CN109369101A - 一种新型抗酸腐蚀性混凝土的配比方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种新型抗酸腐蚀性混凝土的配比方法，该方法按照下述步骤进行：混凝土配置强度计算，水胶比的计算，用水量和外加剂计算，胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量计算，粗、细骨料用量计算，抗压强度耐蚀系数测定，本发明研制的抗酸腐蚀性混凝土，经测试，当粉煤灰掺量20%，FDN‑C型高效减水剂掺量1%时，抗压强度耐蚀系数最大为94.644%，远超过了抗压强度耐蚀系数Kf≥80%时混凝土抗腐蚀性能合格的标准，抗酸腐蚀性能优越。

Description

一种新型抗酸腐蚀性混凝土的配比方法

技术领域

本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种新型抗酸腐蚀性混凝土的配比方法。

背景技术

我国金属矿山中硫化矿床所占比例较大，此类矿山普遍面临着酸性水的危害。一般的铜矿属硫化矿床，井下涌水呈显酸性，PH值一般在3.0-6.5之间，水中含有较高浓度的SO4^2-，是典型的硫酸盐侵蚀，属混凝土腐蚀中的离子交换腐蚀类型。水泥混凝土硫酸盐侵蚀破坏的实质是，环境水中的硫酸盐离子进入其内部，与水泥石中一些固相组分发生化学反应，生成一些难溶的盐类矿物而引起。这些难溶的盐类矿物一方面可形成钙矾石、石膏等膨胀性产物而引起膨胀、开裂、剥落和解体；另一方面也可使硬化水泥石中CH和C-S-H等组分溶出或分解，导致水泥石强度和粘结性能损失,严重影响井下支护效果。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题及不足，本发明提供一种新型抗酸腐蚀性混凝土的配比方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种新型抗酸腐蚀性混凝土的配比方法，该方法按照下述步骤进行：

步骤A：混凝土配置强度计算，当混凝土的设计强度等级小于C60 时，配制强度按下式确定：

f_cu,0 ≥ f_cu,k+1.645σ

式中： f_cu,0—— 混凝土配制强度，单位为MPa；

f_cu,k——混凝土立方体抗压强度标准值，取混凝土的设计强度等级值，单位为MPa；

σ——混凝土强度标准差，单位为 MPa ，当f_cu,k≤C20时，取σ=4.0；当C25≤f_cu,k≤C45时，取σ=5.0；当C50≤f_cu,k≤C55时，取σ=6.0；

步骤2：水胶比的计算，根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011），当混凝土强度等级小于C60 时，混凝土水胶比按下式计算：

W/B ＝ a_a f_b/(f_cu,0＋a_a a_b f_b)

式中：W/B——混凝土水胶比；

a_a 、a_b——回归系数；

f _b——胶凝材料28d 胶砂抗压强度，单位为MPa；也可按下式计算：

f _b = γ_f γ_s γ_c f_ce,g

式中：γ_f 、γ_s——粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数；

γ_c——水泥强度等级值的富余系数；

f_ce,g——水泥强度等极值，单位为MPa；

步骤3：用水量和外加剂计算，以32.5普通硅酸盐水泥为基准，当混凝土水胶比为0.4-0.8，采用细砂时，每立方米混凝土用水量增加5-10kg，采用粗砂时减少5-10kg；

步骤4：胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量计算，每立方米混凝土的胶凝材料用量m_b0可按下式计算：

m_b0= m_w0/(W/B)

式中：m_b0——计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量，单位为kg/m³；

m_w0——计算配合比每立方混凝土的用水量，单位为kg/m³；

W/B——混凝土水胶比；

矿物掺合料用量：每立方米混凝土的矿物掺合料用量m_f0可按下式计算:

m_f0=m_b0 ×β_f

式中：m_f0——计算配合比每立方米混凝土中矿物掺合料用量，单位为kg/m³；

β_f——矿物掺合料掺量，单位为%，以20%为基准；

水泥用量：每立方米混凝土的水泥用量m_c0可按下式计算：

m_c0= m_b0 - m_f0

式中：m_c0——计算配合比每立方米混凝土中水泥用量，单位为kg/m³；

步骤5：粗、细骨料用量计算，当采用质量法计算混凝土配合比时，粗、细骨料用量和砂率应分别按下式计算：

m_f0 + m_c0 + m_g0 + m_s0 + m_w0 = m_cp

β_s= m_s0/(m_g0 + m_s0)

式中：m_g0——计算配合比每立方米混凝土的粗骨料用量，单位为kg/m³；

m_s0——计算配合比每立方米混凝土的细骨料用量，单位为kg/m³；

β_s——砂率，单位为%；

m_cp——每立方米混凝土拌合物的假定质量，单位kg，取2350kg/m³-2450kg/m³；

步骤6：抗压强度耐蚀系数测定，抗压强度耐蚀系数K_f可按照下列公式进行计算：

K_f = f_n / f₀

式中：K_f——抗压强度耐蚀系数，单位为%；

f_n ——抗为N 次循环后受硫酸盐腐蚀的一组混凝土试件的抗压强度平均值，单位为MPa，精度至0.1Mpa；

f₀——与受硫酸盐腐蚀试件同龄期的自来水浸养护的一组对比混凝土试件的抗压强度平均值，单位为MPa，精度至0.1Mpa。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明研制的抗酸腐蚀性混凝土，经测试，当粉煤灰掺量20%，FDN-C型高效减水剂掺量1%时，抗压强度耐蚀系数最大为94.644%，远超过了抗压强度耐蚀系数Kf≥80%时混凝土抗腐蚀性能合格的标准，抗酸腐蚀性能优越。

附图说明

图1为本发明不同配合比混凝土抗压强度耐蚀系数变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种新型抗酸腐蚀性混凝土的配比方法，该方法按照下述步骤进行：

步骤A：混凝土配置强度计算，当混凝土的设计强度等级小于C60 时，配制强度按下式确定：

f_cu,0 ≥ f_cu,k+1.645σ

式中： f_cu,0—— 混凝土配制强度，单位为MPa；

f_cu,k——混凝土立方体抗压强度标准值，取混凝土的设计强度等级值，单位为MPa；

σ——混凝土强度标准差，单位为MPa ，当f_cu,k≤C20时，取σ=4.0；当C25≤f_cu,k≤C45时，取σ=5.0；当C50≤f_cu,k≤C55时，取σ=6.0；经计算，混凝土配制强度（fcu,0）为33.225Mpa；

步骤2：水胶比的计算，根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011），当混凝土强度等级小于C60时，混凝土水胶比按下式计算：

W/B ＝ a_a f_b/(f_cu,0＋a_a a_b f_b)

式中：W/B——混凝土水胶比；

a_a 、a_b——回归系数；

f _b——胶凝材料28d 胶砂抗压强度，单位为MPa；也可按下式计算：

f _b = γ_f γ_s γ_c f_ce,g

式中：γ_f 、γ_s——粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数，可按照表1取值；

γ_c——水泥强度等级值的富余系数，可按实际统计资料确定，当缺乏实际统计资料时，按表2取值；

f_ce,g——水泥强度等极值，单位为Mpa，参照表3按实际取值；

步骤3：用水量和外加剂计算，以32.5普通硅酸盐水泥为基准，当混凝土水胶比为0.4-0.8，塑性混凝土的用水量m_w0用按下表4选取；

采用细砂时，每立方米混凝土用水量增加5-10kg，采用粗砂时减少5-10kg，井巷支护混凝土塌落度一般为55～70mm，因此，方案Ⅰ用水量m_Ⅰw0取220 kg/m³；方案Ⅱ中的外加剂粉煤灰和高效减水剂具有一定的减少性，减水率约为20%（一般18-28%），因此m_w0实际用水量为176kg/m³。

步骤4：胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量计算，每立方米混凝土的胶凝材料用量m_b0可按下式计算：

m_b0= m_w0/(W/B)

式中：m_b0——计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量，单位为kg/m³；

m_w0——计算配合比每立方混凝土的用水量，单位为kg/m³；

W/B——混凝土水胶比；

矿物掺合料用量：每立方米混凝土的矿物掺合料用量m_f0可按下式计算:

m_f0=m_b0 β_f

式中：m_f0——计算配合比每立方米混凝土中矿物掺合料用量，单位为kg/m³；

β_f——矿物掺合料掺量，单位为%，以20%为基准；

水泥用量：每立方米混凝土的水泥用量m_c0可按下式计算：

m_c0= m_b0 - m_f0

式中：m_c0——计算配合比每立方米混凝土中水泥用量，单位为kg/m³；

步骤5：粗、细骨料用量计算，当采用质量法计算混凝土配合比时，粗、细骨料用量和砂率应分别按下式计算：

m_f0 + m_c0 + m_g0 + m_s0 + m_w0 = m_cp

β_s= m_s0/(m_g0 + m_s0)

式中：m_g0——计算配合比每立方米混凝土的粗骨料用量，单位为kg/m³；

m_s0——计算配合比每立方米混凝土的细骨料用量，单位为kg/m³；

β_s——砂率，单位为%；

m_cp——每立方米混凝土拌合物的假定质量，单位kg，取2350kg/m³-2450kg/m³；

步骤6：抗压强度耐蚀系数测定，抗压强度耐蚀系数K_f可按照下列公式进行计算：K_f =f_n / f₀

式中：K_f——抗压强度耐蚀系数，单位为%；

f_n ——抗为N 次循环后受硫酸盐腐蚀的一组混凝土试件的抗压强度平均值，单位为MPa，精度至0.1Mpa；

f₀——与受硫酸盐腐蚀试件同龄期的自来水浸养护的一组对比混凝土试件的抗压强度平均值，单位为MPa，精度至0.1Mpa。

经测定，按上述步骤配制的混凝土试块，随着矿物掺合料粉煤灰添加比例的增大，抗压强度耐蚀系数也随之增大，当粉煤灰掺量20%，FDN-C型高效减水剂掺量1%时，抗压强度耐蚀系数最大为94.644%，后来又随着粉煤灰添加比例的增大，抗压强度耐蚀系数逐渐降低。

根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2011），并考虑矿山混凝土拌和实际操作，调整后的抗腐蚀型混凝土最优重量配合比为水泥：细骨料：粗骨料：水：粉煤灰：减水剂 = 350：680：1100：180：85：3.5。其中：粉煤灰占胶凝材料的19.38%，FDN-C型高效减水剂掺量占水泥用量的1%，水胶比为0.41，砂率为38.2%。

本发明研制的抗酸腐蚀性混凝土，经测试，当粉煤灰掺量20%，FDN-C型高效减水剂掺量1%时，抗压强度耐蚀系数最大为94.644%，远超过了抗压强度耐蚀系数Kf≥80%时混凝土抗腐蚀性能合格的标准，抗酸腐蚀性能优越，以C25为基准的抗腐蚀型混凝土试验配比见表1，抗压强度耐蚀系数变化曲线见图1。

表1 C25为基准的抗腐蚀型混凝土试验配比表

Claims (1)

1.一种新型抗酸腐蚀性混凝土的配比方法，其特征在于，该方法按照下述步骤进行：

步骤A：混凝土配置强度计算，当混凝土的设计强度等级小于C60 时，配制强度按下式确定：

f_cu,0 ≥ f_cu,k+1.645σ

式中： f_cu,0—— 混凝土配制强度，单位为MPa；

f_cu,k——混凝土立方体抗压强度标准值，取混凝土的设计强度等级值，单位为MPa；

σ——混凝土强度标准差，单位为 MPa ，当f_cu,k≤C20时，取σ=4.0；当C25≤f_cu,k≤C45时，取σ=5.0；当C50≤f_cu,k≤C55时，取σ=6.0；

步骤2：水胶比的计算，根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011），当混凝土强度等级小于C60时，混凝土水胶比按下式计算：

W/B ＝ a_a f_b/(f_cu,0＋a_a a_b f_b)

式中：W/B——混凝土水胶比；

a_a 、a_b——回归系数；

f _b——胶凝材料28d 胶砂抗压强度，单位为MPa；也可按下式计算：

f _b = γ_f γ_s γ_c f_ce,g

式中：γ_f 、γ_s——粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数；

γ_c——水泥强度等级值的富余系数；

f_ce,g——水泥强度等极值，单位为MPa；

步骤3：用水量和外加剂计算，以32.5普通硅酸盐水泥为基准，当混凝土水胶比为0.4-0.8，采用细砂时，每立方米混凝土用水量增加5-10kg，采用粗砂时减少5-10kg；

步骤4：胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量计算，每立方米混凝土的胶凝材料用量m_b0可按下式计算：

m_b0= m_w0/(W/B)

式中：m_b0——计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量，单位为kg/m³；

m_w0——计算配合比每立方混凝土的用水量，单位为kg/m³；

W/B——混凝土水胶比；

矿物掺合料用量：每立方米混凝土的矿物掺合料用量m_f0可按下式计算:

m_f0=m_b0×β_f

式中：m_f0——计算配合比每立方米混凝土中矿物掺合料用量，单位为kg/m³；

β_f——矿物掺合料掺量，单位为%，以20%为基准；

水泥用量：每立方米混凝土的水泥用量m_c0可按下式计算：

m_c0= m_b0 - m_f0

式中：m_c0——计算配合比每立方米混凝土中水泥用量，单位为kg/m³；

步骤5：粗、细骨料用量计算，当采用质量法计算混凝土配合比时，粗、细骨料用量和砂率应分别按下式计算：

m_f0 + m_c0 + m_g0 + m_s0 + m_w0 = m_cp

β_s= m_s0/(m_g0 + m_s0)

式中：m_g0——计算配合比每立方米混凝土的粗骨料用量，单位为kg/m³；

m_s0——计算配合比每立方米混凝土的细骨料用量，单位为kg/m³；

β_s——砂率，单位为%；

m_cp——每立方米混凝土拌合物的假定质量，单位kg，取2350kg/m³-2450kg/m³；

步骤6：抗压强度耐蚀系数测定，抗压强度耐蚀系数K_f可按照下列公式进行计算：

K_f = f_n / f₀

式中：K_f——抗压强度耐蚀系数，单位为%；

f_n ——抗为N 次循环后受硫酸盐腐蚀的一组混凝土试件的抗压强度平均值，单位为MPa，精度至0.1Mpa；

f₀——与受硫酸盐腐蚀试件同龄期的自来水浸养护的一组对比混凝土试件的抗压强度平均值，单位为MPa，精度至0.1Mpa。