CN110981333B - Lc50～lc80轻质高强硅酸盐陶粒混凝土配合比的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LC50~LC80轻质高强硅酸盐陶粒混凝土配合比的设计方法，属于混凝土配制技术领域。本发明以绝对体积分数线性法确定硅酸盐陶粒混凝土每立方米各组成部分绝对体积分数：复合胶凝材料绝对体积分数V_{复合胶凝材料}、壳层硅酸盐陶粒绝对体积分数V_陶粒、水绝对体积分数V_水和河砂绝对体积分数V_河砂。其中V_{复合胶凝材料}由V_水泥、V_硅灰、V_粉煤灰和V_矿渣组成。本发明是一种简单、实用、有效、准确的硅酸盐陶粒混凝土配合比的设计方法，对促进硅酸盐混凝土在高层建筑和大跨度桥梁中的应用具有重要的理论意义和实用价值。

Description

LC50～LC80轻质高强硅酸盐陶粒混凝土配合比的设计方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土技术领域，具体是一种LC50～LC80轻质高强硅酸盐陶粒混凝土配合比的设计方法。

背景技术

在国标《轻骨料混凝土技术规程》(JGJ51-2002)中，提出采用绝对体积法配制砂轻混凝土(粗骨料为陶粒、细骨料为河砂的混凝土)。绝对体积法是按照每立方米轻集料混凝土绝对体积等于各组分材料(一般为水泥、河砂、陶粒、水)绝对体积之和来进行计算，即1＝V_水泥+V_水+V_河砂+V_陶粒(其中，V_水泥为水泥的绝对体积，V_水为拌合水的绝对体积，V_河砂为河砂的绝对体积，V_陶粒为陶粒的绝对体积)。绝对体积法概念清楚，计算方便，混凝土强度离散性小，因此在实际工程中配制砂轻混凝土时此种方法得到了广泛的应用。但此种方法配置胶凝材料为混合胶凝材料(如水泥、粉煤灰、硅灰和矿渣等)的高强砂轻混凝土时，混凝土最终的绝对体积之和却与1m³有较大差异，从而使得混凝土强度离散性大，施工质量无法精准控制。产生这种现象的主要原因就是粉煤灰、硅灰和矿渣通常是等质量而非等体积取代水泥。在胶凝材料密度各不相同的情况下，硅灰、粉煤灰、矿渣的体积分数(V_粉煤灰、V_硅灰、V_矿渣)、被取代后剩余的水泥体积分数(V_水泥*)之和与未被取代之前水泥的体积分数(V_水泥)有差异，即V_水泥≠V_粉煤灰+V_硅灰+V_矿渣+V_水泥*，这也使得1≠V_水泥+V_水+V_河砂+V_陶粒＝V_粉煤灰+V_硅灰+V_矿渣+V_水泥*+V_水+V_河砂+V_陶粒，因此，对所采用的原材料用量准确度无法精准控制，也就造成了混凝土强度离散性大，混凝土施工质量难以保证。尤其是，蒸压硅酸盐陶粒是一种新的轻粗骨料，采用现有的配合比设计方法对蒸压硅酸盐陶粒混凝土性能更难以控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LC50～LC80轻质高强硅酸盐陶粒混凝土配合比的设计方法。

为实现上述目的，一种LC50～LC80轻质高强硅酸盐陶粒混凝土配合比的设计方法，每立方米硅酸盐陶粒混凝土由复合胶凝材料、水、河砂和蒸压硅酸盐陶粒(简称陶粒)组成，减水剂以外加剂加入，其用量按复合胶凝材料用量的0.2～0.5％取值，其中，复合胶凝材料由水泥、硅灰、粉煤灰和矿渣组成，采用绝对体积分数线性法，步骤如下：

1)以绝对体积分数计，V_陶粒+V_{复合胶凝材料}+V_河砂+V_水＝1，其中，V_{复合胶凝材料}＝V_水泥+V_硅灰+V_粉煤灰+V_矿渣；

2)确定硅酸盐陶粒混凝土的试配强度

设计强度LC50时，其试配强度计算公式如(1)所示：

P＝1.19P₀ (1)

设计强度LC60～LC80时,其试配强度计算公式如(2)所示：

P＝1.15P₀ (2)

其中，P、P₀分别为硅酸盐陶粒混凝土的试配强度和设计强度，单位均为MPa；

3)根据硅酸盐陶粒混凝土的试配强度，确定V_{复合胶凝材料}，其计算公式如(3)所示：

V_{复合胶凝材料}＝0.0008P+0.0881 (3)

4)确定复合胶凝材料各组成绝对体积分数V_水泥、V_硅灰、V_粉煤灰、V_矿渣，其中，

5)根据硅酸盐陶粒混凝土的试配强度，确定水的绝对体积分数V_水，计算公式如(8)所示:

V_水＝-0.0008P +0.1898 (8)

6)确定硅酸盐陶粒混凝土的砂率S，计算公式如(9)所示：

当硅酸盐陶粒混凝土作为预制混凝土使用时，砂率S控制在0.3-0.4内，当硅酸盐陶粒混凝土作为现浇混凝土使用时，砂率S控制在0.35-0.45内；

7)根据砂率S，确定河砂的绝对体积分数V_河砂，计算公式如(10)所示：

V_河砂＝S×(1-V_水-V_{复合胶凝材料}) (10)

8)确定陶粒的绝对体积分数V_陶粒，计算公式如(11)所示：

V_陶粒＝1-V_河砂- V_水-V_{复合胶凝材料} (11)

9)确定每立方米硅酸盐陶粒混凝土中各组分的质量m_i，计算公式如(12)所示：

m_i＝V_iρ_i (12)

式中，m_i的单位为kg，保留取整值；

ρ_i为各组分密度，单位kg/m³；

V_i为各组分绝对体积分数，单位m³；

i为每立方米硅酸盐陶粒混凝土各组分即水泥、水、河砂、陶粒、矿渣、硅灰、粉煤灰。

较佳的，所述水泥为普通硅酸盐水泥，水泥标号为PⅡ52.5级。

较佳的，所述硅灰中活性SiO₂含量大于90wt％。

较佳的，所述粉煤灰为国家一级粉煤灰。

较佳的，所述矿渣为300目筛余小于5％。

较佳的，所述陶粒为蒸压硅酸盐陶粒，粒径5～16mm,表观密度为1500～2000kg/m³，平均筒压强度不低于10MPa。

较佳的，所述河砂的细度模数M为2.4～2.8。

较佳的，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率≥30％。

与现有技术相比，本发明的优点是：

(1)本发明采用绝对体积分数线性法设计LC50～LC80轻质高强硅酸盐陶粒混凝土，为LC50～LC80轻质高强硅酸盐混凝土的制备提供配合比设计方法，为其在高层建筑、大跨度桥梁中的应用提供理论指导和实用价值。

(2)本发明所述硅酸盐陶粒采用水热合成蒸压工艺在180～200℃条件下制备，相对于烧结陶粒在1000～1200℃的烧结温度，具有节能减排的作用。

(3)本发明所述硅酸盐陶粒以固体废弃物为原料制备，可减少固体废弃物的堆积及对环境的污染。

(4)本发明所述硅酸盐陶粒呈圆形，由于其“滚珠效应”在较低水胶比条件下和较少减水剂条件下可满足混凝土流动性要求。

(5)本发明所述硅酸盐陶粒具备高强特性，可完全取代石子应用在高性能混凝土中。

(6)本发明提出采用绝对体积分数线性法配置轻质高强壳层硅酸盐陶粒混凝土，方法简单合理，误差小，各参量物理意义明确，不许考虑其他附加因素，操作简单，适用性强。

附图说明

图1为硅酸盐陶粒混凝土每立方米组成绝对体积分数示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例和附图对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

本实施例中，每立方米硅酸盐陶粒混凝土绝对体积分数由复合胶凝材料绝对体积分数(V_{复合胶凝材料})、硅酸盐陶粒绝对体积分数(V_陶粒)、水绝对体积分数(V_水)、河砂绝对体积分数(V_河砂)组成。选用原材料分别为水泥、水、矿渣、硅灰、粉煤灰、减水剂、硅酸盐陶粒和河砂。对于四组实施案例，统一选用水泥、矿渣、硅灰、粉煤灰、水和减水剂；根据所配制混凝土强度不同，陶粒选用会有所区别。选用材料具体特性如下：选用水泥为PⅡ52.5级普通硅酸盐水泥，密度3100kg/m³；粉煤灰为国家一级粉煤灰，密度2450kg/m³；硅灰中活性SiO₂含量93.9％，密度2230kg/m³；矿渣300目筛余3％，密度2870kg/m³；水为普通自来水，密度1000kg/m³；减水剂采用聚羧酸型高效减水剂，减水率>30％；河砂细度模数2.6，密度2600kg/m³。陶粒采用蒸压硅酸盐陶粒，粒径5～16mm，表观密度1500～2000kg/m³，筒压强度10～20MPa，根据所配制混凝土强度，具体选用不同密度和强度等级的陶粒。本发明所述的蒸压硅酸盐陶粒是以钙质材料和硅质材料为主要原材料，细河沙为骨料，在水热合成蒸压工艺下获得的轻集料。由于钙质原料和硅质原料较多，现以其中一种蒸压硅酸盐陶粒的制备为例进行说明。具体步骤如下：

第一步，混合料制备

将占生石灰5％～15wt％的水加入到石英尾泥，生石灰，铅锌尾矿砂中，搅拌2min～3min，混合均匀之后卸料，消化3h～4h；再经行星式轮碾搅拌机碾压搅拌3min～5min；加入水泥，搅拌3min～5min，得到干混合料；继续加入占干混合料总质量20％～30％的水，搅拌3min～5min，混合均匀即得混合料，其中，混合料中，铅锌尾矿砂含量为15wt％，粒径为0.03～0.63mm；水泥含量为10％，水泥标号PⅡ52.5级；石英尾泥和生石灰总量为75％，其钙硅比为0.3～0.8；

第二步，造粒成球

将混合料放入成球盘中成球，直至球核长大为5mm～16mm，以该球核作为内核，在内核上撒干粉制备壳层，其中，壳层占内核质量的4wt％，干粉由15wt％水泥和85wt％粉煤灰组成；

第三步，自然养护

将混合料球放置潮湿环境中堆放养护12h～48h；

第四步，水热合成

将自然养护之后的混合料球送入蒸压釜中，于1.0MPa饱和蒸汽压，180℃条件下，水热合成8h，然后自然冷却至室温，即可得到蒸压硅酸盐陶粒。

本发明所述的一种LC50～LC80轻质高强硅酸盐陶粒混凝土配合比的设计方法，每立方米硅酸盐陶粒混凝土由复合胶凝材料、水、河砂和蒸压硅酸盐陶粒(简称陶粒)组成，减水剂以外加的方式加入，其用量按复合胶凝材料用量的0.2～0.5wt％取值，其中，复合胶凝材料由水泥、硅灰、粉煤灰和矿渣组成，采用绝对体积分数线性法，步骤如下：

1)每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土绝对体积分数由复合胶凝材料绝对体积分数(V_{复合胶凝材料})、蒸压硅酸盐陶粒绝对体积分数(V_陶粒)、水绝对体积分数(V_水)、河砂绝对体积分数(V_河砂)组成，其组成示意图如图1所示，V_陶粒+V_{复合胶凝材料}+V_河砂+V_水＝1。其中，V_{复合胶凝材料}由V_水泥、V_硅灰、V_粉煤灰和V_矿渣组成，V_{复合胶凝材料}＝V_水泥+V_硅灰+V_粉煤灰+V_矿渣；

2)确定蒸压硅酸盐陶粒混凝土试配强度

设计强度LC50时，蒸压硅酸盐陶粒混凝土试配强度计算公式如(1)所示：

P＝1.19P₀ (1)

设计强度LC60～LC80,蒸压硅酸盐陶粒混凝土试配强度计算公式如(2)所示：

P＝1.15P₀ (2)

其中，P、P₀分别为蒸压硅酸盐陶粒混凝土试配强度、设计强度，单位均为MPa。

3)根据蒸压硅酸盐陶粒混凝土试配强度，确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土中复合胶凝材料绝对体积分数V_{复合胶凝材料}，其计算公式如(3)所示：

V_{复合胶凝材料}＝0.0008P+0.0881 (3)

由于，V_{复合胶凝材料}＝V_水泥+V_硅灰+V_粉煤灰+V_矿渣

V_水泥：V_硅灰：V_粉煤灰：V_矿渣＝1:0.070:0.063:0.054

4)确定复合胶凝材料各组分的绝对体积分数V_水泥、V_硅灰、V_粉煤灰、V_矿渣

5)根据蒸压硅酸盐陶粒混凝土试配强度，确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土中水的绝对体积分数V_水，计算公式如(8)所示:

V_水＝-0.0008P+0.1898 (8)

6)为保证蒸压硅酸盐陶粒混凝土拌合物的工作性，确定蒸压硅酸盐陶粒混凝土砂率S，计算公式如(9)所示：

当硅酸盐陶粒混凝土作为预制混凝土使用时，砂率S宜控制在0.3-0.4内，当硅酸盐陶粒混凝土作为现浇混凝土使用时，砂率S宜控制在0.35-0.45内；

7)根据砂率，确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土中河砂的绝对体积分数V_砂，计算公式如(10)所示：

V_河砂＝S×(1-V_水-V_{复合胶凝材料}) (10)

8)确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土中陶粒的绝对体积分数V_陶粒，计算公式如(11)所示：

V_陶粒＝1-V_河砂-V_水-V_{复合胶凝材料} (11)

9)确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土各组分的质量m_i，其单位为kg，保留取整值；

m_i＝V_iρ_i (12)

式中，ρ_i为混凝土各组分密度，单位kg/m³；其中，陶粒密度为表观密度；

V_i为混凝土各组分绝对体积分数，单位m³，保留小数点后三位；

I为混凝土各组分，即水泥、拌合水、砂、陶粒、矿渣、硅灰、粉煤灰。

每立方米混凝土各组成具体计算如下：

m_水泥＝V_水泥×ρ_水泥 (13)

m_硅灰＝V_硅灰×ρ_硅灰 (14)

m_粉煤灰＝V_粉煤灰×ρ_粉煤灰 (15)

m_矿渣＝V_矿渣×ρ_矿渣 (16)

m_水＝V_水×ρ_水 (17)

m_河砂＝V_河砂×ρ_砂 (18)

m_陶粒＝V_陶粒×ρ_陶粒 (19)

所述V_{复合胶凝材料}、V_水泥、V_硅灰、V_粉煤灰、V_矿渣、V_水、V_外加剂、V_砂均只保留到小数点后三位。

实施例1：

一种LC50轻质高强硅酸盐陶粒混凝土的配合比设计方法，其中LC50选用蒸压壳层陶粒表观密度为1600±100kg/m³，筒压强度大于10MPa，粒径5～16mm，步骤如下：

1)确定蒸压硅酸盐陶粒混凝土试配强度

P＝1.19×P＝1.19×50＝59.5MPa

2)根据蒸压硅酸盐陶粒混凝土试配强度，确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土复合胶凝材料绝对体积分数V_{复合胶凝材料}

V_{复合胶凝材料}＝0.0008P+0.0881＝0.008×59.5+0.0881＝0.135m³

式中，V_{复合胶凝材料}＝V_水泥+V_硅灰+V_粉煤灰+V_矿渣

V_水泥：V_硅灰：V_粉煤灰：V_矿渣＝1:0.070:0.063:0.054

3)确定复合胶凝材料各组分绝对体积分数V_水泥、V_硅灰、V_粉煤灰、V_矿渣

4)根据蒸压硅酸盐陶粒混凝土的试配强度，确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土水绝对体积分数V_水

V_水＝－0.0008P+0.1898＝－0.0008×59.5+0.1898＝0.142m³

5)确定蒸压硅酸盐陶粒混凝土砂率S

其中，V_砂+V_陶粒＝1-V_水-V_{复合胶凝材料}＝1-0.135-0.142＝0.723m³

6)根据砂率，确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土河砂绝对体积分数V_砂

V_河砂＝S×(1-V_水-V_{复合胶凝材料})＝0.36×0.723＝0.260m³

7)确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土陶粒绝对体积分数V_陶粒

V_陶粒＝1-V_河砂-V_水-V_{复合胶凝材料}＝1-0.260-0.135-0.142＝0.463m³

8)确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土各组分质量m_i，其单位为kg，保留取整值；

m_i＝V_iρ_i (12)

式中，ρ_i为混凝土各组分密度，单位kg/m³；其中，陶粒密度为表观密度；

V_i为混凝土各组分绝对体积分数，单位m³，保留小数点后三位；

i为混凝土各组分，即水泥、拌合水、砂、陶粒、矿渣、硅灰、粉煤灰

每立方米各组分具体质量如下：

m_水泥＝V_水泥×ρ_水泥＝3100×0.114＝354kg

m_硅灰＝V_硅灰×ρ_硅灰＝2230×0.008＝17kg

m_粉煤灰＝V_粉煤灰×ρ_粉煤灰＝2450×0.007＝17kg

m_矿渣＝V_矿渣×ρ_矿渣＝2870×0.006＝17kg

m_水＝V_水×ρ_水＝1000×0.142＝142kg

m_河砂＝V_河砂×ρ_砂＝2600×0.260＝676kg

m_陶粒＝V_陶粒×ρ_陶粒＝1600×0.463＝741kg

9)确定减水剂质量

m_减水剂＝(354+17×3)×0.3％＝1.2kg

LC50硅酸盐陶粒混凝土配合比设计如表1所示。

表1 LC50硅酸盐陶粒混凝土配合比设计(kg/m³)

原料	水泥	硅灰	粉煤灰	矿渣	河砂	陶粒	水	减水剂
									用量	354	17	17	17	676	741	142	1.2

按表1所配制新拌混凝土拌合物坍落度190mm,可满足泵送要求(泵送高度100m以上，坍落度要求>180mm)；按表2配制成型边长150mm立方体混凝土试块，标准养护28d抗压强度57MPa，表观密度ρ＝1822kg/m³。

实施例2：

一种LC60轻质高强硅酸盐陶粒混凝土的配合比设计方法，其中LC60混凝土选用壳层陶粒表观密度为1700±85kg/m³，筒压强度大于12MPa，粒径5～16mm，步骤如下：

1)确定蒸压硅酸盐陶粒混凝土的试配强度

P＝1.15×P＝1.15×60＝69MPa

2)根据蒸压硅酸盐陶粒混凝土的试配强度，确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土复合胶凝材料绝对体积分数V_{复合胶凝材料}

V_{复合胶凝材料}＝0.0008P+0.0881＝0.008×69+0.0881＝0.143m³

式中，V_{复合胶凝材料}＝V_水泥+V_硅灰+V_粉煤灰+V_矿渣

V_水泥：V_硅灰：V_粉煤灰：V_矿渣＝1:0.070:0.063:0.054

3)确定复合胶凝材料各分绝对体积分数V_水泥、V_硅灰、V_粉煤灰、V_矿渣

4)根据蒸压硅酸盐陶粒混凝土的试配强度，确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土水绝对体积分数V_水

V_水＝－0.0008P+0.1898＝－0.0008×69+0.1898＝0.135m³

5)确定蒸压硅酸盐陶粒混凝土砂率S

其中，V_砂+V_陶粒＝1-V_水-V_{复合胶凝材料}＝1-0.135-0.143＝0.722m³

6)根据砂率，确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土河砂绝对体积分数V_砂

V_河砂＝S×(1-V_水-V_{复合胶凝材料})＝0.37×0.722＝0.267m³

7)确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土陶粒绝对体积分数V_陶粒

V_陶粒＝1-V_河砂V_水-V_{复合胶凝材料}＝1-0.267-0.135-0.143＝0.455m³

8)确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土各组分的质量m_i，其单位为kg，保留取整值；

m_i＝V_iρ_i (12)

式中，ρ_i为混凝土各组分密度，单位kg/m³；其中，陶粒密度为表观密度；

V_i为混凝土各组分绝对体积分数，单位m³，保留小数点后三位；

i为混凝土各组分，即水泥、拌合水、砂、陶粒、矿渣、硅灰、粉煤灰。

每立方米各组分质量如下：

m_水泥＝V_水泥×ρ_水泥＝3100×0.121＝374kg

m_硅灰＝V_硅灰×ρ_硅灰＝2230×0.008＝19kg

m_粉煤灰＝V_粉煤灰×ρ_粉煤灰＝2450×0.008＝19kg

m_矿渣＝V_矿渣×ρ_矿渣＝2870×0.007＝19kg

m_水＝V_水×ρ_水＝1000×0.135＝135kg

m_河砂＝V_河砂×ρ_砂＝2600×0.267＝694kg

m_陶粒＝V_陶粒×ρ_陶粒＝1700×0.455＝774kg

9)确定减水剂质量

m_减水剂＝(374+19×3)×0.35％＝1.5kg

LC60硅酸盐陶粒混凝土配合比设计如表2所示。

表2 LC60硅酸盐陶粒混凝土配合比设计(kg/m³)

原料	水泥	硅灰	粉煤灰	矿渣	河砂	陶粒	水	减水剂
									用量	374	19	19	19	694	774	135	1.5

按表2所配制新拌混凝土拌合物坍落度200mm,可满足泵送要求(泵送高度100m以上，坍落度要求>180mm)；按表2配制边长150mm立方体混凝土试块，标准养护28d抗压强度69MPa，表观密度ρ＝1923kg/m³。

实施例3：

一种LC70轻质高强壳层硅酸盐陶粒混凝土的配合比设计方法，其中LC70混凝土选用壳层陶粒表观密度为1800±90kg/m³，筒压强度大于14MPa,粒径5～16mm，步骤如下：

1)确定蒸压硅酸盐陶粒混凝土试配强度

P＝1.15×P＝1.15×70＝80.5MPa

2)根据蒸压硅酸盐陶粒混凝土试配强度，确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土复合胶凝材料绝对体积分数V_{复合胶凝材料}

V_{复合胶凝材料}＝0.0008P+0.0881＝0.008×80.5+0.0881＝0.153m³

式中，V_{复合胶凝材料}＝V_水泥+V_硅灰+V_粉煤灰+V_矿渣

V_水泥：V_硅灰：V_粉煤灰：V_矿渣＝1:0.070:0.063:0.054

3)确定复合胶凝材料各组分绝对体积分数V_水泥、V_硅灰、V_粉煤灰、V_矿渣

4)根据蒸压硅酸盐陶粒混凝土试配强度，确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土水绝对体积分数V_水

V_水＝－0.0008P+0.1898＝－0.0008×80.5+0.1898＝0.125m³

5)确定蒸压硅酸盐陶粒混凝土砂率S

其中，V_砂+V_陶粒＝1-V_水-V_{复合胶凝材料}＝1-0.125-0.153＝0.722m³

6)根据砂率，确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土河砂绝对体积分数V_砂

V_河砂＝S×(1-V_水-V_{复合胶凝材料})＝0.39×0.722＝0.282m³

7)确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土陶粒绝对体积分数V_陶粒

V_陶粒＝1-V_河砂-V_水-V_{复合胶凝材料}＝1-0.282-0.125-0.153＝0.44m³

8)确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土各组分的质量m_i，其单位为kg，保留取整值；

m_i＝V_iρ_i (12)

式中，ρ_i为混凝土各组分密度，单位kg/m³；其中，陶粒密度为表观密度；

V_i为混凝土各组分绝对体积分数，单位m³，保留小数点后三位；

i为混凝土各组分，即水泥、拌合水、砂、陶粒、矿渣、硅灰、粉煤灰。

每立方米各组分具体质量如下：

m_水泥＝V_水泥×ρ_水泥＝3100×0.128＝398kg

m_硅灰＝V_硅灰×ρ_硅灰＝2230×0.009＝20kg

m_粉煤灰＝V_粉煤灰×ρ_粉煤灰＝2450×0.008＝20kg

m_矿渣＝V_矿渣×ρ_矿渣＝2870×0.007＝20kg

m_水＝V_水×ρ_水＝1000×0.125＝125kg

m_河砂＝V_河砂×ρ_砂＝2600×0.282＝733kg

m_陶粒＝V_陶粒×ρ_陶粒＝1800×0.440＝792kg

9)确定减水剂质量

m_减水剂＝(398+20×3)×0.35％＝1.6kg

LC70硅酸盐陶粒混凝土配合比设计如表3所示。

表3 LC70硅酸盐陶粒混凝土配合比设计(kg/m³)

原料	水泥	硅灰	粉煤灰	矿渣	河砂	陶粒	水	减水剂
									用量	398	20	20	20	733	792	125	1.6

按表3所配制新拌混凝土拌合物坍落度220mm,可满足泵送要求(泵送高度100m以上，坍落度要求>180mm)；按表3配制边长150mm立方体混凝土试块，标准养护28d抗压强度77MPa，表观密度ρ＝1988kg/m³。

实施例4：

一种LC80轻质高强硅酸盐陶粒混凝土的配合比设计方法，其中LC80选用蒸压陶粒表观密度为1900±95kg/m³，筒压强度大于16MPa，粒径5～16mm，步骤如下：

1)确定蒸压硅酸盐陶粒混凝土试配强度

P＝1.15×P＝1.15×80＝92MPa

2)根据蒸压硅酸盐陶粒混凝土试配强度，确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土复合胶凝材料绝对体积分数V_{复合胶凝材料}

V_{复合胶凝材料}＝0.0008P+0.0881＝0.008×80.5+0.0881＝0.162m³

式中，V_{复合胶凝材料}＝V_水泥+V_硅灰+V_粉煤灰+V_矿渣

V_水泥：V_硅灰：V_粉煤灰：V_矿渣＝1:0.070:0.063:0.054

3)确定复合胶凝材料各组分绝对体积分数V_水泥、V_硅灰、V_粉煤灰、V_矿渣

4)根据蒸压硅酸盐陶粒混凝土试配强度，确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土水绝对体积分数V_水

V_水＝－0.0008P+0.1898＝－0.0008×92+0.1898＝0.116m³

5)确定蒸压硅酸盐陶粒混凝土砂率S

其中，V_砂+V_陶粒＝1-V_水-V_{复合胶凝材料}＝1-0.116-0.162＝0.722m³

6)根据砂率，确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土河砂绝对体积分数V_砂

V_河砂＝S×(1-V_水-V_{复合胶凝材料})＝0.41×0.722＝0.296m³

7)确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土陶粒绝对体积分数V_陶粒

V_陶粒＝1-V_河砂-V_水-V_{复合胶凝材料}＝1-0.296-0.116-0.162＝0.426m³

8)确定每立方米蒸压硅酸盐陶粒混凝土各组分的质量m_i，其单位为kg，保留取整值；

m_i＝V_iρ_i (12)

式中，ρ_i为混凝土各组分密度，单位kg/m³；其中，陶粒密度为表观密度；

V_i为混凝土各组分绝对体积分数，单位m³，保留小数点后三位；

i为混凝土各组分，即水泥、拌合水、砂、陶粒、矿渣、硅灰、粉煤灰。

每立方米各组分具体质量如下：

m_水泥＝V_水泥×ρ_水泥＝3100×0.136＝423kg

m_硅灰＝V_硅灰×ρ_硅灰＝2230×0.010＝21kg

m_粉煤灰＝V_粉煤灰×ρ_粉煤灰＝2450×0.009＝21kg

m_矿渣＝V_矿渣×ρ_矿渣＝2870×0.007＝21kg

m_水＝V_水×ρ_水＝1000×0.116＝125kg

m_河砂＝V_河砂×ρ_砂＝2600×0.296＝770kg

m_陶粒＝V_陶粒×ρ_陶粒＝1900×0.426＝809kg

9)确定减水剂质量

m_减水剂＝(423+21×3)×0.4％＝1.9kg

LC80硅酸盐陶粒混凝土配合比设计如表4所示。

表4 LC80硅酸盐陶粒混凝土配合比设计(kg/m³)

原料	水泥	硅灰	粉煤灰	矿渣	河砂	陶粒	水	减水剂
									用量	423	21	21	21	770	809	116	1.9

按表4所配制新拌混凝土拌合物坍落度225mm,可满足泵送要求(泵送高度100m以上，坍落度要求>180mm)；按表4配制边长150mm立方体混凝土试块，标准养护28d抗压强度85.4MPa，表观密度ρ＝2010kg/m³。

Claims (8)

1.一种LC50～LC80轻质高强硅酸盐陶粒混凝土配合比的设计方法，其特征在于，每立方米硅酸盐陶粒混凝土由复合胶凝材料、水、河砂和蒸压硅酸盐陶粒组成，减水剂以外加剂加入，其用量按复合胶凝材料用量的0.2～0.5％取值，其中，复合胶凝材料由水泥、硅灰、粉煤灰和矿渣组成，采用绝对体积分数线性法，步骤如下：

1)以绝对体积分数计，V_陶粒+V_{复合胶凝材料}+V_河砂+V_水＝1，其中，V_{复合胶凝材料}＝V_水泥+V_硅灰+V_粉煤灰+V_矿渣；

2)确定硅酸盐陶粒混凝土的试配强度P

设计强度LC50时，其试配强度如式(1)所示：

P＝1.19P₀ (1)

设计强度LC60～LC80时,其试配强度如式(2)所示：

P＝1.15P₀ (2)

其中，P₀为硅酸盐陶粒混凝土的设计强度，单位均为MPa；

3)根据试配强度，确定V_{复合胶凝材料}，其计算公式如式(3)所示：

V_{复合胶凝材料}＝0.0008P+0.0881 (3)

4)确定V_水泥、V_硅灰、V_粉煤灰、V_矿渣，其中，

5)根据试配强度，确定水V_水，计算公式如式(8)所示:

V_水＝-0.0008P+0.1898 (8)

6)确定硅酸盐陶粒混凝土的砂率S，计算公式如式(9)所示：

当硅酸盐陶粒混凝土作为预制混凝土使用时，砂率S控制在0.3-0.4内，当硅酸盐陶粒混凝土作为现浇混凝土使用时，砂率S控制在0.35-0.45内；

7)根据砂率S，确定V_河砂，计算公式如式(10)所示：

V_河砂＝S×(1-V_水-V_{复合胶凝材料}) (10)

8)确定V_陶粒，计算公式如式(11)所示：

V_陶粒＝1-V_河砂-V_水-V_{复合胶凝材料} (11)

9)确定每立方米硅酸盐陶粒混凝土中各组分的质量m_i，计算公式如式(12)所示：

m_i＝V_iρ_i (12)

式中，m_i的单位为kg，保留取整值；

ρ_i为各组分密度，单位kg/m³；

V_i为各组分绝对体积分数，单位为m³；

i为每立方米硅酸盐陶粒混凝土各组分。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，水泥为普通硅酸盐水泥，水泥标号为PⅡ52.5级。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，硅灰中活性SiO₂含量大于90wt％。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，粉煤灰为国家一级粉煤灰。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，矿渣为300目筛余小于5％。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，陶粒为蒸压硅酸盐陶粒，粒径5～16mm,表观密度为1500～2000kg/m³，平均筒压强度不低于10MPa。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，河砂的细度模数M为2.4～2.8。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率≥30％。

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