CN111548100B - 一种基于温度反馈的大体积高强混凝土配合比及设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，公开了一种基于温度反馈的大体积高强混凝土配合比及设计方法，包括：确定混凝土的初选配合比，对初选混凝土配合比试样进行绝热温升试验，测得初选混凝土配合比试样的绝热温升值；当绝热温升值满足预设条件时，记录初选合格混凝土配合比试样进行绝热温升试验时的温度变化曲线；根据初选配合比制作混凝土试件；按温度变化曲线的温度值对混凝土试件进行养护，并分别测试混凝土试件在不同时段的混凝土强度；根据混凝土强度，调整初选合格混凝土配合比试样的配合比。本配合比设计方法，采用温度反馈技术，增加矿物掺合料用量，削减混凝土温峰、减少温度裂缝；采用匹配养护技术，保障实体结构混凝土强度。

Description

一种基于温度反馈的大体积高强混凝土配合比及设计方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种基于温度反馈的大体积高强混凝土配合比及设计方法。
背景技术
我国公共交通事业快速发展，规模庞大，线路密集，公路和铁路网之间难免出现交叉，后建的高速公路往往采用“转体”、“悬浇”等方式跨越现有路网。此类结构重量大，单墩支撑，这就要求基础及0#块混凝土强度等级较高、单次浇筑量大。
大体积混凝土易产生有害的、贯穿性的温度裂缝，影响结构物使用性能和耐久性能，最常用技术手段常是采用高掺合料用量降低水化热。但针对大体积高强混凝土，大量掺合料的使用，在标准养护条件下，其28d的混凝土强度不满足要求，而实体结构由于混凝土水化放热，处于较高温度环境，强度发展迅速，取芯结果强度很高。
因此，亟需提出一种大体积高强混凝土配合比设计方法，使其既满足实体结构混凝土的强度、刚度、整体性、耐久性，又能较好的控制混凝土水化放热温峰和水化放热速率，降低温度应力和收缩而产生的裂缝。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于温度反馈的大体积高强混凝土配合比及设计方法，采用温度反馈技术，增加了矿物掺合料用量，削减了混凝土温峰、减少了温度裂缝；采用匹配养护技术，保障实体结构混凝土强度及其他指标。
本发明提供的技术方案如下：
一种基于温度反馈的大体积高强混凝土配合比设计方法，包括：
确定混凝土的初选配合比，对初选混凝土配合比试样进行绝热温升试验，测得所述初选混凝土配合比试样的绝热温升值；
当所述绝热温升值满足预设条件时，所述初选混凝土配合比试样即为初选合格混凝土配合比试样，记录所述初选合格混凝土配合比试样进行绝热温升试验时的温度变化曲线；
当所述绝热温升值不满足预设条件时，调整所述初选混凝土配合比试样的配合比，直至所述绝热温升值满足预设条件时，得到初选合格混凝土配合比试样，记录所述初选合格混凝土配合比试样进行绝热温升试验时的温度变化曲线；
用所述初选合格混凝土配合比试样制作混凝土试件，按所述温度变化曲线的温度值对所述混凝土试件进行养护，并分别测试所述混凝土试件在不同时段的混凝土强度；
根据所述混凝土强度，调整所述初选合格混凝土配合比试样的配合比，直至各指标合格。
进一步优选地，当所述绝热温升值小于50℃时，所述绝热温升值满足预设条件时；
当所述绝热温升值大于50℃时，所述绝热温升值不满足预设条件。
进一步优选地，所述用所述初选合格混凝土配合比试样制作混凝土试件，按所述温度变化曲线的温度值对所述混凝土试件进行养护，并分别测试所述混凝土试件在不同时段的混凝土强度具体包括：
用所述初选合格混凝土配合比试样制作混凝土试件，按所述温度变化曲线的温度值对所述混凝土试件进行匹配养护，并分别测试所述混凝土试件放入匹配养护箱后3d、5d、7d、28d的混凝土强度。
进一步优选地，所述用所述初选合格混凝土配合比试样制作混凝土试件，按所述温度变化曲线的温度值对所述混凝土试件进行养护，并分别测试所述混凝土试件在不同时段的混凝土强度还包括：
将所述混凝土试件进行标准养护，并分别测试所述混凝土试件放入标准养护室后3d、7d、28d、90d的混凝土强度。
进一步优选地，所述根据所述混凝土强度，调整所述初选合格混凝土配合比试样的配合比具体包括：
根据所述混凝土试件放入匹配养护箱后7d测得的混凝土强度，调整所述初选合格混凝土配合比试样的配合比。
进一步优选地，调整所述初选混凝土配合比的方法为：改变水泥品种、或者降低胶凝材料总量、或者保持所述凝胶材料的总量不变，减少所述凝胶材料中水泥的用量；
调整所述初选合格混凝土配合比的方法为：降低用水量、或者改变胶凝材料总量、或者提高外加剂掺量、调整混凝土浆骨比、调整混凝土砂率、改变骨料。
本发明提供的另一技术方案如下：
一种大体积高强度混凝土配合比，使用上述中任意一项所述的基于温度反馈的大体积高强混凝土配合比设计方法得到，所述配合比为：
凝胶材料460-500kg/m3，砂650-850kg/m3，碎石1050-1200kg/m3，水155-165kg/m3，减水剂占所述胶凝材料的总量1％-3％；
其中，所述凝胶材料包括水泥、粉煤灰、矿渣粉，水泥230-360kg/m3，粉煤灰50-120kg/m3，矿渣粉50-150kg/m3。
进一步优选地，所述水泥为PI52.5或PO52.5；
所述粉煤灰为I级粉煤灰；
所述矿渣粉为S95级粒化高炉矿渣粉；
所述碎石是石灰岩，且所述碎石为公称最大粒径20mm的连续级配碎石，针片状含量小于5％，含泥量小于0.5％。
进一步优选地，所述减水剂为液态聚羧酸减水剂，含固量≥15％，减水率≥20％。
与现有技术相比，本发明的基于温度反馈的大体积高强混凝土配合比及设计方法有益效果在于：
1、通过匹配养护试验确定实体混凝土强度，更接近结构物混凝土实际性能发展的规律，更客观真实；
2、匹配养护采取配合比绝热温升，接近大体积混凝土内部的真实温度；
3、通过匹配养护确定配合比，可大幅提高掺合料的用量，降低混凝土绝热温升，降低混凝土开裂风险；
4、通过匹配养护7d的强度初步判断混凝土配合比，混凝土配合比试配周期短，效率高；
5、基于温度反馈的大体积高强混凝土配合比设计方法可作为大体积高强混凝土专用设计方法及验收标准，使其既满足实体混凝土的强度、刚度、整体性、耐久性，又能较好的控制混凝土温度应力和收缩而产生裂缝。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本实施例初选配合比的温升曲线图；
图2是本实施例调整配合的比温升曲线图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
在一实施例中，本实施例提供了一种基于温度反馈的大体积高强混凝土配合比设计方法，包括：确定混凝土的初选配合比，对初选混凝土配合比试样进行绝热温升试验，测得初选混凝土配合比试样的绝热温升值；当绝热温升值满足预设条件时，初选混凝土配合比试样即为初选合格混凝土配合比试样，记录初选合格混凝土配合比试样进行绝热温升试验时的温度变化曲线；当绝热温升值不满足预设条件时，调整初选混凝土配合比试样的配合比，直至绝热温升值满足预设条件时，得到初选合格混凝土配合比试样，记录初选合格混凝土配合比试样进行绝热温升试验时的温度变化曲线；用初选合格混凝土配合比试样制作混凝土试件，按温度变化曲线的温度值对混凝土试件进行养护，并分别测试混凝土试件在不同时段的混凝土强度；根据混凝土强度，调整初选合格混凝土配合比试样的配合比，直至各指标合格。
本实施例中，基于温度反馈的大体积高强混凝土配合比设计方法通过绝热温升和匹配养护试验，使混凝土的养护条件及性能发展更接近结构物混凝土实际性能发展的规律，且由于养护温度的提高可大幅提高掺合料的用量，降低混凝土绝热温升，降低混凝土开裂，使其既满足实体混凝土的强度、刚度、整体性、耐久性，又能较好的控制混凝土温度应力和收缩而产生裂缝。
步骤1，配合比的初选，根据实际需求确定混凝土的初选配合比，混凝土包括凝胶材料、砂、碎石、水和减水剂。其中，凝胶材料包括水泥、粉煤灰、矿渣粉，凝胶材料用量为460-500kg/m3。混凝土的初选配合比为：水泥230-360kg/m3，粉煤灰50-120kg/m3，矿渣粉50-150kg/m3，砂650-850kg/m3，碎石1050-1200kg/m3，水155-165kg/m3，减水剂占总量1％-3％。
优选地，胶凝材料选择双掺技术，水泥宜选用PI52.5或PO52.5，粉煤灰宜选用I级粉煤灰，矿渣粉宜选用S95级粒化高炉矿渣粉，碎石宜选用石灰岩，公称最大粒径20mm连续级配碎石，优选用锤破或反击破，不得使用颚式破碎石，针片状含量小于5％，含泥量小于0.5％，表观密度≥2.75g/cm3。
步骤2，混凝土绝热温升试验，以初选配合比利用实验室搅拌机搅拌混凝土60L，依据《水工混凝土试验规程》SL352-2006，进行混凝土绝热温升试验，设备采用NELD-TV810型混凝土绝热温升试验箱。测得绝热温升值及混凝土绝热状态下温度变化曲线，若绝热温升值大于50℃时，调整混凝土初选配合比，再次进行绝热温升试验；当绝热温升值小于50℃时，记录其温升曲线，并开始进行混凝土匹配养护试验。
步骤3，混凝土匹配养护试验，依据步骤2确定的配合比和绝热温升曲线进行匹配养护试验，首先利用配合比搅拌混凝土30L，按《普通混凝土力学性能和试验方法》GB/T50081-2019，成型混凝土试块(100mm×100mm×100mm)8组。
其中4组进行标准养护，在20±5℃环境中静置1-2昼夜，拆模编号后放入20±2℃，相对湿度不小于95％的养护室养护，分别在3d、7d、28d、90d时测试混凝土强度。
另外4组进行匹配养护，匹配养护是指混凝土试件成型后立刻带模放入匹配养护箱进行养护，匹配养护的温度历程为步骤2确定的绝热温升曲线，分别在3d、5d、7d、28d时测试混凝土强度。
步骤4，配合比的调整，根据匹配养护7d强度结果，调整混凝土配合比(胶凝材料总量、掺合料比例、水胶比、砂率)，并重复步骤2-3，直至混凝土绝热温升、工作性、匹配养护7d混凝土力学性能均满足设计要求。
在一具体应用实施例中，某高速转体桥承台混凝土设计C55，使用基于温度反馈的大体积高强混凝土配合比设计方法进行混凝土配合比设计，所选原材料性能指标如下：
胶凝材料：水泥为P·O52.5普通硅酸盐水泥，水泥的基本性质如表1所示。粒化高炉矿渣粉为S95级矿渣粉，其基本性质如表2所示。粉煤灰为F类I级粉煤灰，其基本性质如表3所示。
表1 P·O52.5水泥的基本性质
Figure BDA0002554947890000071
表2矿渣粉的基本性质
Figure BDA0002554947890000081
表3粉煤灰的基本性质
Figure BDA0002554947890000082
粗、细集料：粗集料表观密度2650kg/m3，堆积密度1440kg/m3，压碎值9.1％，采用5-10mm和10-20mm二级配，两者的比例为2:8。细集料选用天然砂，表观密度2640kg/m3，堆积密度1510kg/m3，细度模数2.92，含泥量2.4％。
减水剂：减水剂选用聚羧酸减水剂，含固量15.97％，减水率23％。
配合比设计：
(1)配合比的初选；根据原材料性能指标，初选配合比见表4：
表4 C55混凝土初试配合比
Figure BDA0002554947890000083
(2)混凝土绝热温升试验；以初选配合比利用实验室搅拌机搅拌混凝土60L，依据《水工混凝土试验规程》SL352-2006，进行混凝土绝热温升试验，设备采用NELD-TV810型混凝土绝热温升试验箱，绝热温升：58℃，温升曲线见图1。
(3)调整配合比见表5，调整混凝土的配合比的方法为保持凝胶材料的总量不变，减少凝胶材料中水泥的用量，选用水泥减少80kg/m3，矿粉增加70kg/m3，粉煤灰增加10kg/m3
表5 C55混凝土第二次配合比
Figure BDA0002554947890000091
(4)第二次混凝土绝热温升试验；以第二次配合比利用实验室搅拌机搅拌混凝土60L，依据《水工混凝土试验规程》SL352-2006，进行混凝土绝热温升试验，设备采用NELD-TV810型混凝土绝热温升试验箱，绝热温升：49℃，温升曲线见图2。
(5)混凝土匹配养护试验；依据第(4)步确定的配合比和绝热温升曲线进行匹配养护试验，首先利用配合比搅拌混凝土30L，按《普通混凝土力学性能和试验方法》GB/T50081-2002，成型混凝土试块(100mm×100mm×100mm)8组。
其中4组进行标准养护，在20±5℃环境中静置1-2昼夜，拆模编号后放入20±2℃，相对湿度不小于95％的养护室养护，分别在3d、7d、28d、90d时测试混凝土强度。
另外4组进行匹配养护，匹配养护是指混凝土试件成型后立刻带模放入匹配养护箱进行养护，匹配养护的温度历程为第(4)步确定的绝热温升曲线，分别在3d、5d、7d、28d时测试混凝土强度，结果见6：
表6 C55混凝土力学性能指标
Figure BDA0002554947890000092
(6)配合比的调整；根据匹配养护7d强度及绝热温升结果，符合配合比设计要求，无需进一步调整。
以该配合比进行耐久性验证，并进行现场施工，取芯抗压强度达到68.4MPa。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于温度反馈的大体积高强混凝土配合比设计方法，其特征在于，包括：
步骤1，配合比的初选，根据实际需求确定混凝土的初选配合比，所述混凝土的强度等级为C55，混凝土包括凝胶材料、砂、碎石、水和减水剂；其中，凝胶材料包括水泥、粉煤灰、矿渣粉，凝胶材料用量为460-500 kg/m3 ；混凝土的初选配合比为：水泥230-360kg/m3 ，粉煤灰50-120 kg/m3 ，矿渣粉50-150 kg/m3 ，砂650-850 kg/m3 ，碎石1050-1200kg/m3 ，水155-165 kg/m3 ，减水剂占总量1%-3%；
步骤2，混凝土绝热温升试验，对混凝土初选配合比试 样进行绝热温升试验，测得绝热温升值及混凝土绝热状态下温度变化曲线，若绝热温升值大于50℃时，调整混凝土初选配合比，再次进行绝热温升试验；当绝热温升值小于50℃时，得到初选合格混凝土配合比试样，记录其温升曲线，并开始进行混凝土匹配养护试验；
步骤3，混凝土匹配养护试验，依据步骤2确定的配合比和绝热温升曲线进行匹配养护试验；用所述初选合格混凝土配合比试 样制作混凝土8组，其中4组进行标准养护，在20±5℃环境中静置1-2昼夜，拆模编号后放入20±2℃，相对湿度不小于95%的养护室养护，分别在3d、7d、28d、90d时测试混凝土强度；另外4组进行匹配养护，匹配养护是指混凝土试件成型后立刻带模放入匹配养护箱进行养护，匹配养护的温度历程为步骤2确定的绝热温升曲线，分别在3d、5d、7d、28d时测试混凝土强度；
步骤4，配合比的调整，根据匹配养护7d强度结果，调整初选合格混凝土配合比试样的配合比，并重复步骤2-3，直至混凝土绝热温升、工作性、匹配养护7d混凝土力学性能均满足设计要求；
调整所述混凝土初选配合比的方法为：改变水泥品种、或者降低胶凝材料总量、或者保持所述凝胶材料的总量不变，减少所述凝胶材料中水泥的用量；
调整所述初选合格混凝土配合比的方法为：降低用水量、或者改变胶凝材料总量、或者提高外加剂掺量、调整混凝土浆骨比、调整混凝土砂率、改变骨料。
2.根据权利要求1所述的基于温度反馈的大体积高强混凝土配合比设计方法，其特征在于：
所述水泥为PI52.5或PO52.5；
所述粉煤灰为I级粉煤灰；
所述矿渣粉为S95级粒化高炉矿渣粉；
所述碎石是石灰岩，且所述碎石为公称最大粒径20mm的连续级配碎石，针片状含量小于5%，含泥量小于0.5%。
3.根据权利要求2所述的基于温度反馈的大体积高强混凝土配合比设计方法，其特征在于：
所述减水剂为液态聚羧酸减水剂，含固量≥15%，减水率≥20%。
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