CN109711634B - 一种基于目标透水系数的再生透水砖配合比设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于目标透水系数的再生透水砖配合比设计方法，充分考虑透水砖的骨架模型，以再生骨料搭建骨架，由目标孔隙、水、粉煤灰、水泥填充骨料空隙，同时通过调整减水剂掺量来保证不同孔隙率下浆体的工作性能。本方法可根据不同的透水系数要求确定再生透水砖配合比，设计思路清晰明确，操作简便，更符合实际工程应用。同时，配合比采用粒径为4.75～9.5mm的再生骨料，既能保证透水性和强度要求，又拓宽了再生骨料的利用面且原料易得，成本低廉。本发明还将水泥、水及粉煤灰作为胶凝材料主体，充分考虑了水泥与粉煤灰在密度上存在的差异，使得根据目标透水系数能更加精确得到再生透水砖的透水系数。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于目标透水系数的再生透水砖配合比设计方法，属于混凝土配合比设计领域。
背景技术
随着“海绵城市”概念的提出，将透水砖应用于市政工程领域逐渐受到人们的重视。透水砖具有较好的透水性能又有普通路面砖的强度，既能满足使用要求又能大大降低城市“看海”和“热岛效应”现象，雨水从透水砖表层渗透到土壤里，可以在减轻城市排水系统负荷的同时补充地下水。在此基础上，采用再生骨料制备的再生透水砖合理地将废物利用和保护环境的理念相结合，既节约了供应日益紧缺的砂石资源，又消化吸纳了大量建筑废弃物。解决了对废弃物的回收问题以及部分废弃物带来的环境污染。
透水砖的原材料各有不同，中国发明专利CN107488014A中公开了一种变质大理岩粉混凝土透水砖，专利CN107445534A公开了一种石英砂透水砖，专利CN107471667A公开了一种高分子复合材料透水砖等。在透水砖的性能上，同样有所侧重，中国发明专利CN107473664A公开了一种新型耐腐蚀透水砖，专利CN107399936A公开了一种用于水质净化的污泥生物炭透水砖等。在透水砖设计方法上，王彦等提出了一种基于骨架原则的再生骨料多孔混凝土配合比设计方法，按照骨架－空隙结构设计再生粗骨料级配；依据再生骨料多孔混凝土设计的目标空隙率，采用体积法计算单位水泥用量、用水量、再生骨料用量。但是该方法没有考虑掺合料及外加剂的应用，缺乏相应的实用性。郑木莲等人依据泰波公式及国外经验,设计出四种多孔混凝土的集料级配,并提出以有效粒径和均匀系数作为描述集料级配的有效指标。考察水泥用量、水灰比及集料级配三个因素,各因素取四个水平,进行正交试验设计,并在此基础上,提出多孔混凝土配合比设计的经验公式法。目前，国内的多孔混凝土配合比设计大多参照普通混凝土的配合比设计方法，即以强度为主要指标确定配合比参数和计算材料用量的方法。但是该计算方法受到孔隙率、粗骨料粒径和级配、振捣成型方法等多种因素的影响，使得配合比设计过程较为复杂，难以在强度和透水性上进行合理平衡。而以目标孔隙率作为主要控制指标可使多孔混凝土配合比设计的依据更为清晰、明确，配合比设计的过程也较为简便、实用，同时可有效对多孔混凝土的综合性能进行协调和控制。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于目标透水系数的再生透水砖配合比设计方法，考虑到配合比设计中常有矿物掺合料如粉煤灰加入，且该部分掺合料的用量在胶凝材料中占有一定比重，并且密度和水泥密度有一定差距，应当区别考虑。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于目标透水系数的再生透水砖配合比设计方法，包括如下步骤：
1.将再生骨料放入风干室自然风干3～4天后取出并作筛分处理。
2.对步骤1中的再生骨料测定堆积密度及表观密度，确定再生骨料空隙率。
3.给定再生透水砖的目标透水系数Kτ。
4.确定再生透水砖保有的孔隙率P
5.骨料孔隙扣除保有的孔隙体积，得到浆体所要填充的体积。
6.按设计要求的再生透水砖性能要求，根据混凝土的配比选取合适的胶凝材料和水灰比。
7.选择减水剂掺量。
8.以一立方米混凝土为准，计算浆体中水泥、粉煤灰及水的质量。
9.通过上述步骤，计算得到初步的再生透水砖计算配合比。
10.进行混凝土试配，根据混凝土工作性能，确定合适的减水剂掺量。
11.选择满足工作性能和经济要求的配合比作为最优配合比。
上述技术方案中，进一步的，步骤1中所述的再生骨料需人工筛除大于9.5mm粒径，小于4.75mm粒径的骨料。
进一步的，步骤2中
进一步的，步骤6水灰比取0.28～0.32较优。
进一步的，步骤7中所述减水剂为HSC聚羧酸高性能减水剂，减水率为30％。
进一步的，步骤8中所述各配比的质量分布，应按如下方法计算：
(1)设定水泥用量mc
(2)则粉煤灰用量为mf＝mc×f％
(3)胶凝材料用量
(4)又有胶凝材料m0＝mf+mc+mw；
(5)用水量mw＝mc×W
(6)减水剂掺量ma＝mc×A％
(7)由体积法确定再生骨料的用量：
其中ρc为水泥密度、ρa为减水剂密度、ρf为减水剂密度、ρg为骨料密度；ρw为水的密度。
进一步的，步骤11中混凝土的工作性能应使调整减水剂掺量使得各配比的流动性保持一致。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
1、本发明的配合比设计方法认为透水砖由再生骨料搭建骨架，由目标孔隙、水、粉煤灰、水泥填充骨料空隙，同时通过调整减水剂掺量来保证不同孔隙率下浆体的工作性能。设计依据清晰明确，操作简便，同时更符合实际工程应用。
2、本发明的配合比采用粒径为4.75～9.5mm的再生骨料，既能保证透水性和强度要求，又拓宽了再生骨料的利用面且原料易得，成本低廉。
3、本设计可根据不同的透水系数要求确定再生透水砖配合比，并且在配合比设计上充分考虑了水泥与粉煤灰在密度上存在的差异，使得根据目标透水系数能更加精确得到再生透水砖的透水系数。
具体实施方式
准备原材料：
水泥：42.5级的普通硅酸盐水泥，密度为3100kg/m3；
粉煤灰：二级粉煤灰，密度为2400kg/m3；
减水剂：HSC聚羧酸高性能减水剂，减水率30％，比重1.07，固含量40％；
再生骨料：破碎粒径是5～9.5mm，堆积密度1362kg/m3、表观密度2485kg/m3、空隙率45.2％；
选取3种不同目标透水系数的再生透水砖，水灰比通过试拌确定为0.28，粉煤灰掺量设定为10％，制备过程通过调整减水剂用量控制各组流动性相同。
现以0.01的目标透水系数为例，给出各组分配比的计算方法。
S1：计算再生骨料空隙率为45.2％；
S2：确定水灰比W为0.28，目标透水系数为0.01；
计算目标孔隙率为14.06％
S3：设定水泥用量mc；
S4:设定粉煤灰掺量比值为10％,则粉煤灰用量为0.1mc；
S5:胶凝材料用量m0为
S6:水泥用量mc：483.36kg/m3；
S7:粉煤灰用量mf为48.34kg/m3；
S8:用水量为186.77kg/m3；
S9:减水剂用量为ma为3.87kg/m3；
S10:再生骨料用量为1689.10kg/m3；
其他两组配比见下表：
不同目标透水系数试验组配合比
不同目标透水系数试验组性能测试结果
本发明方法从目标透水系数出发，综合考虑粉煤灰、与水泥的密度区别，通过设计计算获得配合比，获得的实际透水系数非常接近目标透水系数。该方法相对于现有方法而言，可根据不同的透水系数要求确定再生透水砖配合比，可以直接获得设计所需的透水系数，设计思路清晰明确，操作简便，可控性更佳，更利于实际应用。对于透水性而言，当目标透水系数大于等于0.01时，透水系数和强度均可满足JCT945-2005透水砖行业标准的B级。
以上所述，仅为本发明专利实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于目标透水系数的再生透水砖配合比设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将再生骨料放入风干室自然风干3～4天后取出并作筛分处理；
(2)对步骤(1)处理后的再生骨料测定堆积密度及表观密度，确定再生骨料空隙率V；
(3)给定再生透水砖的目标透水系数Kτ；
(4)按下述公式根据目标透水系数Kτ确定再生透水砖的目标孔隙率P
(5)对于体积已知的透水砖根据步骤(2)获得的骨料空隙率计算得到骨料空隙体积，根据步骤(4)获得的目标孔隙率计算得到目标孔隙体积，骨料空隙体积扣除目标孔隙体积，得到浆体所要填充的体积；
(6)根据混凝土的配比选取胶凝材料和水灰比；按照经验给定水灰比W、粉煤灰掺量比f％及减水剂掺量比A％；
(7)以一立方米混凝土为准，设定水泥用量mc
(8)则粉煤灰用量为mf＝mc×f％
(9)胶凝材料用量
(10)且胶凝材料用量m0＝mf+mc+mw；
(11)用水量mw＝mc×W
(12)减水剂掺量ma＝mc×A％
(13)由体积法确定再生骨料的用量：
其中ρc为水泥密度、ρa为减水剂密度、ρf为减水剂密度、ρg为骨料密度；ρw为水的密度；
(14)通过上述步骤，计算得到初步的再生透水砖计算配合比；进行混凝土试配，根据混凝土工作性能，确定合适的减水剂掺量；
(15)选出最优配合比。
2.根据权利要求1所述的一种基于目标透水系数的再生透水砖配合比设计方法，其特征在于：步骤(1)中所述的筛分处理是指人工筛除大于9.5mm粒径，小于4.75mm粒径的骨料。
3.根据权利要求1所述的一种基于目标透水系数的再生透水砖配合比设计方法，其特征在于：步骤(2)中
4.根据权利要求1所述的一种基于目标透水系数的再生透水砖配合比设计方法，其特征在于：步骤(6)中水灰比取0.28～0.32。
5.根据权利要求1所述的一种基于目标透水系数的再生透水砖配合比设计方法，其特征在于：步骤(12)中所述的减水剂为HSC聚羧酸高性能减水剂，减水率为30％。
6.根据权利要求1所述的一种基于目标透水系数的再生透水砖配合比设计方法，其特征在于：采用该方法通过改变目标透水系数Kτ值，计算不同Kτ值下的一系列再生透水砖配合比。
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