CN111187035A - 一种机制砂泵送混凝土配合比设计方法 - Google Patents

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CN111187035A CN201811351050.9A CN201811351050A CN111187035A CN 111187035 A CN111187035 A CN 111187035A CN 201811351050 A CN201811351050 A CN 201811351050A CN 111187035 A CN111187035 A CN 111187035A
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张述雄
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Abstract

本发明公开了一种机制砂泵送混凝土配合比设计方法，属于建筑材料设计与制备技术领域，该方法根据超填充的思想和混凝土全级配的概念，提出了净浆的富浆系数K1和砂浆的富浆系数K2。通过基本理论计算及大量试验验证，提出了一种机制砂泵送混凝土的配合比设计方法。新型配合比设计方法中，各组分质量是关于去除石粉机制砂的空隙率、石子空隙率、净浆富浆系数、砂浆富浆系数、石粉含量、水灰比等因素的函数，从设计方面解决了现有机制砂混凝土配合比设计方法因忽略集料自身物理特性而出现的集料组成设计不合理的问题，为机制砂混凝土的配合比设计提供了一种新方法。

Description

一种机制砂泵送混凝土配合比设计方法
技术领域
本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种基于超填充理论的机制砂泵送混凝土的配合比设计方法。
技术背景
随着基本建设的日益发展，混凝土用砂需求量急增。天然砂是一种地方性资源，而且分布很不均匀，短时间内不可再生，也不适宜长距离运输。目前，不少地区的天然砂资源已近枯竭，还有很多地方已经开始禁采或限采天然砂，这样工程用砂供需矛盾日益突出，导致砂的价格越来越高，某些地区甚至无天然砂可用，影响了工程建设的进展。所以机制砂在工程中的地位越来越重要，随着混凝土技术的发展，机制砂将成为建设用砂的重要来源。机制砂是指经机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩的颗粒，其质量主要取决于母岩的物理性能、加工工艺和机械设备等因素。目前，由于原材料与生产工艺等因素的制约，机制砂在粒形、级配与0.075mm以下颗粒含量等方面与天然砂存在显著的差异，通常表现为粒形不规则、棱角性突出、粒径较大、级配不完整及石粉含量高等特点，因此也导致了机制砂混凝土与天然砂制作的混凝土在各项性能方面存在巨大差异。
混凝土配合比设计是配制混凝土时涉及到的最基本也是最关键的问题。它是根据原材料的种类和性质，确定各组分的用量，使配制的混凝土既具有一定的经济性，又能满足结构设计要求的各项性能。通常混凝土配合比设计方法有假定容重法、绝对体积法及基于密实堆积理论建立的密实骨架法。这些混凝土配合比设计方法对于集料组成设计都是基于填充理论而建立的，但混凝土体系的密实性不仅与相应的填充理论有关，也很大程度的取决于集料自身的物理特性，如颗粒外观形状、级配组成、粉体含量等。因此，采用现有混凝土配合比设计方法进行机制砂混凝土的配合比设计时，由于机制砂外形质量差、石粉含量高等因素，并不能得到合理的集料组成，从而导致混凝土主要出现工作性能差，在浇筑施工过程中容易出现质量事故问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有机制砂混凝土配合比设计方法因忽略集料自身物理特性而出现的集料组成设计不合理的问题，并提出一种基于超填充理论的机制砂泵送混凝土配合比设计方法。利用该设计方法制作的混凝土工作性能良好，同时也兼顾了体积稳定性、力学性能及耐久性能。
(1)确定水灰比
首先根据混凝土设计强度等级确定混凝土配制强度：fcu，o≥fcu，k+1.645σ
式中：fcu，o-混凝土配制强度，MPa；fcu，k-混凝土抗压强度标准值，MPa；σ-混凝土强度标准差，MPa；然后根据鲍罗米公式计算水灰比：
Figure BSA0000173985650000021
式中：αa，αb为回归系数；fce-水泥28天抗压强度实测值，MPa.
(2)其它配合比参数的确定
混凝土体系的净浆量：VC+VW+rVS；混凝土体系的砂浆量：VC+VW+VS.
则：
VC+VW+rVS＝P1K1VOS (2-1)； VC+VW+VS＝P2K2VOG (2-2)；
Figure BSA0000173985650000022
VG＝(1-P2)VOG (2-4)；
VC+VW+VS+VG＝1000 (2-5)
式中：P1-去除石粉的机制砂的松堆空隙率；P2-碎石的松堆空隙率；r-机制砂的石粉含量；K1-净浆富浆系数；K2-砂浆富浆系数；
VC，VW，VS，VG-每立方米混凝土中水泥、水、砂、石的体积用量；
VOS，VOG-每立方米混凝土中砂、碎石的松堆体积。
(2.1)石子用量确定
在单位体积混凝土中按捣实体积计的粗骨料最佳用量，取决于粗骨料的最大粒径和细骨料的细度模数，而与粗骨料的形状无关。这表明在原材料与坍落度一定的情况下，各种强度等级的混凝土，尽管水灰比和水泥用量的变化幅度很大，但只要粗骨料的最大粒径、级配和细骨料的细度模数保持不变，则单位体积混凝土中粗骨料用量基本不变。
Figure BSA0000173985650000023
(2.2)水泥用量确定
Figure BSA0000173985650000024
(2.3)用水量的确定
Figure BSA0000173985650000025
(2.4)砂用量确定
Figure BSA0000173985650000031
式中：mC，W，mS，mG-每立方米混凝土中水泥、水、砂、石的用量；
ρc，ρs，ρG，ρw-水泥、砂、石、水的表观密度。
(3)富浆系数K1，K2的确定
当集料最大粒径25mm，水泥为P.O 42.5时，通过计算与试拌富浆系数分别为：
K1＝1.3～1.5， K2＝0.125+M/2-5r/2
其中，M为除去石粉机制砂细度模数，r为机制砂石粉含量。
通过计算得到各材料用量的公式依赖于参数P1、P2、K1、K2、r、W/C，可知混凝土的配合比是关于去除石粉机制砂的空隙率、碎石空隙率、净浆富余系数、砂浆富余系数、石粉含量、水灰比等因素的函数。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
实施例：
以中高强机制砂水泥混凝土为例，坍落度要求12-18cm，28天抗压强度46MPa。当集料最大粒径25mm，水泥为P.O 42.5时，通过计算与试拌发现基本参数K1＝1.3～1.5，K2＝0.125+M/2-5r/2(M为除去石粉机制砂细度模数，r为机制砂石粉含量)时混凝土的工作性和强度值能够满足C40泵送机制砂水泥混凝土的基本要求。
已知碎石松堆空隙率44％；除去石粉的机制砂松堆空隙率43％；调整细度模数在2.8～3.2之间，石粉含量在5％-9％之间，确定水灰比0.42，K1＝1.45。计算得配合比：
表1 基于K1、K2的配合比计算
Figure BSA0000173985650000041
外加剂掺量为粉体(水泥+石粉)材料质量的0.4％。

Claims (6)

1.一种机制砂泵送混凝土配合比设计方法，其特征在于，该设计方法是基于混凝土体系的超填充理念并结合机制砂自身物理特性，得到的关于去除石粉机制砂的空隙率、石子空隙率、净浆富浆系数、砂浆富浆系数、石粉含量、水灰比等因素的函数，提出了混凝土中各组分用量新的计算方法。具体在配合比设计方法中，假设P1为去除石粉的机制砂的松堆空隙率；P2为碎石的松堆空隙率；M为机制砂的细度模数；r为机制砂的石粉含量；K1为净浆的富浆系数；K2为砂浆的富浆系数。
2.如权利要求书1所述的机制砂泵送混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述混凝土中石子的最大粒径为25mm，将石子质量掺量设为mG，石子的表观密度设为ρG，石子用量可按下式计算。
Figure FSA0000173985640000011
。
3.如权利要求书1所述的机制砂泵送混凝土配合比设计方法，其特征在于，在具体配合比设计方法中，将水泥掺量设为mc，水泥的表观密度设为ρc，水泥用量可按下式计算。
Figure FSA0000173985640000012
其中水灰比W/C按鲍罗米公式确定。
4.如权利要求书1所述的机制砂泵送混凝土配合比设计方法，其特征在于，在具体配合比设计方法中，将用水量设为W，水的密度设为ρw的密度，则用水量可按下式计算。
Figure FSA0000173985640000013
。
5.如权利要求书1所述的机制砂泵送混凝土配合比设计方法，其特征在于，在具体配合比设计方法中，将砂用量设为ms，砂的表观密度设为ρs的密度，则砂用量可按下式计算。
Figure FSA0000173985640000014
。
6.如权利要求书1所述的机制砂泵送混凝土配合比，其特征在于，在具体配合比设计方法中，当集料最大粒径25mm，水泥为P.O 42.5时，净浆的富浆系数K1＝1.3～1.5，砂浆的富浆系数K2＝0.125+M/2-5r/2。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112851222A (zh) * 2021-02-24 2021-05-28 中铁六局集团有限公司 一种基于建立最优流动体系的机制砂自密实混凝土配合比设计方法
CN117634705A (zh) * 2023-12-13 2024-03-01 中交第二航务工程局有限公司 一种基于大数据的新拌混凝土工作性能预测方法

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