CN105801031A - 一种人工集料混凝土的配合比设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工集料混凝土的配合比设计方法，属于水泥混凝土材料设计与制备技术领域，该方法包括粉体材料用量调节步骤，所述粉体材料包括水泥、矿物掺合料和机制砂中的石粉，混凝土中水泥、矿物掺合料和机制砂中的石粉的总量为一额定值，称为额定粉体材料用量，不同强度等级混凝土的额定粉体材料用量不同，各类粉体用量组成比例满足关系为

Description

一种人工集料混凝土的配合比设计方法

技术领域

本发明属于水泥混凝土材料设计与制备技术领域，特别涉及一种基于额定粉体材料用量法的人工集料混凝土的配合比设计方法。

背景技术

传统混凝土配合比设计方法是一种基于经验的试配方法，它以满足工作性和强度要求为主要目标，以强度与水灰比之间的关系为基础。其首先设计计算出基准配合比，然后按基准配合比进行试配，根据试配混凝土的工作性能与力学性能对基准混凝土配合比的砂率、用水量、外加剂掺量、胶凝材料用量进行适当调整，已得到最终配合比。然而，随着建筑业的发展，为满足工程对混凝土除强度之外的特殊技术要求(如抗渗性和抗裂性)，相继出现了各种新型混凝土(如高强混凝土、高性能混凝土)，而传统的混凝土配合比设计方法在进行这些混凝土的配合比设计时已越来越显示出它的不足。其主要体现在以下几个方面：一是设计周期较长，由于不同地区原材料的不同，混凝土配合比的调配主要凭个人经验，需要大量的时间；二是设计的变量较少，主要是水泥、水和粗细骨料的用量。由于矿物掺和料和外加剂的掺入，基于经验的混凝土配合比设计方法难以配制出组分复杂、具有特殊性能要求的高性能混凝土。三是人工集料表面特性与天然集料存在显著差异、石粉含量高，传统混凝土配合比设计时考虑的性能较单一，主要满足强度及工作性的要求，缺乏对耐久性、粘聚性和包裹性等特殊性能要求的设计手段，致使传统方法设计的混凝土，其所建造的结构的耐久性、粘聚性和包裹性不能得到有效保证。

通常混凝土配合比设计方法中采用的假定容重法、绝对体积法或者基于密实堆积理论建立的密实骨架法，对集料组成设计都仅仅基于填充理论建立的，但是，填充的密实性受到颗粒外观形状，颗粒的界面干湿状态，颗粒的级配组成情况和填充的振动状态等系列因素影响，基于这些计算理论计算的集料组成是不合理的，采用现有混凝土配合比设计方法进行机制砂等人工集料混凝土配合比设计时，会导致低强度等级混凝土的细集料和粉体材料少、从而使混凝土出现和易性差、保水性差和粘聚性差的问题，而高强度混凝土细集料和粉体材料又会过多、使混凝土出现过于粘稠、流动性差的问题，往往会导致混凝土构件浇筑出现质量事故多次发生。

发明内容

本发明的目的在于克服现有混凝土配比方法中所存在的粉体材料组成调配不合理的上述不足，提供一种混凝土配比方法，该混凝土配比方法在对各个强度的混凝土进行设计时，能达到一致的工作性能，同时对兼顾体积稳定性和耐久性要求。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种人工集料混凝土的配合比设计方法，包括粉体材料用量调节步骤，所述粉体材料包括水泥、矿物掺合料和机制砂中的石粉，水泥、矿物掺合料和机制砂中的石粉之间的组成比例关系为

$\frac{1}{C}+\frac{1}{F}+\frac{1}{G}=0.8~1.2$

其中C代表水泥，F代表矿物掺合料，G代表机制砂中的石粉。

上述粉体材料指的是混凝土中的水泥，矿物掺合料和机制砂中的石粉。申请人经长期实验研究与工程实践发现，采用相同的砂、石、水泥、矿物掺合料等原材料进行混凝土配合比设计时，各强度等级混凝土要达到基本一致的工作性能(包括坍落度、扩展度，还有粘聚性、包裹性等)，同时兼顾体积稳定性和耐久性要求，需要的粉体材料总用量为一额定值，即额定粉体材料用量。但由于原材料性质的变化、设计要求(施工工艺、早强、大体积等)和环境因素的差别等，额定粉体材料用量不是某一个定值。每个强度等级混凝土都有一个额定粉体材料用量，结合额定粉体材料用量调整模型和工程实践经验，分别对石粉、水泥、矿物掺合料进行了用量规定，保证了混凝土拌合物良好的工作性能、匀质性和可施工性，适用于复杂结构的桥梁工程应用。

不同强度等级混凝土的额定粉体材料用量不一定是相同的。也就是说每个强度等级的混凝土都有一个额定的粉体材料用量，其中各粉体材料组分(水泥、矿物掺合料、机制砂中石粉等)的比例要符合这个公式的组成思想。对于低强度混凝土，水泥用量较低，根据额定粉体材料用量法的设计思想，可放宽石粉含量或增加矿物掺合料掺量；而高强度混凝土，水泥用量较高，可限制石粉含量或减少矿物掺合料，满足机制砂混凝土高工作性能与强度协同发展的要求。

优选地，一种人工集料混凝土的配合比设计方法，包括粉体材料用量调节步骤，所述粉体材料包括水泥、矿物掺合料和机制砂中的石粉，水泥、矿物掺合料和机制砂中的石粉之间的组成比例关系为

$\frac{1}{C}+\frac{1}{F}+\frac{1}{G}=1$

其中C代表水泥，F代表矿物掺合料，G代表机制砂中的石粉。

优选地，当上述混凝土强度等级为C40及C40以下时选用32.5R水泥；当混凝土强度等级为C40以上时选用42.5R水泥。

优选地，所述矿物掺合料为粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、沸石粉和硅灰中的一种或几种。

优选地，所述机制砂中的石粉为粒径小于75μm的颗粒。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供的人工集料混凝土的配合比设计方法，主要针对不同强度等级混凝土的性能设计要求，根据各粉体材料对混凝土胶凝材料水化进程、水化产物、微观结构等的影响和改善机制，对粉体材料的组成体系与用量进行合理调整，达到协同提升混凝土工作性能、体积变形性能与耐久性的目的。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

一种应用于桥台、墙身等的C25混凝土，其配合比(kg/m3)为水泥272，粉煤灰68，机制砂854，石1045，外加剂2.72，水160。

实施例2

一种应用于承台，墩柱等的C30混凝土，其配合比(kg/m3)为水泥320，粉煤灰80，机制砂810，石1030，外加剂4，水160。

实施例3

一种应用于T梁，箱梁等的C40混凝土，其配合比(kg/m3)为水泥388，粉煤灰43，机制砂780，石1036，外加剂4.31，水155。

实施例4

一种应用于T梁，箱梁等的C50混凝土，其配合比(kg/m3)为水泥436，粉煤灰48，机制砂669，石1092，外加剂4.84，水155。

实施例5

一种应用于T梁，箱梁等的C60混凝土，其配合比(kg/m3)为水泥468，粉煤灰52，机制砂665，石1105，外加剂6.6，水150。

对比例1

一种应用于承台，墩柱等的C30混凝土，其配合比(kg/m3)为水泥310，粉煤灰110，机制砂795，石1025，外加剂4，水160。

对比例2

一种应用于T梁，箱梁等的C50混凝土，其配合比(kg/m3)为水泥450，粉煤灰48，机制砂725，石1052，外加剂4.84，水155。

对比例3

一种应用于桥台、墙身等的C25混凝土，其配合比(kg/m3)为水泥280，粉煤灰60，机制砂720，石1180，外加剂2.72，水160

对实施例1-5及对比例1-3配制的混凝土的坍落度，扩展度，含气量及抗压强度进行测试，得出结果如下表所示。

Claims (5)

1.一种人工集料混凝土的配合比设计方法，其特征在于，包括粉体材料用量调节步骤，所述粉体材料包括水泥、矿物掺合料和机制砂中的石粉，水泥、矿物掺合料和机制砂中的石粉之间的组成比例关系为

$\frac{1}{C}+\frac{1}{F}+\frac{1}{G}=0.8~1.2$

其中C代表水泥，F代表矿物掺合料，G代表机制砂中的石粉。

2.根据权利要求1所述的一种人工集料混凝土的配合比设计方法，其特征在于，包括粉体材料用量调节步骤，所述粉体材料包括水泥、矿物掺合料和机制砂中的石粉，水泥、矿物掺合料和机制砂中的石粉之间的组成比例关系为

$\frac{1}{C}+\frac{1}{F}+\frac{1}{G}=1$

其中C代表水泥，F代表矿物掺合料，G代表机制砂中的石粉。

3.根据权利要求1-2所述的一种人工集料混凝土的配合比设计方法，其特征在于，当所述混凝土强度等级为C40及C40以下时选用32.5R水泥；当混凝土强度等级为C40以上时选用42.5R水泥。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种人工集料混凝土的配合比设计方法，其特征在于，所述矿物掺合料为粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、沸石粉、硅灰中的一种或几种。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种人工集料混凝土的配合比设计方法，其特征在于，所述机制砂中的石粉为粒径小于75μm的颗粒。