松堆密度ρ_go计算1m³混凝土中高钛重矿渣碎石用量：

G_g=ρ_go×a_g=1280×0.75=960kg

（3）根据高钛重矿渣碎石用量G_g和密度ρ_g计算出每方混凝土中高钛重矿渣碎石的密实体积V_g：

V_g=G_g/ρ_g=960/3050=0.31m³

（4）高钛重矿渣砂浆体积V_sj：

V_sj=1-V_g=1-0.31=0.69m³

（5）设定高钛重矿渣砂浆中渣砂体积含量a_s为0.45，根据高钛重矿渣砂浆密实体积V_sj和渣砂体积含量a_s计算出渣砂的密实体积V_so和水泥净浆的密实体积V_j：

V_so=V_sj×a_s=0.69×0.45=0.31m³

V_j=V_sj-V_so=0.69-0.31=0.38m³

（6）根据高钛重矿渣砂密实体积V_so和高钛重矿渣砂的表观密度ρ_so计算出单方混凝土中高钛重矿渣砂的用量：

G_s=ρ_so×V_so=3050×0.31=945.5kg

（7）根据高钛重矿渣混凝土的设计强度等级和掺合料类型、用量确定水胶比w/b为0.50、粉煤灰（表观密度ρ_f为2200kg/m³）体积替代水泥（表观密度为ρ_c3300kg/m³）量k为0.4，确定复合胶凝材料的表观密度ρ_b：

ρ_b=ρ_f×k+ρ_c×(1-k)=2860kg/m³

（8）由复合胶凝材料的表观密度ρ_b、水胶比w/b计算水和总胶凝材料的体积比，再根据总浆体体积分别求出总胶凝材料和水的体积，计算出总胶凝材料总量G_b：

$\frac{G_b}{{\mathrm{\ρ}}_b}+\frac{w/b\×G_b}{1000}=V_j$

G_b=446kg

（9）根据水胶比和总胶凝材料用量计算出用水量：

G_w=G_b×w/b=446×0.50=223kg

（10）根据总胶凝材料体积V_b和矿物掺合料替代率k及各自的表观密度，分别求出单方混凝土中的矿物掺合料用量G_FA和水泥用量G_c；

V_b=G_b/ρ_b=446/2860=0.156m³

V_f=V_b×k=0.156×0.4=0.062m³

G_f=ρ_f×V_f=2200×0.062=136.4kg

V_c=V_b×(1-k)=0.156×（1-0.4）=0.094m³

G_c=ρ_c×V_c=3300×0.094=310.2kg

经计算每方混凝土中个组分材料的用量为水泥310.2kg，粉煤灰136.4kg，高钛重矿渣碎石960kg，高钛重矿渣砂945.5kg，水223kg。水泥选用32.5R水泥。当使用减水率为15%的减水剂时，用水量为223×（1-15%）=189.5kg。

经试配，所得混凝土的性能指标见表1。

表1高钛重矿渣混凝土性能指标

实施例二按本发明方法进行C50高钛重矿渣混凝土配合比设计。

（1）测定高钛重矿渣碎石的松散堆积密度ρ_go为1280kg/m³，测定表观密度ρ_g为3050kg/m³，测定高钛重矿渣砂的表观密度ρ_so为3050kg/m³；

（2）设定每方混凝土中高钛重矿渣碎石用量的松散堆积体积a_g为0.73，根据高钛重矿渣碎石的松堆密度ρ_go计算1m³混凝土中高钛重矿渣碎石用量：

G_g=ρ_go×a_g=1280×0.73=934.4kg

（3）根据高钛重矿渣碎石用量G_g和密度ρ_g计算出每方混凝土中高钛重矿渣碎石的密实体积V_g：

V_g=G_g/ρ_g=934.4/3050=0.31m³

（4）高钛重矿渣砂浆体积V_sj：

V_sj=1-V_g=1-0.31=0.69m³

（5）设定高钛重矿渣砂浆中渣砂体积含量a_s为0.40，根据高钛重矿渣砂浆密实体积V_sj和渣砂体积含量a_s计算出渣砂的密实体积V_so和水泥净浆的密实体积V_j：

V_so=V_sj×a_s=0.69×0.40=0.276m³

V_j=V_sj-V_so=0.69-0.276=0.414m³

（6）根据高钛重矿渣砂密实体积V_so和高钛重矿渣砂的表观密度ρ_so计算出单方混凝土中高钛重矿渣砂的用量：

G_s=ρ_so×V_so=3050×0.276=841.8kg

（7）根据高钛重矿渣混凝土的设计强度等级和掺合料类型、用量确定水胶比w/b为0.45、粉煤灰（表观密度ρ_f为2200kg/m³）体积替代水泥（表观密度为ρ_c3300kg/m³）量k为0.2，确定复合胶凝材料的表观密度ρ_b：

ρ_b=ρ_f×k+ρ_c×(1-k)=3080kg/m³

（8）由复合胶凝材料的表观密度ρ_b、水胶比w/b计算水和总胶凝材料的体积比，再根据总浆体体积分别求出总胶凝材料和水的体积，计算出总胶凝材料总量G_b：

$\frac{G_b}{{\mathrm{\ρ}}_b}+\frac{w/b\×G_b}{1000}=V_j$

G_b=534.4kg

（9）根据水胶比和总胶凝材料用量计算出用水量：

G_w=G_b×w/b=534.4×0.45=240.5kg

（10）根据总胶凝材料体积V_b和矿物掺合料替代率k及各自的表观密度，分别求出单方混凝土中的矿物掺合料用量G_FA和水泥用量G_c；

V_b=G_b/ρ_b=534.4/3080=0.174m³

V_f=V_b×k=0.174×0.2=0.035m³

G_f=ρ_f×V_f=2200×0.035=77kg

V_c=V_b×(1-k)=0.174×（1-0.2）=0.139m³

G_c=ρ_c×V_c=3300×0.139=458.7kg

经计算每方混凝土中个组分材料的用量为水泥458.7kg，粉煤灰77kg，高钛重矿渣碎石934.4kg，高钛重矿渣砂841.8kg，水240.5kg。水泥选用42.5R水泥。当使用减水率为20%的减水剂时，用水量为240.5×（1-20%）=192.4kg。

经试配，所得混凝土的性能指标见表2。

表2高钛重矿渣混凝土性能指标

Claims (8)

1.高钛重矿渣混凝土的配合比设计方法，高钛重矿渣混凝土包括原料高钛重矿渣碎石、高钛重矿渣砂、水泥、掺合料和水，其特征在于：

a、测定高钛重矿渣碎石的松散堆积密度ρ_go和表观密度ρ_g，测定高钛重矿渣砂的表观密度ρ_so；

b、设定每方混凝土中高钛重矿渣碎石的松散堆积体积a_g，根据高钛重矿渣碎石的松堆密度ρ_go计算每m³混凝土中高钛重矿渣碎石用量：

G_g=ρ_go×a_g

c、根据高钛重矿渣碎石用量G_g和密度ρ_g计算出每m³混凝土中高钛重矿渣碎石的密实体积V_g：

V_g=G_g/ρ_g

d、高钛重矿渣砂浆体积V_sj：

V_sj=1-V_g

e、设定高钛重矿渣砂浆中渣砂体积含量a_s，根据高钛重矿渣砂浆密实体积V_sj和渣砂体积含量a_s计算出渣砂的密实体积V_so和水泥净浆的密实体积V_j：

V_so=V_sj×a_s

V_j=V_sj-V_so

f、根据高钛重矿渣砂密实体积V_so和高钛重矿渣砂的表观密度ρ_so计算出每m³混凝土中高钛重矿渣砂的用量：

G_s=ρ_so×V_so

g、根据高钛重矿渣混凝土的设计强度等级和掺合料类型、用量，测定掺合料表观密度ρ_f和水泥表观密度ρ_c，确定水胶比w/b、掺合料体积替代水泥量k，确定复合胶凝材料的表观密度ρ_b：

ρ_b=ρ_f×k+ρ_c×(1-k)

h、由复合胶凝材料的表观密度ρ_b、水胶比w/b计算水和总胶凝材料的体积比，再根据总浆体体积分别求出总胶凝材料和水的体积，计算出每m³混凝土总胶凝材料总量G_b：

$\frac{G_b}{{\mathrm{\ρ}}_b}+\frac{w/b\×G_b}{1000}=V_j$

i、根据水胶比和总胶凝材料用量计算出每m³混凝土用水量：

G_w=G_b×w/b

j、根据总胶凝材料体积V_b和矿物掺合料替代率k及各自的表观密度，分别求出每m³混凝土中的矿物掺合料用量G_FA和水泥用量G_c；

V_b=G_b/ρ_b

V_f=V_b×k

G_FA=ρ_FA×V_FA

Vc=V_b×(1-k)

G_c=ρ_c×V_c

2.根据权利要求1所述的高钛重矿渣混凝土的配合比设计方法，其特征在于：步骤b中，设定高钛重矿渣碎石的松散堆积体积a_g为0.7～0.75。

3.根据权利要求1所述的高钛重矿渣混凝土的配合比设计方法，其特征在于：步骤e中，设定高钛重矿渣砂浆中渣砂体积含量a_s为0.4～0.5。

4.根据权利要求1所述的高钛重矿渣混凝土的配合比设计方法，其特征在于：步骤g中，确定水胶比w/b为0.4～0.7。

5.根据权利要求1所述的高钛重矿渣混凝土的配合比设计方法，其特征在于：步骤g中，确定掺合料体积替代水泥量k为0.2～0.4。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的高钛重矿渣混凝土的配合比设计方法，其特征在于：当高钛重矿渣混凝土还包括原料减水剂时，根据减水剂的减水率额外降低用水量。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的高钛重矿渣混凝土的配合比设计方法，其特征在于：当所述高钛重矿渣混凝土为C30及C30以下等级混凝土时选用32.5R水泥，为C35及C35以上等级混凝土时选用42.5R水泥。

8.高钛重矿渣混凝土，由原料混合制得，原料包括高钛重矿渣碎石、高钛重矿渣砂、水泥、掺合料和水，其特征在于：原料配比由权利要求1至7中任一项所述的高钛重矿渣混凝土的配合比设计方法计算得到。