CN109437749B

CN109437749B - 基于包裹粗骨料砂浆厚度的c60混凝土及其配合比设计方法

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Publication number: CN109437749B
Application number: CN201811489960.3A
Authority: CN
Inventors: 梁丽敏; 焦岩; 李世华; 吕剑锋; 田帅; 王世强; 曹良桂; 王小亮; 葛婷; 李翔; 王俊杰; 黑金龙; 赧光耀; 吴东林; 严小波; 黄睿
Original assignee: Yunnan Jiantou Green High Performance Concrete Co ltd
Current assignee: Yunnan Jiantou Green High Performance Concrete Co ltd
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2021-07-06
Anticipated expiration: 2038-12-06
Also published as: CN109437749A

Abstract

本发明公开了一种基于包裹粗骨料砂浆厚度的C60混凝土及其配合比设计方法，其中，该设计方法的步骤包括：1)确定水粉比；2)计算1m³绝对体积石子表面积；3)确定包裹粗骨料砂浆膜厚度，计算单方混凝土石子用量；4)计算单方混凝土砂用量；5)计算单方混凝土用水量6)计算单方混凝土胶凝材料用量；7)利用旋转黏度计测定水泥净浆流变参数，调整并确定外加剂掺量；8)通过试配微调确定配合比参数。本发明利用包裹粗骨料表面砂浆厚度控制其工作性指标参数，并结合混凝土浆体流变性能指标达到满足各强度等级超高层泵送混凝土工作性能指标参数的要求。

Description

基于包裹粗骨料砂浆厚度的C60混凝土及其配合比设计方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种基于包裹粗骨料砂浆厚度的C60混凝土及其配合比设计方法。

背景技术

城市化发展催生超高层建筑的诞生，超高层建筑的存在和发展可以提升城市和国家形象、集约化利用土地资源、高度共享资源、显著提高工作和生活效率。超高层泵送混凝土技术已成为超高层建筑施工中的关键技术之一，对混凝土工作性指标要求较高，特别是对于垂直泵送距离超过300m(水平泵送当量1200m)的泵送混凝土，在保证其强度指标的前提下，工作性能指标要求尤其严格，为保证施工过程顺利进行，防止泵送过程中堵管等各种不良后果的出现，需要根据不同泵送高度和不同工作性能指标参数对配合比进行设计，保证泵送施工的顺利进行。

将超高层泵送混凝土首先看做由粗骨料分散在砂浆中形成的复合材料。参考有关砂浆膜厚理论的研究，其工作性能指标按照自密实混凝土进行要求。自密实混凝土中的砂浆在填充完粗骨料间的孔隙后，剩余的部分砂浆会包裹在粗骨料表面形成一层砂浆膜，对混凝土泵送过程中粗骨料的运动起到润滑的作用，所述砂浆膜及砂浆的性质共同决定了超高层泵送混凝土泵送性能的优劣。

在现有技术中，超高层泵送混凝土对于不同泵送高度其配合比调整规则不明确，不能针对不同泵送高度及不同工作性能指标要求定量调整配合比参数；另外某些配合比计算步骤繁琐，计算不方便；也有其配合比设计方法对于工作性指标控制较差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于包裹粗骨料砂浆厚度的C60混凝土及其配合比设计方法，解决超高层泵送混凝土对于不同泵送高度其配合比调整规则不明确，不能针对不同泵送高度及不同工作性能指标要求定量调整配合比参数的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于超高泵送的C60高强高性能混凝土，所述混凝土是由碎石、水洗机制砂、胶凝材料、高性能聚羧酸减水剂和水配制而成，单方混凝土各组分质量配比如下：碎石1075～1105kg，水洗机制砂677～717kg，胶凝材料517～537kg，水160～165kg，高性能聚羧酸减水剂掺量质量占比为凝胶材料总质量的1.6％～1.8％。

作为优选，所述胶凝材料包括水泥、粉煤灰和矿渣粉，所述粉煤灰掺量质量占比为胶凝材料总质量的10％～15％，矿渣粉掺量质量占比为胶凝材料总质量的10％～15％，其余为水泥。

作为优选，所述碎石需满足5～20mm连续级配；所述水泥为P·O52.5水泥；所述矿渣粉为S75级矿渣粉。

作为优选，所述水洗机制砂采用石粉含量不大于8％、MB值不大于0.75、细度模数2.6～3.0的Ⅱ区中砂。

作为优选，所述粉煤灰应满足，当泵送高度小于300m时，采用Ⅱ级粉煤灰掺合，当泵送高度为300m以上时，采用Ⅰ级粉煤灰掺合。

一种用于超高泵送的C60高强高性能混凝土配合比设计方法，包括以下步骤：

(1)确定水粉比：Vw/Vp＝0.90～0.95；

(2)计算1m³绝对体积石子表面积，计算方法为：

式中：S_i为1m³绝对体积石子表面积，单位㎡；α为粗骨料粒型修正系数，取1.15；ρ_Lg为碎石的紧堆密度，单位kg/m³；R_i为各粒级别范围的中间值，单位m；ρ_g为碎石的表观密度，单位kg/m³；K_i为1m³绝对体积石子中各粒级颗粒的质量占比，％；

(3)计算单方混凝土石子用量，计算方法为：

m_g＝[1-V_c-(1-V_c)S_ih_m]·ρ_g

式中：m_g—单方混凝土石子用量，单位kg/m³；V_c—1m³紧密堆积碎石空隙体积，单位m³；h_m—包裹粗骨料砂浆膜厚度，单位m；

(4)计算单方混凝土砂用量，计算方法为：

式中：m_s—单方混凝土砂用量，单位kg/m³；S_p—砂率，％；

(5)计算单方混凝土用水量，计算方法为:

式中：m_w—单方混凝土石子用量，单位kg/m³；ρ_s—砂的表观密度，单位kg/m³；

(6)计算单方混凝土胶凝材料用量，计算方法为：

式中：m_b—单方混凝土胶凝材料用量，单位kg/m³；ρ_b—胶凝材料表观密度，单位kg/m³。ρ_b按照《自密实混凝土应用技术规程》JGJ 283计算，计算方法为：

其中，ρ_m为矿物掺合料的表观密度，单位kg/m³；ρ_c为水泥的表观密度，单位kg/m³；β为每立方米混凝土中矿物掺合料占胶凝材料的质量分数，％；采用粉煤灰和矿渣粉双掺，分别用β₁、β₂表示，并进行相应计算。

(7)利用旋转黏度计测定步骤(1)的水泥净浆流变参数，并通过调整外加剂掺量，满足净浆屈服强度满足0.7～1.0Pa，粘度满足20.00～30.00Pa·s，确定外加剂掺量。

(8)通过试配微调确定配合比参数。

更进一步地方案是，步骤(3)中所述包裹粗骨料砂浆膜厚度，应满足：泵送高度在100～200m，选择包裹粗骨料剩余砂浆膜厚度为1.40×10^-310^-3m；泵送高度在200～300m，选择包裹粗骨料砂浆膜厚度为1.45×10^-3m；泵送高度在300～400m，选择包裹粗骨料砂浆膜厚度为1.50×10^-3m。

更进一步地方案是，步骤(4)所述砂率，应满足：泵送高度在100～200m，选择砂率为38％；泵送高度在200～300m，选择砂率为39％；泵送高度在300～400m，选择砂率为40％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

第一，本发明提供了一种基于净浆流变性及包裹粗骨料表面砂浆厚度的超高层泵送混凝土配合比设计方法，利用包裹粗骨料表面砂浆厚度控制其工作性指标参数，并结合混凝土浆体流变性能指标达到满足各强度等级超高层泵送混凝土工作性能指标参数的要求。

第二，本发明所提供的配合比设计方法适用于各强度等级不同泵送高度的超高层泵送混凝土配合比设计过程。

第三，本发明提供的配合比设计方法可在保证强度的前提下对超高层泵送混凝土工作性能指标实现较精确的控制，以达到满足泵送施工要求的目的。

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。

针对本发明的混凝土的具体实施例，本发明中的一种用于超高泵送的C60高强高性能混凝土，是由碎石、水洗机制砂、胶凝材料、高性能聚羧酸减水剂和水配制而成，单方混凝土各组分质量配比一般选取如下范围：碎石1075～1105kg，水洗机制砂677～717kg，胶凝材料517～537kg，水160～165kg，高性能聚羧酸减水剂掺量质量占比为凝胶材料总质量的1.6％～1.8％。具体的数值用量是根据配合比的设计方法计算得出。

更进一步地，上述具体实施例中的胶凝材料主要包括水泥、粉煤灰和矿渣粉，所述粉煤灰掺量质量占比为胶凝材料总质量的10％～15％，矿渣粉掺量质量占比为胶凝材料总质量的10％～15％，并且高性能聚羧酸减水剂固含量为15％，其余为水泥。

更进一步地，上述具体实施例中的碎石需满足5～20mm连续级配；所述水泥为P·O52.5水泥；所述矿渣粉为S75级矿渣粉。

碎石级配对超高层泵送混凝土工作性会产生一定影响，对于泵送混凝土，常用级配有5～20mm和5～25m两种。选择5～20mm级配碎石基于以下两点考虑：5～20mm级配碎石最大粒径较小，更有助于提高新拌混凝土流动性，便于在浇筑过程中混凝土达到自密实混凝土的工作性能要求；超高层建筑由于施工过程中钢筋绑扎较为密集，钢筋间距较小，采用较小粒径的碎石，有利于在浇筑时填充钢筋缝隙。

常用普通硅酸盐水泥为P·O52.5和P·O42.5两种，其区别在于采用特定试验方法，水泥胶砂试验28d强度分别大于52.5MPa和42.5MPa，采用标号较高水泥可以在达到相同强度等级的前提下降低单方混凝土水泥用量，水泥用量的降低可以降低浆体粘度，有利于混凝土工作性能的提升。

矿渣粉分为S75级和S95级，掺入矿粉的主要目的是减少水泥用量，因为矿粉具有一定活性，因此硬化混凝土不会因为矿粉的掺入导致强度下降，基于本发明专利所述配合比设计方法，其强度富余量可以使硬化混凝土强度达到设计强度等级的120％以上，因此综合经济性考虑，选择成本较低的S75级矿粉即可满足配合比设计要求。

进一步地，上述具体实施例中的水洗机制砂采用石粉含量不大于8％、MB值不大于0.75、细度模数2.6～3.0的Ⅱ区中砂。普通机制砂石粉含量普遍超过10％，石粉含量过高会导致新拌混凝土工作性能下降，采用水洗机制砂可以有效控制石粉含量，对提高新拌混凝土工作性能指标效果明显。

进一步地，上述具体实施例中的粉煤灰应满足，当泵送高度小于300m时，采用Ⅱ级粉煤灰掺合，当泵送高度为300m以上时，采用Ⅰ级粉煤灰掺合。粉煤灰最为常用的矿物掺合料，其作用改善混凝土力学性能，改善混凝土流变性，改善混凝土耐久性；泵送高度高于300m需要混凝土具有优良工作性，Ⅰ级粉煤灰滚珠效应更为明显，对混凝土工作性提升更为有利。

一种用于超高泵送的C60高强高性能混凝土配合比设计方法，具体包括以下步骤：

(1)确定水粉比：Vw/Vp＝0.90～0.95；

(2)计算1m³绝对体积石子表面积，计算方法为：

式中：S_i为1m³绝对体积石子表面积，单位㎡；α为粗骨料粒型修正系数，取1.15；ρ_Lg为碎石的紧堆密度，单位kg/m³；R_i为各粒级别范围的中间值，m；ρ_g为碎石的表观密度，单位kg/m³；K_i为1m³绝对体积石子中各粒级颗粒的质量占比，单位％；

(3)计算单方混凝土石子用量，计算方法为：

m_g＝[1-V_c-(1-V_c)S_ih_m]·ρ_g

式中：m_石—单方混凝土石子用量，单位kg/m³；V_c—1m³紧密堆积碎石空隙体积，单位m³；h_m—包裹粗骨料砂浆膜厚度，单位m；

(4)计算单方混凝土砂用量，计算方法为：

式中：m_s—单方混凝土砂用量，单位kg/m³；S_p—砂率，％；

(5)计算单方混凝土用水量，计算方法为:

式中：m_w—单方混凝土水用量，单位kg/m³；ρ_s—砂的表观密度，单位kg/m³；

(6)计算单方混凝土胶凝材料用量，计算方法为：

式中：m_b—单方混凝土胶凝材料用量，单位kg/m³；ρ_b—胶凝材料表观密度，单位kg/m³，胶凝材料的表观密度按照《自密实混凝土应用技术规程》JGJ 283计算，计算方法为：

其中，ρ_m为矿物掺合料的表观密度,单位kg/m³；ρ_c为水泥的表观密度，单位kg/m³；β为每立方米混凝土中矿物掺合料占胶凝材料的质量分数，％；采用粉煤灰和矿渣粉双掺，分别用β₁、β₂表示，并进行相应计算。

(8)通过试配微调确定配合比参数。

其中，步骤(3)中所述包裹粗骨料砂浆膜厚度，应满足：泵送高度在100～200m，选择包裹粗骨料剩余砂浆膜厚度为1.40×10^-310^-3m；泵送高度在200～300m，选择包裹粗骨料砂浆膜厚度为1.45×10^-3m；泵送高度在300～400m，选择包裹粗骨料砂浆膜厚度为1.50×10^-3m。

其中，步骤(4)所述砂率，应满足：泵送高度在100～200m，选择砂率为38％；泵送高度在200～300m，选择砂率为39％；泵送高度在300～400m，选择砂率为40％。

下面列举根据不同的泵送高度针对混凝土配合比的具体设计方法，实施例1～实施例4的泵送高度满足100～200m，实施例5～实施例8的泵送高度满足200～300m，实施例9～实施例12的泵送高度满足200～300m；具体的相关要求和设计方法如下：

本发明全部实施例中所用碎石为5～20mm连续级配，紧密堆积密度为1530kg/m³，表观密度为2710kg/m³，空隙体积0.435m³，碎石的级配及表面积见表1。全部实施例中所用水洗机制砂的紧密堆积密度为1610kg/m³，表观密度为700kg/m³，细度模数3.0，石粉含量5.2％，MB值0.25。所用水泥的密度为3.10g/cm³，3d抗压强度30.4MPa，28d抗压强度54.6MPa；所用Ⅱ级粉煤灰的密度2.40g/cm³，45μm筛余10.1％，烧失量2.00％，需水量比97.0％，SO₃含量为0.24％，28d活性指数71％；所用I级粉煤灰的密度2.40g/cm³，45μm筛余3.5％，烧失量2.20％，需水量比93.0％，SO₃含量为0.31％，28d活性指数80％。所用S75矿渣粉的比表面积382m²/kg，密度2.90g/cm³，7d活性指数59％，28d活性指数78％，胶砂流动度比98％。

表1实施例所用石子的比表面积

实施例1：

某工程C60高强高性能超高层泵送混凝土要求泵送高度为197m，配合比设计过程步骤如下：

⑴确定水粉比：Vw/Vp＝0.90；

⑵计算1m³绝对体积石子表面积：

⑶计算单方混凝土石子用量：

m_g＝[1-V_c-(1-V_c)S_ih_m]·ρ_g

＝[1-0.435-(1-0.435)×198.7×1.40×10^-3]×2700

＝1105kg

⑷计算单方混凝土砂用量：

m_s＝1105×38％/(1-38％)＝677kg

⑸计算单方混凝土用水量：

⑹计算单方混凝土胶凝材料用量：

采用粉煤灰矿渣粉双掺，粉煤灰掺量占胶凝材料总质量15％，矿渣粉占胶凝材料总质量的15％，则胶凝材料密度按照自密实混凝土应用技术规程》JGJ 283进行计算，得：

⑺利用旋转粘度计确定外加剂掺量为1.6％；

⑻通过试配微调确定最终配合比。

实施例2～实施例12均按实施例1所述配合比设计方法进行设计，所得最终配合比参数见表2，混凝土工作性能指标见表3。

表2配合比参数(m^-3)

表3工作性指标

实施例1～12所配制C60超高层泵送混凝土按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 50081进行取样，测定28d强度值最小为68.8Mp，达强度设计等级的114.70％，最大强度值为75.4Mp，已达强度设计等级的126.70％，符合《混凝土强度检验评定标准》GB/T50107的规定。

实施例1～12所配制C60超高层泵送混凝土工作性能指标数据可明显看出，其坍落度均在250mm以上，扩展度大于600mm且倒置坍落度筒排空时间均小于5.5s，满足实际施工泵送要求。

在骨料裹浆厚度为0.6mm～2mm范围内，随着骨料裹浆厚度的增加，坍落度基本呈增加的趋势。即在裹浆厚度为0.6mm～2.0mm范围内，随着骨料裹浆厚度的增大，扩展度先明显升高；当骨料裹浆厚度较高超过2.0mm时，扩展度趋于稳定；裹浆厚度超过2.3mm，混凝土工作性能明显下降。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims

1.一种基于包裹粗骨料砂浆厚度的C60混凝土及其配合比设计方法，其特征在于：所述混凝土是由碎石、水洗机制砂、胶凝材料、高性能聚羧酸减水剂和水配制而成，单方混凝土各组分质量配比如下：碎石1075～1105kg，水洗机制砂677～717kg，胶凝材料517～537kg，水160～165kg，高性能聚羧酸减水剂掺量质量占比为凝胶材料总质量的1.6％～1.8％；

所述的基于包裹粗骨料砂浆厚度的C60混凝土配合比设计方法，包括以下步骤：

(1)确定水粉比：Vw/Vp＝0.90～0.95；

(2)计算1m³绝对体积石子表面积，计算方法为：

式中：S_i为1m³绝对体积石子表面积，单位m²；α为粗骨料粒型修正系数，取1.15；ρ_Lg为碎石的紧堆密度，单位kg/m³；R_i为各粒级别范围的中间值，单位m；ρ_g为碎石的表观密度，单位kg/m³ ；K_i为1m³绝对体积石子中各粒级颗粒的质量占比，％；

(3)计算单方混凝土石子用量，计算方法为：

m_g＝[1-V_c-(1-V_c)S_ih_m]·ρ_g

式中；m_g-单方混凝土石子用量，单位kg/m³；V_c-1m³紧密堆积碎石空隙体积，单位m³；h_m-包裹粗骨料砂浆膜厚度；

(4)计算单方混凝土砂用量，计算方法为：

式中：m_s—单方混凝土砂用量，kg/m³；S_p——砂率，％；

(5)计算单方混凝土用水量，计算方法为：

(6)计算单方混凝土胶凝材料用量，计算方法为：

式中：m_b—单方混凝土胶凝材料用量，单位kg/m³；ρ_b一胶凝材料表观密度，单位kg/m³；

ρ_b按照《自密实混凝土应用技术规程》JGJ 283计算，计算方法为：

其中，ρ_m为矿物掺合料的表观密度，单位kg/m³；ρ_c为水泥的表观密度，单位kg/m³；β为每立方米混凝土中矿物掺合料占胶凝材料的质量分数，％；

(7)利用旋转黏度计测定步骤(1)的水泥净浆流变参数，并通过调整外加剂掺量，满足净浆屈服强度满足0.7～1.0Pa，粘度满足20.00～30.00Pa·s，确定外加剂掺量；

(8)通过试配微调确定配合比参数。

2.根据权利要求1所述的基于包裹粗骨料砂浆厚度的C60混凝土及其配合比设计方法，其特征在于：所述胶凝材料包括水泥、粉煤灰和矿渣粉，所述粉煤灰掺量质量占比为胶凝材料总质量的10％～15％，矿渣粉掺量质量占比为胶凝材料总质量的10％～15％，其余为水泥。

3.根据权利要求2所述的基于包裹粗骨料砂浆厚度的C60混凝土及其配合比设计方法，其特征在于：所述碎石需满足5～20mm连续级配；所述水泥为P·052.5水泥；所述矿渣粉为S75级矿渣粉。

4.根据权利要求1所述的基于包裹粗骨料砂浆厚度的C60混凝土及其配合比设计方法，其特征在于：所述水洗机制砂采用石粉含量不大于8％、MB值不大于0.75、细度模数2.6～3.0的II区中砂。

5.根据权利要求2所述的基于包裹粗骨料砂浆厚度的C60混凝土及其配合比设计方法，其特征在于：所述粉煤灰应满足，当泵送高度小于300m时，采用II级粉煤灰掺合，当泵送高度为300m以上时，采用I级粉煤灰掺合。

6.根据权利要求1所述的基于包裹粗骨料砂浆厚度的C60混凝土及其配合比设计方法，其特征在于：步骤(3)中所述包裹粗骨料砂浆膜厚度，应满足：泵送高度在100～200m，选择包裹粗骨料砂浆膜厚度为1.40×10^-3m；泵送高度在200～300m，选择包裹粗骨料砂浆膜厚度为1.45×10m^-3；泵送高度在300～400m，选择包裹粗骨料砂浆膜厚度为1.50×10m^-3。

7.根据权利要求1所述的基于包裹粗骨料砂浆厚度的C60混凝土及其配合比设计方法，其特征在于：步骤(4)所述砂率，应满足：泵送高度在100～200m，选择砂率为38％；泵送高度在200～300m，选择砂率为39％；泵送高度在300～400m，选择砂率为40％。