CN103822848A - 早龄期硬化混凝土原配合比的回推方法 - Google Patents

Abstract

早龄期硬化混凝土原配合比的回推方法，涉及一种混凝土原配合比的回推方法。本发明是要解决现有硬化混凝土原配合比回推方法存在测试精度较差，过程较为繁琐的问题。方法：计算绝干状态下混凝土的体积密度；另取混凝土试块破碎，碎块中加入稀盐酸溶液浸泡，得泥浆物；对混合浆体筛分，并用水冲洗方孔筛上方颗粒物，收集泥浆；计算整个试块中粉煤灰的质量；计算干燥混凝土中水泥的化学结合水含量；计算每立方米待测混凝土中粗集料G、细集料S、水泥C、粉煤灰或其它火山灰质材料FA的用量。本发明用于建筑材料检测领域。

Description

早龄期硬化混凝土原配合比的回推方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土原配合比的回推方法。

背景技术

混凝土是国内外使用最广泛的建筑材料之一，其基本原材料为胶凝材料、砂、石子和水。实际工程中，由于配合比设计不合理、原材料称量错误、材料种类选择不当，以及经常出现的材料供应商故意偷工减料等因素，导致很多工程混凝土在验收时强度明显达不到设计要求，甚至部分在建工程出现倒塌等安全事故。对于这类工程事例，首先要确定出工程中已硬化混凝土的原始配合比，即混凝土中主要组成原材料的用量或比例，才能为判定事故责任、避免类似事故再次发生以及为工程加固处理提供基础数据和科学依据。

目前，这项技术在国内尚处于初步发展阶段，对此方面的研究主要集中在各配合比因素对硬化混凝土强度及其它性能的影响方面，而关于对已硬化水泥混凝土成分进行定量分析测定方面的文献报道很少。现有硬化混凝土原配合比回推方法的基本原理是通过对待测混凝土试样进行饱水浸泡、干燥、灼烧、研磨、过筛、称量等操作，通过所得数据推算出混凝土的配合比。这种方法存在的主要问题是：通过干燥后研磨的方法来确定粗集料质量会导致部分水泥砂浆不能完全与粗集料脱离或部分粗集料破碎而带入水泥砂浆中；不能测试出混凝土中粉煤灰等低活性矿物掺合料的掺入量；因此，测试精度较差。

发明内容

本发明是要解决现有硬化混凝土原配合比回推方法存在测试精度较差，提供一种早龄期硬化混凝土原配合比的回推方法。

本发明早龄期硬化混凝土原配合比的回推方法，按以下步骤进行：

步骤一：取一待测混凝土试块，测出混凝土试块在吸水饱和面干状态下在空气中的质量m₁，然后将混凝土试块在水中浸泡24h，测出质量m₂，再将混凝土试块在100～105℃烘干至恒重，测出质量m₃，计算出绝干状态下混凝土的体积密度

其中ρ_水为水的密度；

步骤二：另取一待测混凝土试块破碎成30～50mm的碎块状并烘干至恒重，得混凝土碎块，称取质量为M₀的混凝土碎块装入到耐酸塑料容器中，并倒入质量为M₀的混凝土碎块体积2～3倍的稀盐酸溶液A进行浸泡2～3天，得泥浆物；

步骤三：向步骤二得到的泥浆物中滴加0.2～0.4mol/L的氢氧化钠溶液，同时进行搅拌，至混合物的pH值达到6～8，停止滴加，得混合浆体，对混合浆体用4.75mm的方孔筛进行筛分，并用水冲洗方孔筛上方颗粒物3～5次，然后用0.15mm的方孔筛进行筛分，并用水冲洗方孔筛上方颗粒物3～5次，将所有通过0.15mm的方孔筛的泥浆和水收集在耐酸塑料容器中；

步骤四：将经步骤三筛分后残留在4.75mm和0.15mm方孔筛上面的颗料物分别在100～105℃烘干至恒重，并分别称重得到M₁和M₂，使步骤三收集在耐酸塑料容器的溶液静置沉淀，将沉淀在100～105℃烘干至恒重，得到粉体，并称得质量为M₃；

步骤五：将步骤四得到的粉体在球磨机中混合均匀，然后称取质量为M₄的粉末样品装入烧杯中，M₄为0.4～0.6g，并加入50mL蒸馏水搅拌均匀，再加人40～50mL稀盐酸溶液B，继续搅拌30～50min，然后将混合液用玻璃砂芯漏斗进行过滤，并用蒸馏水冲洗玻璃砂芯漏斗上的残渣3～5次，再将残渣物移入100～105℃烘箱烘干至恒重，称取质量为M₅，然后计算出整个试块中粉煤灰的质量

步骤六：将步骤二中烘干至恒重的混凝土碎块在振动磨中进行破碎粉磨，称取质量为M₇的粉末样品，在温度为950～1000℃的高温炉中灼烧至恒重后，称取其质量为M₈，然后计算干燥混凝土中水泥的化学结合水含量

步骤七：然后计算出每立方米待测混凝土中粗集料G、细集料S、水泥C、粉煤灰或其它火山灰质材料FA的用量：

$C=(\frac{M_0-M_1-M_2-M_6}{M_0}-\mathrm{\β})\×{\mathrm{\ρ}}_0,\mathrm{FA}=\frac{M_6}{M_0}\×{\mathrm{\ρ}}_0,$ 即得到早龄期硬化混凝土原配合比参数；其中步骤二所述稀盐酸溶液A由11.6mol/L的浓盐酸与水按照质量比1:3～6混合制成；步骤五所述稀盐酸溶液B是由11.6mol/L的浓盐酸与水按照质量比1:2～3混合制成。

本发明步骤二和步骤三所述耐酸塑料容器可以为聚乙烯塑料容器，也可以为其他能够耐酸腐蚀的塑料容器。

本发明的基本原理：利用混凝土中除了粗、细集料以外的水泥石部分遇强酸后会自动溶解解体的原理，通过机械破碎使混凝土成碎块状，并用一定量的稀盐酸溶液进行浸泡的方法使混凝土中的粗、细集料分离出来；根据混凝土中粗、细集料的颗粒分布范围，未被盐酸溶解的残余物料中颗粒尺寸大于4.75mm的为粗集料，而尺寸在0.15～4.75mm范围以内的为细集料，从而可以定量测试出单位体积混凝土中的粗、细集料含量；根据粉煤灰和其它火山灰质矿物掺合料在较早龄期内基本上不参加水化反应而且它们在稀盐酸溶液中不溶等特性，对少量水泥石样品进行充分的稀盐酸溶液中进行溶解，由未溶解部分的质量换算出混凝土中的粉煤灰或其它火山灰矿物掺合料的含量；根据混凝土材料中的所有自由水和化学结合水在950～1000℃条件下均会失去的原理，对一定量粉末状混凝土样品进行高温灼烧后称重即可得到混凝土中的粗集料、细集料、水泥及粉煤灰或其它火山灰质矿物掺合料干质量的总和；结合前面所有测试数据，即可推算出单位体积硬化混凝土中的粗集料、细集料、硅酸盐水泥、粉煤灰或其它火山灰矿物掺合料等的质量或比例，即混凝土原始配合比。

有益效果：

本发明在筛分粗集料的同时，用大量水进行冲洗，最大限度的使水泥砂浆与粗集料分离；混凝土中除了粗、细集料以外的水泥石部分遇强酸后会自动溶解解体，因此本发明方法可以避免由于粗集料破碎而带入水泥砂浆中而导致的测量误差；本发明还可测试出混凝土中粉煤灰等低活性矿物掺合料的掺入量，因此本发明方法的测试精度更高。

本方法解决了现有技术中通过研磨方法不能将骨料与水泥石完全分离，以及无法测定出混凝土中粉煤灰和其它火山灰质矿物掺合料用量等方面的不足之处。本发明为实际工程或实验室中事先未知各材料用量的较早龄期硬化混凝土，在不使用石灰石质集料和填料的前提下，提供了一种快速、准确推定混凝土原始配合比的方法，从而为实时监测混凝土材料配方和工程质量控制提供科学依据。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式早龄期硬化混凝土原配合比的回推方法，按以下步骤进行：

步骤一：取一待测混凝土试块，测出混凝土试块在吸水饱和面干状态下在空气中的质量m₁，然后将混凝土试块在水中浸泡24h，测出质量m₂，再将混凝土试块在100～105℃烘干至恒重，测出质量m₃，计算出绝干状态下混凝土的体积密度

其中ρ_水为水的密度；

步骤二：另取一待测混凝土试块破碎成30～50mm的碎块状并烘干至恒重，得混凝土碎块，称取质量为M₀的混凝土碎块装入到耐酸塑料容器中，并倒入质量为M₀的混凝土碎块体积2～3倍的稀盐酸溶液A进行浸泡2～3天，得泥浆物；

步骤三：向步骤二得到的泥浆物中滴加0.2～0.4mol/L的氢氧化钠溶液，同时进行搅拌，至混合物的pH值达到6～8，停止滴加，得混合浆体，对混合浆体用4.75mm的方孔筛进行筛分，并用水冲洗方孔筛上方颗粒物3～5次，然后用0.15mm的方孔筛进行筛分，并用水冲洗方孔筛上方颗粒物3～5次，将所有通过0.15mm的方孔筛的泥浆和水收集在耐酸塑料容器中；

步骤四：将经步骤三筛分后残留在4.75mm和0.15mm方孔筛上面的颗料物分别在100～105℃烘干至恒重，并分别称重得到M₁和M₂，使步骤三收集在耐酸塑料容器的溶液静置沉淀，将沉淀在100～105℃烘干至恒重，得到粉体，并称得质量为M₃；

步骤五：将步骤四得到的粉体在球磨机中混合均匀，然后称取质量为M₄的粉末样品装入烧杯中，M₄为0.4～0.6g，并加入50mL蒸馏水搅拌均匀，再加人40～50mL稀盐酸溶液B，继续搅拌30～50min，然后将混合液用玻璃砂芯漏斗进行过滤，并用蒸馏水冲洗玻璃砂芯漏斗上的残渣3～5次，再将残渣物移入100～105℃烘箱烘干至恒重，称取质量为M₅，然后计算出整个试块中粉煤灰的质量

步骤六：将步骤二中烘干至恒重的混凝土碎块在振动磨中进行破碎粉磨，称取质量为M₇的粉末样品，在温度为950～1000℃的高温炉中灼烧至恒重后，称取其质量为M₈，然后计算干燥混凝土中水泥的化学结合水含量

步骤七：然后计算出每立方米待测混凝土中粗集料G、细集料S、水泥C、粉煤灰或其它火山灰质材料FA的用量：

$C=(\frac{M_0-M_1-M_2-M_6}{M_0}-\mathrm{\β})\×{\mathrm{\ρ}}_0,\mathrm{FA}=\frac{M_6}{M_0}\×{\mathrm{\ρ}}_0,$ 即得到早龄期硬化混凝土原配合比参数。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二所述稀盐酸溶液A由11.6mol/L的浓盐酸与水按照质量比1:3～6混合制成。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二和步骤三所述耐酸塑料容器为聚乙烯塑料容器。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤五所述稀盐酸溶液B是由11.6mol/L的浓盐酸与水按照质量比1:2～3混合制成。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤五中M₄为0.5g。其它与具体实施方式一至四之一相同。

实施例1：

本实施例早龄期硬化混凝土原配合比的回推方法，按以下步骤进行：

步骤一：取一待测混凝土试块，测出混凝土试块在吸水饱和面干状态下在空气中的质量m₁，然后将混凝土试块在水中浸泡24h，测出质量m₂，再将混凝土试块在100℃烘干至恒重，测出质量m₃，计算出绝干状态下混凝土的体积密度

其中ρ_水为水的密度；

步骤二：另取一待测混凝土试块破碎成30～50mm的碎块状并烘干至恒重，得混凝土碎块，称取质量为M₀的混凝土碎块装入到聚乙烯塑料容器中，并倒入质量为M₀的混凝土碎块体积3倍的稀盐酸溶液A进行浸泡2天，得泥浆物；其中所述稀盐酸溶液A由11.6mol/L的浓盐酸与水按照质量比1:5混合制成；

步骤三：向步骤二得到的泥浆物中滴加0.3mol/L的氢氧化钠溶液，同时进行搅拌，至混合物的pH值达到7，停止滴加，得混合浆体，对混合浆体用4.75mm的方孔筛进行筛分，并用水冲洗方孔筛上方颗粒物3次，然后用0.15mm的方孔筛进行筛分，并用水冲洗方孔筛上方颗粒物3次，将所有通过0.15mm的方孔筛的泥浆和水收集在聚乙烯塑料容器中；

步骤四：将经步骤三筛分后残留在4.75mm和0.15mm方孔筛上面的颗料物分别在100℃烘干至恒重，并分别称重得到M₁和M₂，使步骤三收集在耐酸塑料容器的溶液静置沉淀，将沉淀在100℃烘干至恒重，得到粉体，并称得质量为M₃；

步骤五：将步骤四得到的粉体在球磨机中混合均匀，然后称取质量为M₄的粉末样品装入烧杯中，M₄为0.5_g，并加入50mL蒸馏水搅拌均匀，再加人50mL稀盐酸溶液B，继续搅拌40min；将混合液用玻璃砂芯漏斗进行过滤，并用蒸馏水冲洗玻璃砂芯漏斗上的残渣3次，再将残渣物移入100℃烘箱烘干至恒重，称取质量为M₅，即为M₄样品中所含粉煤灰或其它火山灰质矿物掺合料的质量。然后计算出整个试块中粉煤灰的质量M₆：所述稀盐酸溶液B是由11.6mol/L的浓盐酸与水按照质量比1:2.5混合制成；

步骤六：将步骤二中烘干至恒重的混凝土碎块在振动磨中进行破碎粉磨，称取质量为M₇的粉末样品，在温度为1000℃的高温炉中灼烧至恒重后，称取其质量为M₈，然后计算干燥混凝土中水泥的化学结合水含量

步骤七：然后计算出每立方米待测混凝土中粗集料G、细集料S、水泥C、粉煤灰或其它火山灰质材料FA的用量：

$C=(\frac{M_0-M_1-M_2-M_6}{M_0}-\mathrm{\β})\×{\mathrm{\ρ}}_0,\mathrm{FA}=\frac{M_6}{M_0}\×{\mathrm{\ρ}}_0,$ 即得到早龄期硬化混凝土原配合比参数。

采用本实施例方法，对实验室制作的3组不同配合比混凝土试件的原配合比进行了推定。3组混凝土的原配合比如表1所示，所用原材料分别为：哈尔滨水泥厂生产的42.5强度等级硅酸盐水泥，哈尔滨第三发电厂生产的II级粉煤灰，粒径为5mm～20mm连续级配的花岗岩质碎石，符合II区级配、中砂细度要求的松花江江砂，普通自来水。每个配合比混凝土成型尺寸为100mm×100mm×100mm的立方体试块若干组，标准养护28天后，从养护室取出进行原配合比推定测试试验，测试结果见表2所示。

表1单位体积混凝土中各材料用量（kg/m³）

编号	水泥	粉煤灰	砂子	碎石	水
						A1	350	0	676	1202	190
A2	315	35	676	1202	190

A3

280

70

676

1202

190

表2各混凝土原配合比推定过程各参数值

由此可见，利用本实施例方法对3个硬化混凝土配合比的推定值与配合比真实值非常接近，说明本实施例方法的精度较高。

Claims (5)

1.早龄期硬化混凝土原配合比的回推方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

步骤一：取一待测混凝土试块，测出混凝土试块在吸水饱和面干状态下在空气中的质量m₁，然后将混凝土试块在水中浸泡24h，测出质量m₂，再将混凝土试块在100～105℃烘干至恒重，测出质量m3，计算出绝干状态下混凝土的体积密度

其中ρ_水为水的密度；

步骤二：另取一待测混凝土试块破碎成30～50mm的碎块状并烘干至恒重，得混凝土碎块，称取质量为M₀的混凝土碎块装入到耐酸塑料容器中，并倒入质量为M₀的混凝土碎块体积2～3倍的稀盐酸溶液A进行浸泡2～3天，得泥浆物；

步骤三：向步骤二得到的泥浆物中滴加0.2～0.4mol/L的氢氧化钠溶液，同时进行搅拌，至混合物的pH值达到6～8，停止滴加，得混合浆体，对混合浆体用4.75mm的方孔筛进行筛分，并用水冲洗方孔筛上方颗粒物3～5次，然后用0.15mm的方孔筛进行筛分，并用水冲洗方孔筛上方颗粒物3～5次，将所有通过0.15mm的方孔筛的泥浆和水收集在耐酸塑料容器中；

步骤四：将经步骤三筛分后残留在4.75mm和0.15mm方孔筛上面的颗料物分别在100～105℃烘干至恒重，并分别称重得到M₁和M₂，使步骤三收集在耐酸塑料容器的溶液静置沉淀，将沉淀在100～105℃烘干至恒重，得到粉体，并称得质量为M₃；

步骤五：将步骤四得到的粉体在球磨机中混合均匀，然后称取质量为M₄的粉末样品装入烧杯中，M₄为0.4～0.6g，并加入50mL蒸馏水搅拌均匀，再加人40～50mL稀盐酸溶液B，继续搅拌30～50min，然后将混合液用玻璃砂芯漏斗进行过滤，并用蒸馏水冲洗玻璃砂芯漏斗上的残渣3～5次，再将残渣物移入100～105℃烘箱烘干至恒重，称取质量为M₅，然后计算出整个试块中粉煤灰的质量

步骤六：将步骤二中烘干至恒重的混凝土碎块在振动磨中进行破碎粉磨，称取质量为M₇的粉末样品，在温度为950～1000℃的高温炉中灼烧至恒重后，称取其质量为M₈，然后计算干燥混凝土中水泥的化学结合水含量

步骤七：然后计算出每立方米待测混凝土中粗集料G、细集料S、水泥C、粉煤灰或其它火山灰质材料FA的用量： $G=\frac{M_1}{M_0}\×{\mathrm{\ρ}}_0,S=\frac{M_2}{M_0}\×{\mathrm{\ρ}}_0,C=(\frac{M_0-M_1-M_2-M_6}{M_0}-\mathrm{\β})\×{\mathrm{\ρ}}_0,$

即得到早龄期硬化混凝土原配合比参数。

2.根据权利要求1所述的早龄期硬化混凝土原配合比的回推方法，其特征在于步骤二所述稀盐酸溶液A由11.6mol/L的浓盐酸与水按照质量比1:3～6混合制成。

3.根据权利要求1或2所述的早龄期硬化混凝土原配合比的回推方法，其特征在于步骤二和步骤三所述耐酸塑料容器为聚乙烯塑料容器。

4.根据权利要求3所述的早龄期硬化混凝土原配合比的回推方法，其特征在于步骤五所述稀盐酸溶液B是由11.6mol/L的浓盐酸与水按照质量比1:2～3混合制成。

5.根据权利要求4所述的早龄期硬化混凝土原配合比的回推方法，其特征在于步骤五中M₄为0.5g。