CN109270255A - 一种预测预拌混凝土强度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预测预拌混凝土强度的方法，该方法以混凝土的强度与其胶水比具有的线性相关性为依据，在使用预拌混凝土之前，取与预拌混凝土相同的原材料进行混凝土试配，得到实验混凝土，通过实验测出实验混凝土的水胶比以及水胶比对应的28d龄期抗压强度，然后以水胶比的倒数为横轴，28d龄期抗压强度为纵轴进行线性回归分析，得到28d龄期抗压强度与水胶比的关系式，对于仅有用水量和实验混凝土不同的预拌混凝土，可以通过实验测出其水胶比，然后将水胶比的值代入28d龄期抗压强度与水胶比的关系式中，即可预测预拌混凝土28d龄期的抗压强度是否满足要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种预测预拌混凝土强度的方法。
背景技术
《预拌混凝土》(GB/T14902-2012)对预拌混凝土的定义为：在搅拌站(楼)生产的、通过运输设备送至使用地点的、交货时为拌和物的混凝土。抗压强度是预拌混凝土最重要的技术指标之一，对混凝土结构的耐久性和安全性有着重要的影响。
水胶比是指每立方米混凝土中水的质量与所有胶凝材料总质量的比值，其中，胶凝材料质量＝水泥质量+矿物掺合料质量(如粉煤灰、矿粉、硅灰、沸石粉之类有水硬性或潜在水硬性、火山灰性或潜在火山灰性材料)。水胶比是混凝土配合比的核心参数之一，对混凝土的力学性能和耐久性能都有着重要影响。在其他条件不变的情况下，混凝土的抗压强度与其胶水比具有线性相关性，而胶水比则就是水胶比的倒数。
预拌混凝土一般生产量大、生产集中，原材料的用量大、质量波动大，砂石含水率的波动导致混凝土的实际水胶比难以掌握，对混凝土的抗压强度无法提前预测，有可能导致混凝土抗压强度不合格。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种预测预拌混凝土强度的方法，可以实现在使用预拌混凝土施工前，快速而准确地预测预拌混凝土28d龄期的抗压强度，用以判断该混凝土是否达到工程设计要求。
本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：
一种预测预拌混凝土强度的方法，包括以下步骤：
a.以符合国家标准要求的配合比，取混凝土原材料进行混凝土试配，得到实验混凝土，测试实验混凝土的坍落度H1、含气量A1和表观密度P1，所述的原材料由水泥、矿物掺合料、粗骨料、细骨料、外加剂、水组成；
b.取一份实验混凝土，剔除其中的粗骨料，得到砂浆，水泥和矿物掺合料构成了实验混凝土中的胶凝材料，根据实验混凝土原材料的配合比算出砂浆中胶凝材料的质量所占的比例B1；
c.将砂浆搅拌均匀，称取质量为M1的砂浆，去除其中的水分，得到干燥砂浆，称出干燥砂浆的质量M0，并计算水胶比X＝(M1-M0)/(M1*B1)；
d.改变实验混凝土原材料的配合比，并保持胶凝材料的组成成分及各组成成分之间的质量比不变，然后再重复步骤a至c至少2次，得到多个水胶比的值：X1，X2，…，Xn(n≥3)；
e.取上述的n种实验混凝土，每种实验混凝土制作m组立方体试件，立方体试件的总组数m*n≥10，将立方体试件养护至28d龄期，测出各组立方体试件的抗压强度，分别为：
F11，F12，…，F1m，
F21，F22，…，F2m，
…。
Fn1，Fn2，…，Fnm(m≥1,n≥3，m*n≥10)；
f.以水胶比的倒数1/X为横轴，28d龄期的抗压强度F为纵轴，建立坐标系，并根据步骤d和步骤e中得到的水胶比的值和抗压强度的值，在坐标系中取m*n个点，进行数据回归分析，获得回归方程F＝a/X+b；
g.对混凝土生产企业生产的预拌混凝土取样，测试预拌混凝土的坍落度H0、含气量A0和表观密度P0，
H0与H1应满足以下关系：
当H1≤40mm时，-10mm≤H0-H1≤10mm，
当40mm<H1<100mm，-20mm≤H0-H1≤20mm，
当H1≥100mm时，-30mm≤H0-H1≤30mm，
A0与A1应满足以下关系：
-1％≤A0-A1≤1％，
P0与P1应满足以下关系：
-30kg/m3≤P0-P1≤30kg/m3；
h.以预拌混凝土代替实验混凝土，重复步骤b和步骤c，测出其水胶比X0，并将X0代入上述的回归方程中，得到预拌混凝土28d龄期抗压强度的预测值F0。
如上所述的一种预测预拌混凝土强度的方法，步骤d中，计算水胶比的同时，分别根据原材料的配合比算出各种实验混凝土所有的理论水胶比，所有的理论水胶比中，最大值和最小值之差应大于或等于0.2。
如上所述的一种预测预拌混凝土强度的方法，步骤f中，获得回归方程F＝a/X+b的同时，计算该回归方程的相关系数r，r的值应大于或等于0.90。
如上所述的一种预测预拌混凝土强度的方法，所述的粗骨料为能够由5mm标准筛筛除的砂石。
如上所述的一种预测预拌混凝土强度的方法，步骤b中剔除粗骨料的方法是：将5mm标准筛置于振动台上，并在5mm标准筛的下方放置一个料盘，然后将实验混凝土拌和均匀并摊放于5mm标准筛中，启动振动台后，采用工具翻拌筛内的试验混凝土，直至5mm标准筛上无砂浆掉落料盘中为止。
如上所述的一种预测预拌混凝土强度的方法，步骤c中去除砂浆中的水分方法是：将砂浆放入容器中，并将该容器放入微波炉中，加热以去除砂浆中的水分。
如上所述的一种预测预拌混凝土强度的方法，采用微波炉加热砂浆时，微波炉开中高火。
如上所述的一种预测预拌混凝土强度的方法，步骤e中，立方体试件的边长为150mm。
本发明的有益效果是：
一、微波是一种高频电磁波，采用高频率微波能使水分子的振幅急剧增大，水分子间碰撞剧烈，从而使水迅速达到沸点并在短时间内蒸发，本发明采用微波炉干燥砂浆样本的方法测试预拌混凝土的水胶比，能够快速的得到干燥砂浆，从而快速而精确的算出预拌混凝土的水胶比；
二、制作干燥砂浆样本之前先剔除单个重量较大的粗骨料，有利于提高计算结果的精确性；
三、本发明根据混凝土的强度与其胶水比之间的线性相关特性，能够准确算出预拌混凝土的水胶比，并依此计算预拌混凝土28d龄期的抗压强度，根据预测的强度做相应的施工调整，有利于保证工程的质量。
附图说明
图1为本发明试验例1线性回归分析图。
图2为本发明试验例2线性回归分析图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
根据混凝土的强度与其胶水比(即水胶比的倒数)具有的线性相关性，本发明提出了一种预测预拌混凝土强度的方法，其特征在于其包括以下步骤：
a.以符合国家标准要求的配合比，取混凝土原材料进行混凝土试配，得到实验混凝土，测试实验混凝土的坍落度H1、含气量A1和表观密度P1，所述的原材料由水泥、矿物掺合料、粗骨料、细骨料、外加剂、水组成，目前，上述的国家标准指《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011规定的配比标准；
b.取一份实验混凝土，剔除其中的粗骨料，得到砂浆，水泥和矿物掺合料构成了实验混凝土中的胶凝材料，根据实验混凝土原材料的配合比算出砂浆中胶凝材料的质量所占的比例B1；
c.将砂浆搅拌均匀，称取质量为M1的砂浆，去除其中的水分，得到干燥砂浆，称出干燥砂浆的质量M0，并计算水胶比X＝(M1-M0)/(M1*B1)；
d.改变实验混凝土原材料的配合比，并保持胶凝材料的组成成分及各组成成分之间的质量比不变，然后再重复步骤a至c至少2次，得到多个水胶比的值：X1，X2，…，Xn(n≥3)；
e.取上述的n种实验混凝土，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GBT50081-2002的规定，每种实验混凝土制作m组立方体试件，立方体试件的总组数m*n≥10，将立方体试件养护至28d龄期，测出各组立方体试件的抗压强度，分别为：
F11，F12，…，F1m，
F21，F22，…，F2m，
…，
Fn1，Fn2，…，Fnm(m≥1,n≥3，m*n≥10)；
f.以水胶比的倒数1/X为横轴，28d龄期的抗压强度F为纵轴，建立坐标系，并根据步骤d和步骤e中得到的水胶比的值和抗压强度的值，在坐标系中取m*n个点，进行数据回归分析，获得回归方程F＝a/X+b；
g.对混凝土生产企业生产的预拌混凝土取样，测试预拌混凝土的坍落度H0、含气量A0和表观密度P0，
H0与H1应满足以下关系：
当H1≤40mm时，-10mm≤H0-H1≤10mm，
当40mm<H1<100mm，-20mm≤H0-H1≤20mm，
当H1≥100mm时，-30mm≤H0-H1≤30mm，
A0与A1应满足以下关系：
-1％≤A0-A1≤1％，
P0与P1应满足以下关系：
-30kg/m3≤P0-P1≤30kg/m3；
h.以预拌混凝土代替实验混凝土，重复步骤b和步骤c，测出其水胶比X0，并将X0代入上述的回归方程中，得到预拌混凝土28d龄期抗压强度的预测值F0，F0的值为a/X0+b。
上述的方法中，步骤a至步骤d按照前后顺序依次进行，步骤e实施在a之后，与步骤b、步骤c、步骤d无先后关系，步骤e和步骤d实施完成后，按顺序实施步骤f至步骤h。
实际生产过程中，预拌混凝土应当按照与实验混凝土相同的配合比预定，以保证预拌混凝土与实验混凝土的成分基本一致，唯一的不同只在于混凝土中水的比例，因为砂石含水率的难以掌握，而且砂石用量的，对混凝土中水的比例影响较大。
为了保证预拌混凝土与实验混凝土配合比基本一致，步骤a中，测试实验混凝土的坍落度H1、含气量A1和表观密度P1的同时，记录实验混凝土的粘聚性和保水性；相应的，步骤g中，测试预拌混凝土的坍落度H0、含气量A0和表观密度P0的同时，也应记录预拌混凝土的粘聚性和保水性。保证预拌混凝土的粘聚性、保水性和实验混凝土的粘聚性、保水性基本一致，否则预拌混凝土与实验混凝土性能会有差异，可能导致预测的结果不准。
预拌混凝土所采用的原材料中，所述的粗骨料为能够由5mm标准筛筛除的砂石，相应的，所述的细骨料为能够穿过5mm标准筛的网孔的砂石。由于胶凝材料的改变对混凝土的强度也有较大影响，因此，步骤d中，改变原材料的配合比的同时，胶凝材料的组成成分应保持不变，同时胶凝材料的各种组成成分之间的质量比不变。矿物掺合料一般采用粉煤灰、矿粉、硅灰、沸石粉中的一种或多种，以矿物掺合料采用粉煤灰、矿粉、硅灰、沸石粉四种组成成分为例，则步骤d中，水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、沸石粉五种成分的重量占胶凝材料总质量的比例均应保持不变。
步骤b中剔除粗骨料的方法是：将5mm标准筛置于振动台上，并在5mm标准筛的下方放置一个料盘，然后将实验混凝土拌和均匀并摊放于5mm标准筛中，启动振动台后，采用工具翻拌筛内的试验混凝土，直至5mm标准筛上无砂浆掉落料盘中为止。本步骤中，筛掉的只有粗骨料，水和胶凝材料全部掉落到料盘中，因此，料盘中砂浆的水胶比的值就是实验混凝土中的水胶比的值。单个粗骨料的质量对实验混凝土样本的总质量的影响较大，若根据实验混凝土中的胶凝材料的比例来直接计算实验混凝土样本中胶凝材料的质量，误差较大。采用剔除了粗骨料的砂浆进行计算，则可以消除粗骨料的影响，有利于提高计算的精度。
步骤c中去除砂浆中的水分方法是：将砂浆放入容器中，并将该容器放入微波炉中，加热以去除砂浆中的水分。微波是一种高频电磁波，采用高频率微波能使水分子的振幅急剧增大，水分子间碰撞剧烈，从而使水迅速达到沸点并在短时间内蒸发。常用微波炉的电磁波辐射频率为2450MHz，对水分蒸发来说是最佳的频率。采用微波炉加热砂浆时，微波炉开中高火。此外，还可以采用风干、明火加热、晒干等方式去除砂浆中的水分，不限于此。
步骤e中，立方体试件应该按照GB/T50081-2002中的标准方法制作，即，每组的立方体试件为3个，每个立方体试件的边长为150mm，培养至28d龄期，以3个试件的抗压强度的平均值作为其抗压强度。使立方体试件的总组数m*n≥10，可以保证回归方程的精度。
为了进一步提高回归方程的准确性，步骤d中，计算水胶比的同时，分别根据原材料的配合比算出各种实验混凝土所有的理论水胶比，实施步骤f、步骤g、步骤h的前提是：所有的理论水胶比中，最大值和最小值之差应大于或等于0.2。若达不到这个要求，则可以多做几组试验，直到达到这个要求为止。
步骤f中，建立回归方程F＝a/X+b的同时，计算该回归方程的相关系数r，
根据统计学上的定义，
其中，X代表横轴的值，对应于本方法中水胶比的倒数，Y代表纵轴的值，对应于本方法中的抗压强度，Cov(X,Y)为X与Y的协方差，Var[X]为X的方差，Var[Y]为Y的方差。
实施步骤g、步骤h的前提是：r的值大于或等于0.90。若r<0.90，则说明步骤a至步骤e中出现了重大失误，需要重新进行实验。
r的值大于或等于0.90，正常实施步骤g和步骤h，若步骤h中算出的预拌混凝土的抗压强度小于设定值，则接下来生产的预拌混凝土需降低水胶比，进而提高混凝土的强度。为了保证预测强度的准确性，步骤h中，测得的水胶比不得大于步骤d中各个实测水胶比的最大值，也不得小于步骤d中各个实测水胶比的最小值。
以下为根据本发明方法测得的实验数据与得到的回归方程。
试验例1
表1试验例1实验数据表
表1中，水泥、矿渣粉、粉煤灰1、细骨料、粗骨料、水、外加剂A以及外加剂B的值的单位均为kg，28d标准养护强度的单位为MPa，水泥、矿渣粉及粉煤灰1构成了胶凝材料，18组立方体试件中，水泥、矿渣粉及粉煤灰1的重量配合比保持基本一致。
参照图1，以胶水比为横轴，28d标准养护强度为轴，得到的回归方程为y＝16.62x+8.706，相关系数r＝0.956，即28d龄期的抗压强度F与水胶比X的关系式为F＝16.62/X+8.706。
试验例1中，根据预拌混凝土的原材料配合比及砂石含水率算出的水胶比为实际水胶比，本试验例中，实验测得的水胶比与理论水胶比的关系如表2。
表2试验例1实验测得的水胶比与实际水胶比对照表
由表2可知，试验例1中，实验测得的水胶比与实际水胶比的值基本一致，以微波炉干燥砂浆的方法测水胶比精度较高，可行性高。试验例2
表3试验例2实验数据表
粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等，两次试验所采用的粉煤灰2分与粉煤灰1在成分配合比上存在区别。试验例2中，水泥、矿渣粉、粉煤灰2、细骨料、粗骨料、水、外加剂A以及外加剂B的值的单位均为kg，28d标准养护强度的单位为MPa，水泥、矿渣粉及粉煤灰1构成了胶凝材料，18组立方体试件中，水泥、矿渣粉及粉煤灰1的重量配合比保持基本一致。
参照图2，以胶水比为横轴，28d标准养护强度为轴，得到的回归方程为y＝19.93x-2.755，相关系数r＝0.981，即28d龄期的抗压强度F与水胶比X的关系式为F＝19.93/X-2.755。
试验例2中，根据预拌混凝土的原材料配合比及砂石含水率算出的水胶比为实际水胶比，本试验例中，实验测得的水胶比与理论水胶比的关系如表4。
表4试验例1实验测得的水胶比与实际水胶比对照表
由表4可知，试验例2中，实验测得的水胶比与实际水胶比的值基本一致，以微波炉干燥砂浆的方法测水胶比精度较高，可行性高。
Claims (8)
1.一种预测预拌混凝土强度的方法，其特征在于其包括以下步骤：
a.以符合国家标准要求的配合比，取混凝土原材料进行混凝土试配，得到实验混凝土，测试实验混凝土的坍落度H1、含气量A1和表观密度P1，所述的原材料由水泥、矿物掺合料、粗骨料、细骨料、外加剂、水组成；
b.取一份实验混凝土，剔除其中的粗骨料，得到砂浆，水泥和矿物掺合料构成了实验混凝土中的胶凝材料，根据实验混凝土原材料的配合比算出砂浆中胶凝材料的质量所占的比例B1；
c.将砂浆搅拌均匀，称取质量为M1的砂浆，去除其中的水分，得到干燥砂浆，称出干燥砂浆的质量M0，并计算水胶比X＝(M1-M0)/(M1*B1)；
d.改变实验混凝土原材料的配合比，并保持胶凝材料的组成成分及各组成成分之间的质量比不变，然后再重复步骤a至c至少2次，得到多个水胶比的值：X1，X2，…，Xn(n≥3)；
e.取上述的n种实验混凝土，每种实验混凝土制作m组立方体试件，立方体试件的总组数m*n≥10，将立方体试件养护至28d龄期，测出各组立方体试件的抗压强度，分别为：
F11，F12，…，F1m，
F21，F22，…，F2m，
…，
Fn1，Fn2，…，Fnm(m≥1,n≥3，m*n≥10)；
f.以水胶比的倒数1/X为横轴，28d龄期的抗压强度F为纵轴，建立坐标系，并根据步骤d和步骤e中得到的水胶比的值和抗压强度的值，在坐标系中取m*n个点，进行数据回归分析，获得回归方程F＝a/X+b；
g.对混凝土生产企业生产的预拌混凝土取样，测试预拌混凝土的坍落度H0、含气量A0和表观密度P0，
H0与H1应满足以下关系：
当H1≤40mm时，-10mm≤H0-H1≤10mm，
当40mm<H1<100mm，-20mm≤H0-H1≤20mm，
当H1≥100mm时，-30mm≤H0-H1≤30mm，
A0与A1应满足以下关系：
-1％≤A0-A1≤1％，
P0与P1应满足以下关系：
-30kg/m3≤P0-P1≤30kg/m3；
h.以预拌混凝土代替实验混凝土，重复步骤b和步骤c，测出其水胶比X0，并将X0代入上述的回归方程中，得到预拌混凝土28d龄期抗压强度的预测值F0。
2.根据权利要求1所述的一种预测预拌混凝土强度的方法，其特征在于，步骤d中，计算水胶比的同时，分别根据原材料的配合比算出各种实验混凝土所有的理论水胶比，所有的理论水胶比中，最大值和最小值之差应大于或等于0.2。
3.根据权利要求1所述的一种预测预拌混凝土强度的方法，其特征在于，步骤f中，获得回归方程F＝a/X+b的同时，计算该回归方程的相关系数r，r的值应大于或等于0.90。
4.根据权利要求1所述的一种预测预拌混凝土强度的方法，其特征在于，所述的粗骨料为能够由5mm标准筛筛除的砂石。
5.根据权利要求4所述的一种预测预拌混凝土强度的方法，其特征在于，步骤b中剔除粗骨料的方法是：将5mm标准筛置于振动台上，并在5mm标准筛的下方放置一个料盘，然后将实验混凝土拌和均匀并摊放于5mm标准筛中，启动振动台后，采用工具翻拌筛内的试验混凝土，直至5mm标准筛上无砂浆掉落料盘中为止。
6.根据权利要求1所述的一种预测预拌混凝土强度的方法，其特征在于，步骤c中去除砂浆中的水分方法是：将砂浆放入容器中，并将该容器放入微波炉中，加热以去除砂浆中的水分。
7.根据权利要求6所述的一种预测预拌混凝土强度的方法，其特征在于，采用微波炉加热砂浆时，微波炉开中高火。
8.根据权利要求1所述的一种预测预拌混凝土强度的方法，其特征在于，步骤e中，立方体试件的边长为150mm。
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