CN105461271A - 一种铁路工程机制砂泵送混凝土组分配制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路工程机制砂泵送混凝土组分配制方法。本发明从最优等效细粒体体积的角度出发，公开了一种新的铁路工程机制砂泵送混凝土配制方法。基于本发明配制的铁路工程机制砂泵送混凝土，无论原材料品种、等级、生产厂家如何变化，本方法以不变应万变，均可以配制出综合性能优良的机制砂泵送混凝土，避免了工程上一旦原材料变化而导致配合比反复试验反复验证的实际问题，弥补了现有配制方法的不足，创造了一种更科学、合理、稳定的铁路工程机制砂泵送混凝土配制技术。

Description

一种铁路工程机制砂泵送混凝土组分配制方法

技术领域

本发明技术属于混凝土领域,具体涉及应用于铁路工程机制砂泵送混凝土的配制方法。

背景技术

随着经济的快速发展，天然砂资源也在日趋枯竭，而我国基础建设项目与日俱增，因此机制砂的生产和应用量越来越大。进行铁路机制砂泵送混凝土配合比设计时，除应满足混凝土设计的强度等级和弹性模量的要求外，还应保证混凝土的可泵性，即要求混凝土应具有一定的流动性、和易性、保水性，保证混凝土在连续浇注过程中不发生离析和泌水，防止混凝土在泵送过程中发生卡管堵塞而影响混凝土浇注质量及长期耐久性能。

然而，实际工程中，由于机制砂级配变化或者混凝土配合比设计不合理等因素，导致机制砂泵送混凝土工作性能差，离析严重，出现泌水和泛砂现象，影响可泵性以及浇筑后结构物的表观质量,钢筋保护层的性能大幅降低。同时，混凝土泌水又影响到混凝土的抗冻性和抗渗性，并为外界环境腐蚀离子提供了侵蚀通道，影响混凝土的长期耐久性。铁路混凝土尤其重视混凝土耐久性,原始的缺陷将在动荷载作用下(铁路工程特点受到机车动荷载作用，远比其它行业动荷载高)很快发展、扩散，严重的降低混凝土结构的寿命。

混凝土粘聚性反映了固体对固体的吸附能力，保水性反映了固体对液体的吸附能力，若细粒体体积用量过少，则不能满足泵送混凝土的工作性能。若细粒体体积用量过大，将造成混凝土干缩大、水化热大，也降低了混凝土抗裂性及耐久性能。因此，为了确保机制砂泵送混凝土的综合性能，配合比设计应该寻求一个最佳的等效细粒体体积，对于铁路工程混凝土尤为重要。目前，机制砂泵送混凝土出现这些问题，其实质是在进行配制时没有抓住问题的本质或者没有很好的解决这个本质问题。本发明从最优等效细粒体体积的角度出发，提出一种新的机制砂泵送混凝土配制方法。鉴于水泥品种多，水泥细度和质量不够稳定，选择以细度100目的石灰石细粒体为等效基体。实践表明，石灰石细粒体资源丰富，细度100目的石灰石细粒体性能稳定，以此作为等效细粒体的基准具有重要的参考意义。

发明内容

鉴于现有机制砂泵送混凝土配制技术存在的缺陷，本发明的目的是，提供一种更科学、合理、稳定的铁路工程机制砂泵送混凝土配制技术，配制方法抓住最佳细粒体体积这个问题本质，基于等效石灰石细粒体体积模数配制出综合性能优良的混凝土。

基于混凝土的四个基本要求(施工工作性、强度、耐久性和经济性)，本发明的目的是通过如下的步骤实现的。

一种铁路工程机制砂泵送混凝土组分配制方法，基于性能稳定的100目石灰石细粒体等效体积模数Kn、单方混凝土推荐用水量、等效细粒体浆体体积推荐值V_SLeR为控制参数求取需要外加的等效细粒体质量，实现铁路工程机制砂泵送混凝土标准化配制，确保机制砂泵送混凝土的综合性能；其中：

1)等效石灰石细粒体体积模数Kn由以下方法确定：

等效石灰石细粒体体积模数是指[第n种细颗粒组分达到与100目石灰石细粒体相同胶砂流动度，相同体积下,相同保水性时所需最大用水量W_n]与[100目石灰石细粒体胶砂流动测定所需用水量W_L]之比：

即 $K_n=\frac{W_n}{W_L},(n=1,2,3,......)$

确定第n种细粒体组分的等效石灰石细粒体体积模数Kn；

2)单方混凝土推荐用水量由下表1确定：

表1

强度等级	C25～C35	C40～C45	C50～C55	C60
					推荐用水量	170	165	160	155

3)根据坍落度等效细粒体浆体体积推荐值V_SLeR由下表2确定：

表2

4)需要外加的细粒体的质量计算公式：

$\begin{array}{c}MF=(V_{SLeR}-W-\frac{C}{{\mathrm{\ρ}}_C}\·K_C-\frac{MA1}{{\mathrm{\ρ}}_{MA1}}\·K_1-\frac{MA2}{{\mathrm{\ρ}}_{MA2}}\·K_2-\mathrm{......}-\frac{MAn}{{\mathrm{\ρ}}_{MAn}}\\ \·K_n-\frac{S\·\mathrm{\γ}}{{\mathrm{\ρ}}_{s\mathrm{\γ}}}\·K_{s\mathrm{\γ}})/K_{MF}\·{\mathrm{\ρ}}_{MF}\end{array}$

公式中符号说明：

MF—外加细粒体的质量，单位kg；

W—单方混凝土推荐用水量，单位kg；

C—水泥的用量，单位kg；

S—砂子的用量，单位kg；

MA1—第1种矿物掺合料的用量,单位kg；

MA2—第2种矿物掺合料的用量,单位kg；

MAn—第n种矿物掺合料的用量,单位kg；ρ_C—水泥的密度，单位g/cm³；

ρ_MA1—第1种矿物掺合料的密度，单位g/cm³；

ρ_MA2—第2种矿物掺合料的密度，单位g/cm³；

ρ_MAn—第n种矿物掺合料的密度，单位g/cm³；

ρ_sγ—机制砂中细粒体的密度，单位g/cm³；

γ—机制砂中细粒体(粒径≤0.15mm)含量的百分比；

ρ_MF—外加细粒体的密度，单位g/cm³；

K_C—水泥的等效100目石灰石细粒体体积模数；

K₁—第1种矿物掺合料的等效100目石灰石细粒体体积模数；

K₂—第2种矿物掺合料的等效100目石灰石细粒体体积模数；

K_n—第n种矿物掺合料的等效100目石灰石细粒体体积模数；

K_sγ—机制砂中细粒体的等效100目石灰石细粒体体积模数；

K_MF—外加细粒体的等效100目石灰石细粒体体积模数；

其中，C—水泥的用量、S—砂子的用量和MAn—第n种矿物掺合料的用量按JGJ55规范获得。

在本发明中，设计思想的基准是提出了以100目石灰石细粒体为基准，确定其它粒径≤0.15mm细粒体组分(水泥、矿物掺合料及其它)的等效石灰石细粒体体积模数。作为基准的100目石灰石细粒体胶砂流动度测定所需原材料为：石灰石细粒体450g；标准砂1350g；水225g；减水剂根据推荐比例掺加。胶砂制备方法参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》,胶砂流动度测定方法参照GB/T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》，其中100目石灰石细粒体代替标准规范中水泥。

再此基础上基于满足铁路工程机制砂泵送混凝土的施工工作性和耐久性而确定用水量(W)，表1结合铁路工程机制砂泵送高性能混凝土的特点和聚羧酸高性能减水剂的性能特点，根据实践经验给出满足施工工作性的单方混凝土推荐用水量。

根据规范JGJ55各物料，包括砂(S)、石(G)、水泥(C)胶凝材料及聚羧酸高性能减水剂的用量，单位均用kg表示。

最优的等效细粒体浆体体积确定等效细粒体浆体体积推荐值(V_SLeR)推荐值见表2。

其获得是配制100目石灰石细粒体、机制砂(已筛掉0.15mm以下的细粒体成分)、石、水及聚羧酸高性能减水剂为原材料拌制石灰石拌合物，试验确定出能够满足机制砂泵送混凝土施工工作性要求的最佳浆体体积，并以此作为等效浆体体积推荐值。机制砂泵送混凝土等效细粒体浆体体积，基于机制砂泵送混凝土可靠、稳定的施工工作性而创造性设计。

最后确定外加的细粒体质量。

根据前面所获控制参数计算需要外加的细粒体体积，并按照就地取材的原则，可选用废弃的石灰石粉、花岗岩石粉或其它0.15mm的细粒体材料。

如果遇到特殊的耐久性要求,个别情况可能出现MF≤0，说明配比满足了混凝土粘聚性和保水性要求,则无需外加细粒体。

说明：该步骤的发明理念是基于机制砂泵送混凝土施工工作性和经济性而创造性设计。

通过本发明配制的机制砂泵送混凝土工作性能优良。且克服了传统其它方法面临的一旦原材料发生变化(无论是种类、等级或者生产厂家)，机制砂泵送混凝土配制就需要通过大量试验反复试配，无章可循的反复调整的缺陷。本发明以不变应万变，提出的等效石灰石细粒体体积模数弥补了现有指标的缺陷，应用简单方便，解决了机制砂泵送混凝土配制难题。利用该发明，可以简单方便的配制出可靠稳定的满足施工工作性、强度、耐久性以及经济性的机制砂泵送混凝土。

具体实施方式

实施例1：C25机制砂泵送混凝土，σ为5.0MPa,要求坍落度180～200mm。

下述实施中原材料使用情况如下：四川峨胜水泥有限公司P.O42.5普通硅酸盐水泥，密度3.10g/cm³；四川巨星新型材料有限公司JX-GBNHy2高性能聚羧酸减水剂,推荐掺量0.8％；遂宁热电厂Ⅱ级粉煤灰，密度2.45g/cm³，细度14.6％，内掺25％；四川东蓝星科技发展有限公司的烧粘土，密度为2.65g/cm³，内掺5％；广汉机制砂，细度模数2.67，表观密度为2680kg/m³，松散堆积密度为1450kg/m³；砂子中细粒体(小于0.15mm的颗粒)含量12.0％，密度为2.7g/cm³；5～25mm连续碎石,表观密度为2680kg/m³，松散堆积密度1530kg/m³，空隙率43％，压碎指标为10％。花岗岩密度2.70g/cm³。根据本发明满足混凝土施工工作性的配合比计算方法简述如下：

(1)试验确定各细粒体等效石灰石细粒体体积模数见表3所示.

表3各细粒体等效石灰石细粒体体积模数

(2)取推荐用水量W＝170kg

(3)根据JGJ55规范，所计算得到各材料用量为：

水泥C＝248kg；

矿物掺合料1(粉煤灰)MA1＝89kg；

矿物掺合料2(烧粘土)MA2＝18kg；

机制砂S＝797kg；

石子G＝1057kg；

聚羧酸高性能减水剂3.55kg；

(4)确保最优的细粒体浆体体积

①根据坍落度要求和本发明推荐值，等效细粒体体积推荐值V_SLeR＝390～400L，本算例取390L。

②确定外加细粒体体积

$\begin{array}{c}MF=(V_{SLeR}-W-\frac{C}{{\mathrm{\ρ}}_C}\·K_C-\frac{MA1}{{\mathrm{\ρ}}_{MA1}}\·K_1-\frac{MA2}{{\mathrm{\ρ}}_{MA2}}\·K_2-\mathrm{......}-\frac{MAn}{{\mathrm{\ρ}}_{MAn}}\\ \·K_n-\frac{S\·\mathrm{\γ}}{{\mathrm{\ρ}}_{s\mathrm{\γ}}}\·K_{s\mathrm{\γ}})/K_{MF}\·{\mathrm{\ρ}}_{MF}\\ =(390-170-248/3.10\×1.27-89/2.45\×1.08-18/2.65\×\\ 3.58-797\×12\%/2.70\×0.45)/1.32\×2.70\\ =80kg\end{array}$

基于本发明的配合比计算结果(单位：kg)

试验验证表明，所配机制砂泵送混凝土满足流动性和可泵性要求，粘聚性和保水性优良，抗裂性优良，强度和耐久性均满足设计要求。

采用本发明的配制方法配制的机制砂泵送混凝土，都有发明目的所追求的良好效果。

本发明基于等效石灰石细粒体体积模数的铁路工程机制砂泵送混凝土配制方法，所配制的混凝土其施工工作性、强度、变形性能及耐久性均能达到很好的设计要求。无论原材料如何变化，本发明以不变应万变，采用本发明配制的混凝土均可配制出性能良好的机制砂泵送混凝土，为机制砂泵送混凝土配制提供了有效的技术途径。

Claims (2)

1.一种铁路工程机制砂泵送混凝土组分配制方法，基于性能稳定的100目石灰石细粒体等效体积模数Kn、单方混凝土推荐用水量、等效细粒体浆体体积推荐值V_SLeR为控制参数求取需要外加的等效细粒体质量，实现铁路工程机制砂泵送混凝土的标准化配制，确保机制砂泵送混凝土的综合性能；其中：

1)等效石灰石细粒体体积模数Kn由以下方法确定：

等效石灰石细粒体体积模数是指[第n种细粒体组分达到与100目石灰石细粒体相同胶砂流动度，相同体积下,相同保水性时所需最大用水量W_n]与[100目石灰石细粒体胶砂流动测定所需用水量W_L]之比：

即 $K_n=\frac{w_n}{w_L}(n=1,2,3,......)$

确定第n种细粒体组分的等效石灰石细粒体体积模数Kn；

2)单方混凝土推荐用水量由下表确定：

强度等级 C25～C35 C40～C45 C50～C55 C60 推荐用水量 170 165 160 155

3)根据坍落度等效细粒体浆体体积推荐值V_SLeR由下表确定：

4)需要外加的细粒体的质量计算公式：

$\begin{array}{c}MF=(V_{SLeR}-W-\frac{C}{{\mathrm{\ρ}}_C}\·K_C-\frac{MA1}{{\mathrm{\ρ}}_{MA1}}\·K_1-\frac{MA2}{{\mathrm{\ρ}}_{MA2}}\·K_{21}-......-\frac{MAn}{{\mathrm{\ρ}}_{MAn}}\·K_n-\frac{S\·\mathrm{\γ}}{{\mathrm{\ρ}}_{s\mathrm{\γ}}}\\ \·K_{s\mathrm{\γ}})/K_{MF}\·{\mathrm{\ρ}}_{MF}\end{array}$

公式中符号说明：

MF—外加细粒体的质量，单位kg；

W—单方混凝土推荐用水量，单位kg；

C—水泥的用量，单位kg；

S—砂子的用量，单位kg；

MA1—第1种矿物掺合料的用量,单位kg；

MA2—第2种矿物掺合料的用量,单位kg；

MAn—第n种矿物掺合料的用量,单位kg；

ρ_C—水泥的密度，单位g/cm³；

ρ_MA1—第1种矿物掺合料的密度，单位g/cm³；

ρ_MA2—第2种矿物掺合料的密度，单位g/cm³；

ρ_MAn—第n种矿物掺合料的密度，单位g/cm³；

ρ_sγ—机制砂中细粒体的密度，单位g/cm³；

γ—机制砂中细粒体(粒径≤0.15mm)含量的百分比；

ρ_MF—外加细粒体的密度，单位g/cm³；

K_C—水泥的等效100目石灰石细粒体体积模数；

K₁—第一种矿物掺合料的等效100目石灰石细粒体体积模数；

K₂—第二种矿物掺合料的等效100目石灰石细粒体体积模数；

K_n—第n种矿物掺合料的等效100目石灰石细粒体体积模数；

K_sγ—机制砂中细粒体的等效100目石灰石细粒体体积模数；

K_MF—外加细粒体的等效100目石灰石细粒体体积模数；

其中，C—水泥的用量、S—砂子的用量和MAn—第n种矿物掺合料的用量按JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》规范获得。

2.根据权利要求1所述的一种铁路工程机制砂泵送混凝土组分配制方法，其特征在于，作为基准的100目石灰石细粒体胶砂流动度测定所需原材料为：石灰石细粒体450g；标准砂1350g；水225g；减水剂根据推荐比例掺加；胶砂制备方法参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》,胶砂流动度测定方法参照GB/T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》，其中100目石灰石细粒体代替标准规范中水泥。