CN109053075A - 一种公路工程高性能机制砂混凝土配制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种公路工程高性能机制砂混凝土配制方法，通过混凝土中原材料水泥、粉煤灰、砂率的大量室内试验，优选出合理的水泥品种、粉煤灰掺量、最优砂率，然后再根据优选出的水泥品种、粉煤灰掺量、最优砂率进行配合比计算，最后再根据计算配合比进行混凝土试拌，进行合理的调整，确定最终的混凝土配合比。本发明的目的在于，根据现有机制砂高性能泵送混凝土配制技术存在的问题，提供一种更科学、合理、稳定的公路工程机制砂泵送混凝土配制技术。

Description

一种公路工程高性能机制砂混凝土配制方法

技术领域

本发明涉及公路工程混凝土技术领域，具体为一种公路工程高性能机制砂混凝土配制方法。

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。机制砂是岩石或河卵石经除土开采、机械破碎、筛分制成的，粒径在4.75mm以下的岩石颗粒。机制砂与天然砂在粒形、级配和表面特性上明显不同，机制砂颗粒表面粗糙、尖锐、多棱角，细度模数大，级配不良，最明显的区别是机制砂在生产过程中不可避免地产生一些粒径小于0.075mm的石粉颗粒，约占机制砂总量的8％～12％。机制砂的这些特性对混凝土拌和物的配合比设计和水泥用量、需水量、外加剂需求量、工作性、以及硬化混凝土的强度、体积稳定性和耐久性均会产生影响。因此，我们在做机制砂高性能混凝土配合比设计时，要避免这些不利影响。

公路工程连续刚构桥梁上部结构一般采用C55混凝土，且桥梁高度一般较高，在混凝土浇筑施工中必须采用远距离泵送技术。这就要求我们在C55混凝土配合比设计时，要避免由于配合比设计不合理或机制砂变化造成的泵送混凝土工作性能差，离析严重，出现的泌水和泛砂现象，除满足混凝土强度外，也要满足混凝土弹性模量的要求。同时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。

发明内容

鉴于现有机制砂高性能泵送混凝土配制技术存在的问题，本发明的目的是，提供一种更科学、合理、稳定的公路工程机制砂泵送混凝土配制技术，配置方法是通过混凝土中原材料水泥、粉煤灰、砂率的大量室内试验，优选出合理的水泥品种、粉煤灰掺量、最优砂率，然后再根据优选出的水泥品种、粉煤灰掺量、最优砂率进行配合比计算，最后再根据计算配合比进行混凝土试拌，进行合理的调整，确定最终的混凝土配合比。

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：

一种公路工程机制砂泵送混凝土配制方法，包括以下实施步骤：

步骤一，准备原材料，水泥、粉煤灰、碎石、砂、外加剂；

步骤二，优选水泥品种、粉煤灰掺量和浆砂率；

步骤三，进行配合比计算：

6)混凝土的配置强度计算，

7)混凝土的水胶比计算，

8)每立方米混凝土的用水量计算，

9)每立方米混凝土的水泥用量计算，

10)每立方米混凝土的粗、细骨料用量计算；

步骤四，根据计算配合比进行试拌混凝土，并根据施工现场的实际情况做出适当调整，最终得出的混凝土配合比。

优选的，在步骤一中，所准备的水泥为硅酸盐水泥，所述碎石户和砂均为工地现场生产，所述外加剂为LZ-J2聚羧酸高性能减水剂。

优选的，在步骤二中，通过各品种水泥对机制砂高性能混凝土性能的影响，优选出最优水泥品种。

优选的，在步骤二中，通过粉煤灰掺量对混凝土的工作性和强度的影响，优选出合理的粉煤灰掺量。

优选的，在步骤二中，通过在相同水灰比条件下，对比不同砂率的混凝土坍落度和强度的影响，优选出合理的浆砂率。

优选的，在步骤三中，混凝土的配置强度的计算公式为：

Fcu,o＝Fcu,k+1.645σ

Fcu,o为混凝土的配置强度(MPa)，

Fcu,k为混凝土立方体强度标准值，这里取为混凝土的设计强度(MPa)，

σ为混凝土强度标准差(MPa)。

优选的，在步骤三中，混凝土的水胶比的计算公式为：

W/B＝as·fb/(Fcu,o+1.645σ+as·ab·fb)

W/B为混凝土的水胶比，

as、ab为回归系数，

fb为胶凝材料的28天强度(MPa)。

优选的，在步骤三中，每立方米混凝土的用水量的计算公式为：

mw0＝mw0'·(1-β)

mw0为计算配合比每立方米混凝土的用水量(kg/m3)，

mw0'为未掺外加剂满足实际塌落度的每立方混凝土用水量(kg/m3)，

β为外加剂减水量。

优选的，在步骤三中，每立方米混凝土的水泥用量的计算公式为：

胶凝材料用量：mb0＝mw0/(W/B)

矿物掺合料用量：mf0＝mb0·βt

水泥用量mc0＝mb0-mf0

mb0为计算配合比每立方混凝土胶凝材料用量(kg/m3)，

mf0为计算配合比每立方混凝土矿物掺合料用量(kg/m3)，

βt为矿物掺合料掺量，

mc0为计算配合比每立方混凝土水泥用量(kg/m3)。

优选的，在步骤三中，每立方米混凝土的粗、细骨料用量的计算公式为：

mf0+mc0+mg0+ms0+mw0＝mcp

βs＝ms0/(mg0+ms0)

mg0为计算配合比每立方混凝土粗骨料用量(kg/m3)，

ms0为计算配合比每立方混凝土细骨料用量(kg/m3)，

mcp为每立方混凝土拌合物的假定质量(kg/m3)。

该公路工程高性能机制砂混凝土配置方法首先通过相关试验优选出最优水泥品种，然后根据大量室内试验得出最优砂率和最优粉煤灰掺量，再根据相关规范进行配合比的计算，避免了因相关参数选择偏差大导致的重复劳动，提高了工作效率，配置出了工作性能良好，内实外美的机制砂混凝土，在公路工程机制砂混凝土的配置中值得借鉴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

实施例一

原材料：

(1)水泥：实验研究采用沿线3家水泥厂的4个普通硅酸盐水泥样品。

(2)粉煤灰：贵州明川粉煤灰有限公司Ⅱ级粉煤灰，0.045m筛余11.2％；SO3含量为1.6％；.烧失量6.2％；.需水比94％。

(3)碎石：采用工地现场生产碎石。5～31.5mm连续级配碎石，压碎值7.7，表观密度2710kg/m3。

(4)砂：采用工地现场生产机制砂。细度模数3.4，石粉含量8.2％，表观密度2698kg/m3,筛分结果基本满足Ⅰ区级配的要求。

(5)外加剂：贵州绿洲苑建材有限公司LZ-J2聚羧酸高性能减水剂。

水泥品种的优选：水泥是高性能混凝土中的胶凝材料，也是辅助胶凝材料的活性激发剂，水泥的强度和需水量直接影响着混凝土的强度和流动性，为了得出机制砂高性能混凝土的对水泥性能的要求，通过各品种水泥对机制砂高性能混凝土性能的影响，优选出最优水泥品种。

试验结果见表1：

从以上的试验可以看出对于标准稠度需水量比较大的水泥，混凝土达到相同坍落度的水灰比比较大，混凝土的强度比较低，如水泥1尽管其强度比较高，但需水量大，因此在相同水泥粉煤灰用量条件下强度没有达到C50的强度要求，但对水泥2则因为需水量小，尽管其水泥强度的富余系数小，但混凝土的强度达到了C50要求，水泥2的需水量更小其混凝土的流动度大，强度几乎达到了C60的强度标准，水泥4不仅流动度大；而且强度高，其配制的混凝土达到了C60的强度要求(因此在机制砂高性能混凝土中，选择需水量较小的水泥可以实现混凝土水灰比的降低，有利于强度的提高，较高的水泥强度也有利于形成较高的混凝土强度)此外水泥和外加剂的适应性也是应该考虑的问题，但实验所采用的外加剂经检验和3种水泥的适应性都较好，选择水泥用量少，水灰比少，需水量少的水泥，因此我们成功优选出来自C厂的普通硅酸盐水泥。

粉煤灰掺量的优选：粉煤灰在混凝土土中具有活性效应，微集料效应和形态效应，一方面其活性效应对混凝土的强度特别是后期强度的发展起着重要的作用，另外，粉煤灰以玻璃珠存在，起到“滚珠”的作用，降低了颗粒之间的摩擦力，也大大改善着新拌混凝土的流动性，以及硬化混凝土的微观结构。水泥水化产生的Ca(OH)2和粉煤灰中的活性SiO2和活性AlO3反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，形成的反应的产物可以和一次反应产物之间紧密结合，起到提高混凝土后期强度的作用。另一方面将对力学性能发展不利的CH晶体转化成强度组分C-S-H凝胶，此C-S-H凝胶多生存于水泥水化的C-S-H凝胶的孔隙之中，从而大大提高水泥石结构密实度，并使C-S-H凝胶由多孔的无定形结构转化为无孔或少孔的晶相。同时由于其C-S-H凝胶的Ca/Si降低,其化学收缩和自收缩大幅度降低,对高性能混凝土的抗裂性也有一定的贡献，因此粉煤灰成了高性能混凝土的重要组分之一。通过试验研究了粉煤灰掺量对混凝土的工作性和强度的影响，试验结果见表2，从而优选出合理的粉煤灰参量。

从以上的实验可以看出:粉煤灰的掺入显著改善了粉煤灰混凝土的流动性,当粉煤灰掺量为15％时,新拌混凝土具有最大的坍落度,和没有加入粉煤灰的控制组相比提高了85mm,这与粉煤灰的形态效应有关。当粉煤灰掺量增加，混凝土的强度，特别是7天强度的降低明显。粉煤灰用量增加，达到相同的坍落度可以减少用水量，有利于强度的形成，但早期强度降低仍较大，28天强度降低较小，基本可以达到10％粉煤灰用量时的混凝土强度，因为工程,实验的施工季节气温比较低，基本可以将混凝土的粉煤灰用量确定为10％，但是在气温较高的季节可以考虑使用15％的粉煤灰，加入粉煤灰可以有效降低绝热温升，对改善混凝土的抗裂性有积极的作用。

砂率的优选：在新拌混凝土中的水泥浆体乃至砂浆起到润滑作用，砂浆数量的提高(砂率的提高)对提高混凝土的流动性有利，在机制砂高性能混凝土中机制砂的比表面积大吸水量较大，砂率的增加也对流动性的提高有一定的负面影响，特别是机制砂中的石粉含量大，提高砂率后对流动性的负面影响更明显。实验选用了几种不同砂率:在相同水灰比条件下，对比不同砂率的混凝土坍落度和强度的影响。试验结果见表3:

从以上的实验可以看出:随着砂率的增加,混凝土的坍落度明显降低,本次实验中没有出现坍落度最大的最佳砂率,但是可以发现砂率减小到34％后,混凝土拌和物即出现离析的倾向,随着砂率的增加,混凝土强度在38％和36％的砂率区间内达到了最高的强度。为了减少机制砂中带来的过多的石粉增加混凝土中粉体含量，降低混凝土的抗裂性，将设计砂率选定为36％:砂率为0.36时粘聚性较好，也没有离析现象。机制砂高性能混凝土粉体含量高，振捣时浆体容易富集在混凝土的表面形成浮浆，在不离析的情况下应尽量减少砂率，可以认为浆砂率设定在36％是比较合理的。

配合比计算：

(1)混凝土的配置强度计算：

Fcu,o＝Fcu,k+1.645σ

Fcu,o为混凝土的配置强度(MPa)；

Fcu,o为混凝土立方体强度标准值，这里取为混凝土的设计强度(MPa)，C55，

σ为混凝土强度标准差(MPa)，取6MPa。

Fcu,o≥Fcu,k+1.645σ＝55+1.645·6＝64.87MPa

(2)计算混凝土的水胶比：

W/B＝as·fb/(Fcu,o+1.645σ+as·ab·fb)

W/B为混凝土水胶比；

as、ab为回归系数，as取值0.53，ab取值0.2，

fb为胶凝材料的28天强度(MPa)，取值49.2MPa，

经过计算可的水胶比为：W/B＝0.372

(3)计算用水量

mw0＝mw0'·(1-β)＝222.5·(1-18％)＝182.45Kg

mw0为计算配合比每立方混凝土用水量(kg/m3)；

mw0'为未掺外加剂满足实际塌落度的每立方混凝土用水量(kg/m3)；β为外加剂减水量，这里取18％。

(4)计算单位水泥用量：

胶凝材料用量mb0＝mw0/(W/B)＝490.45kg

矿物掺合料用量mf0＝mb0·βt＝490.45·0.1＝49.045kg

水泥用量mc0＝mb0-mf0＝490.45-49.045＝441.405kg

mb0为计算配合比每立方混凝土胶凝材料用量(kg/m3)；

mf0为计算配合比每立方混凝土矿物掺合料用量(kg/m3)；

βt为矿物掺合料掺量，根据前述试验取值10％；

mc0为计算配合比每立方混凝土水泥用量(kg/m3)；

(5)选用砂率：

根据前述相关试验，选用最优砂率36％。

(6)计算粗、细骨料用量：

mf0+mc0+mg0+ms0+mw0＝mcp

βs＝ms0/(mg0+ms0)

将各数值代入公式

49.045+441.405+mg0+ms0+182.45＝2450

0.36＝ms0/(mg0+ms0)

计算二元一次方程可得：

mg0＝1137.344kg

ms0＝639.756kg

mg0为计算配合比每立方混凝土粗骨料用量(kg/m3)；

ms0为计算配合比每立方混凝土细骨料用量(kg/m3)；

mcp为每立方混凝土拌合物的假定质量(kg/m3)；

根据上述计算，混凝土的计算配合比为：

粗骨料：细骨料：水：水泥：粉煤灰：外加剂＝1137:639:182:441:49:2.45

最后根据计算配合比进行试拌混凝土，做最后的适当调整，得出最后的混凝土理论配合比。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方上，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种公路工程高性能机制砂混凝土配制方法，其特征在于，包括以下实施步骤：

步骤一，准备原材料，水泥、粉煤灰、碎石、砂、外加剂；

步骤二，优选水泥品种、粉煤灰掺量和浆砂率；

步骤三，进行配合比计算：

1)混凝土的配置强度计算，

2)混凝土的水胶比计算，

3)每立方米混凝土的用水量计算，

4)每立方米混凝土的水泥用量计算，

5)每立方米混凝土的粗、细骨料用量计算；

步骤四，根据计算配合比进行试拌混凝土，并根据施工现场的实际情况做出适当调整，最终得出的混凝土配合比。

2.根据权利要求1所述的一种公路工程高性能机制砂混凝土配制方法，其特征在于，在步骤一中，所准备的水泥为硅酸盐水泥，所述碎石户和砂均为工地现场生产，所述外加剂为LZ-J2聚羧酸高性能减水剂。

3.根据权利要求1所述的一种公路工程高性能机制砂混凝土配制方法，其特征在于，在步骤二中，通过各品种水泥对机制砂高性能混凝土性能的影响，优选出最优水泥品种。

4.根据权利要求1所述的一种公路工程高性能机制砂混凝土配制方法，其特征在于，在步骤二中，通过粉煤灰掺量对混凝土的工作性和强度的影响，优选出合理的粉煤灰掺量。

5.根据权利要求1所述的一种公路工程高性能机制砂混凝土配制方法，其特征在于，在步骤二中，通过在相同水灰比条件下，对比不同砂率的混凝土坍落度和强度的影响，优选出合理的浆砂率。

6.根据权利要求1所述的一种公路工程高性能机制砂混凝土配制方法，其特征在于，在步骤三中，混凝土的配置强度的计算公式为：

Fcu,o＝Fcu,k+1.645σ

Fcu,o为混凝土的配置强度(MPa)，

Fcu,k为混凝土立方体强度标准值，这里取为混凝土的设计强度(MPa)，

σ为混凝土强度标准差(MPa)。

7.根据权利要求1所述的一种公路工程高性能机制砂混凝土配制方法，其特征在于，在步骤三中，混凝土的水胶比的计算公式为：

W/B＝as·fb/(Fcu,o+1.645σ+as·ab·fb)

W/B为混凝土的水胶比，

as、ab为回归系数，

fb为胶凝材料的28天强度(MPa)。

8.根据权利要求1所述的一种公路工程高性能机制砂混凝土配制方法，其特征在于，在步骤三中，每立方米混凝土的用水量的计算公式为：

mw0＝mw0'·(1-β)

mw0为计算配合比每立方米混凝土的用水量(kg/m3)，

mw0'为未掺外加剂满足实际塌落度的每立方混凝土用水量(kg/m3)，

β为外加剂减水量。

9.根据权利要求1所述的一种公路工程高性能机制砂混凝土配制方法，其特征在于，在步骤三中，每立方米混凝土的水泥用量的计算公式为：

胶凝材料用量：mb0＝mw0/(W/B)

矿物掺合料用量：mf0＝mb0·βt

水泥用量mc0＝mb0-mf0

mb0为计算配合比每立方混凝土胶凝材料用量(kg/m3)，

mf0为计算配合比每立方混凝土矿物掺合料用量(kg/m3)，

βt为矿物掺合料掺量，

mc0为计算配合比每立方混凝土水泥用量(kg/m3)。

10.根据权利要求1所述的一种公路工程高性能机制砂混凝土配制方法，其特征在于，在步骤三中，每立方米混凝土的粗、细骨料用量的计算公式为：

mf0+mc0+mg0+ms0+mw0＝mcp

βs＝ms0/(mg0+ms0)

mg0为计算配合比每立方混凝土粗骨料用量(kg/m3)，

ms0为计算配合比每立方混凝土细骨料用量(kg/m3)，

mcp为每立方混凝土拌合物的假定质量(kg/m3)。