CN111645188A - 一种基于水泥浆体包裹骨料的再生骨料透水混凝土配制方法 - Google Patents

一种基于水泥浆体包裹骨料的再生骨料透水混凝土配制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于水泥浆体包裹骨料的再生骨料透水混凝土的配制方法。在已知再生骨料紧密堆积密度、表观密度、空隙率、总表面积以及所需配制的透水混凝土孔隙率的基础上，根据再生骨料表面裹浆厚度与水泥浆体流动度数学关系模型，水泥浆体流动度与水灰比、外加剂掺量数学关系模型，计算出再生骨料透水混凝土各组分用量，确定其理论配合比。本发明实用性、操作性强。利用建筑垃圾再生骨料配制透水混凝土不但减轻了建筑垃圾对环境的污染，同时为海绵城市的建设提供了基础材料；另外，建筑垃圾的资源化利用，变废为宝，创造了经济效益。

Description

一种基于水泥浆体包裹骨料的再生骨料透水混凝土配制方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种基于水泥浆体包裹骨料的再生骨料透水混凝土的配制方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展和城市化进程的不断加快，原有的天然植被与裸露土壤逐步被建筑物和混凝土等阻水材料硬化覆盖，密实性的普通混凝土缺乏呼吸性、吸收热量和渗透雨水的能力，严重影响了城市生态。透水混凝土因其具有较大孔隙率，水分可以通过孔隙迅速渗透的特征，可用于铺设广场与道路，对重新构建被硬化地面所破坏的“降雨-径流-下渗-回用/循环”的良性循环及修复城市环境具有重要意义。建筑垃圾的大量堆放不仅占用土地资源，而且污染环境，成为城市的一大公害。因此，在当今社会资源和能源日益紧张的背景下，利用建筑垃圾再生骨料作为粗骨料制备透水性能优良、强度满足基本使用要求的建筑垃圾再生骨料透水混凝土，对资源的循环利用具有重要的意义。
但由于再生骨料本身孔隙率大、吸水率高、组分复杂等因素，通常从强化骨料自身性能和配合比调控着手，提高再生骨料透水混凝土的力学性能。目前针对再生骨料透水混凝土没有一个成熟的技术规范，目前适用的规范只有《再生骨料透水混凝土应用技术规程》CJJ/T 253-2016，该规范仅提供了在配合比设计时水胶比及掺合料的合理范围，需要按照梯度递增(减)的方式多次尝试得到优选配合比，一次试验合格率不高。此外尚未有针对含外加剂的再生骨料透水混凝土设计方法参考。
发明内容
鉴于上述问题，在提高再生骨料自身性能的同时，开发一种基于水泥浆体包裹骨料，通过数学关系模型计算得到优选配合比的再生骨料透水混凝土设计方法，对提高再生骨料透水混凝土一次试验合格率具有重要的指导意义。
本发明是在已知再生骨料紧密堆积密度、表观密度、空隙率、总表面积和设计孔隙率的基础上，根据再生骨料表面裹浆厚度与水泥浆体流动度数学关系模型，水泥浆体流动度与水灰比、外加剂掺量数学关系模型，寻找设计水灰比下的再生骨料透水混凝土理论配合比。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于水泥浆体包裹骨料的再生骨料透水混凝土的配制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：根据透水混凝土的最大骨料颗粒粒径要求，选择与透水混凝土骨料填充相适应的骨料颗粒粒径范围，并确定表观密度、紧密堆积密度、总表面积Sa、空隙率Va和单位体积透水混凝土再生骨料用量；其中空隙率(Va)＝紧密堆积密度/骨料表观密度；
步骤2：确定透水混凝土的设计孔隙率Vv；
步骤3.1：按公式Vp＝Va-Vv计算得出总水泥浆体用量Vp；
步骤3.2：按公式CPT＝(Vp/Sa)×1000,计算再生骨料表面浆体包裹厚度CPT；
步骤4：根据再生骨料表面裹浆厚度CPT与水泥浆体流动度v关系，确定水泥浆体所需流动度；
步骤5：根据水泥浆体流动度v与水灰比W/C、外加剂的掺量m关系，确定设计水灰比下外加剂的掺量，其中W指用水量，C是指水泥胶凝材料量；
步骤6：根据CJJ/T 253-2016确定单位体积再生骨料透水混凝土中再生骨料、水泥胶凝材料和用水量理论配合比。
所述再生骨料用量是按照紧密堆积密度确定，所述用水量根据水灰比确定，所述理论配合比的确定是根据CJJ/T 253-2016标准中混凝土配合比设计的步骤与公式计算得到。
按照以上步骤1-步骤6，可以配制利用最大粒径19mm骨料在已知设计空隙率下的基于水泥浆体包裹骨料的再生骨料透水混凝土。
优选的，所述再生骨料为粒径为4.75mm～9.5mm，9.5mm～13.2mm，13.2mm～16mm，16mm～19mm的单粒级骨料中的一种或多种单粒级骨料组合。再生骨料表观密度在2500-2600kg/m3，紧密堆积密度在1200-1400kg/m3。
优选的，所述再生骨料为多种单粒级骨料的组合，每种单粒级骨料的表面浆体包裹厚度CPT分别满足步骤3.2中公式，且多种单粒级骨料的表面浆体包裹厚度CPT与相应单粒级骨料粒径上限的比值相等。
优选的，所述步骤4中，所述表面裹浆厚度CPT与水泥浆体流动度v关系按如下关系式选取：D-9.5，CPT＝372.956v-1.412，R2＝0.990；D-13.2，CPT＝263.956v-1.266，R2＝0.917；D-16，CPT＝331.353v-1.278，R2＝0.938；D-19，CPT＝513.729v-1.340，R2＝0.958，其中D表示再生骨料粒径，v的取值范围是100-220mm；CPT的取值范围为0.2-1.5，R2为相关系数。
优选的，所述步骤5中，所述的水泥浆体流动度v与水灰比W/C、外加剂掺量m关系选自如下关系式：W/C＝0.27，v＝21.66m1.96，其中m取值范围是2.2～3.2‰；W/C＝0.29，v＝12.69m2.72，m取值范围是2.0～2.8‰；W/C＝0.31，v＝22.55m2.22，m取值范围是1.8～2.8‰；W/C＝0.33，v＝47.54m1.51，m取值范围是1.6～2.8‰；W/C＝0.35，v＝55.75m1.41，m取值范围是1.4～2.8‰；W/C＝0.37，v＝73.75m1.16，m取值范围是1.2～2.6‰。
优选的，所述步骤5中所述的设计水灰比在0.27-0.37之间，水灰比过小会导致水泥浆体包裹再生骨料不均匀，出现漏包现象；水灰比过大会导致水泥浆体流淌包裹不住再生骨料；
优选的，所述步骤5中所述的外加剂为固含量是20-40％的聚羧酸减水剂；
优选的，所述步骤6中所述的水泥胶凝材料，其组成和含量特征在于：由普通硅酸盐水泥和硅灰组成，含量为普通硅酸盐水泥80～100％、硅灰0～20％。
采用本发明所提供的一种基于水泥浆体包裹骨料的再生骨料透水混凝土的配制方法，有如下的技术效果：
1)本发明公开的再生骨料透水混凝土配制方法，采用水泥浆体包裹骨料一方面可实现再生骨料表面强化，提高透水混凝土力学性能；另一方面，基于数学关系模型测算水泥浆体用量与浆体流动度，避免了透水混凝土配制过程中因浆体不足，骨料间粘结薄弱，强度偏低；或浆体过多，流淌封底、堵孔，透水系数偏小等问题。
2)本发明主要是通过再生骨料表面裹浆厚度与水泥浆体流动度和水泥浆体流动度与水灰比、外加剂掺量关系两个数学关系图以寻找设计水灰比下合适的外加剂掺量，配比合理，减少了没有必要的浪费，减少经济损失。通过计算可优选出配制透水混凝土合理的材料比例、外加剂掺量，配制基于水泥浆体包裹骨料的再生骨料透水混凝土，具有孔隙率先知且可控可调的特点，一次试验合格率高。
3)本发明实用性、操作性强。利用建筑垃圾再生骨料配制透水混凝土不但减轻了建筑垃圾对环境的污染，同时为海绵城市的建设提供了基础材料；另外，建筑垃圾的资源化利用，变废为宝，创造了经济效益。
附图说明
图1为水泥浆体流动度与再生骨料表面裹浆厚度关系图；
图2为外加剂掺量与水泥浆体流动度关系图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
再生骨料透水混凝土空隙率为46％，单位体积再生骨料用量为1450kg/m3，再生骨料粒级为4.75-9.5mm，单个再生骨料比表面积为0.364m2/kg，再生骨料总表面积为528m2，设计孔隙率为20％，硅灰掺量为5％，设计水灰比分别为0.27、0.33时，求再生骨料透水混凝土理论配合比。(使用的原材料：南方P·O42.5水泥，表观密度3200kg/m3,硅灰为天恺硅灰，表观密度为2100kg/m3，外加剂为固含量20％聚羧酸减水剂。)
具体步骤如下：
步骤1：根据配制水泥基再生骨料透水混凝土的最大骨料颗粒粒径要求，选择与透水混凝土骨料填充相适应的骨料颗粒直径范围(4.75-9.5mm)，并确定他们的表观密度、紧密堆积密度、空隙率(46％)和总表面积；
步骤2：确定预制的水泥基再生骨料透水混凝土的设计孔隙率为20％；
步骤3：经计算得出水泥浆体用量(Vp)为26％，粘附厚度CPT为0.492mm；
步骤4：根据再生骨料表面裹浆厚度与水泥浆体流动度关系式CPT＝372.956v-1.412，确定水泥浆体所需流动度为110mm；
步骤5：根据水泥浆体流动度与水灰比、外加剂掺量关系，当设计水灰比0.27时，根据公式v＝21.66m1.96计算得到外加剂的掺量2.29‰；当水灰比0.33时，根据公式v＝47.54m1.51外加剂的掺量1.74‰；
步骤6：确定单位体积再生骨料透水混凝土中再生骨料、水泥胶凝材料、和用水量理论配合比。
根据单位体积骨料用量为1450kg/m3，水灰比为0.27可计算得到胶凝材料用量中水泥415kg/m3，硅灰为22kg/m3，用水量为118kg/m3。通过此计算方法配制得到的透水混凝土28d抗压强度为10.5MPa，透水系数为7.4mm/s；水灰比为0.33时可计算得到胶凝材料用量中水泥377kg/m3，硅灰为20kg/m3，用水量为131kg/m3。通过此计算方法配制得到的透水混凝土28d抗压强度为16.5MPa，透水系数为6.1mm/s。
实施例2：
再生骨料透水混凝土空隙率为42％，单位体积再生骨料用量为1550kg/m3，再生骨料用40％的4.75-9.5mm(D1)和60％的16-19mm(D2)复配，粒径为4.75-9.5mm比表面积为0.364m2/kg，总表面积为226m2(Sa1)；粒径为16-19mm比表面积为0.133m2/kg，总表面积为124m2(Sa2)；设计孔隙率为20％，硅灰掺量为5％，设计水灰比分别为0.29、0.35时，求再生骨料透水混凝土理论配合比。(使用的原材料：南方P·O42.5水泥，表观密度3200kg/m3,硅灰为天恺硅灰，表观密度为2100kg/m3，外加剂为固含量20％聚羧酸减水剂。)
具体步骤如下：
步骤1：根据配制水泥基再生骨料透水混凝土的最大骨料颗粒粒径要求，选择与透水混凝土骨料填充相适应的骨料颗粒直径范围(4.75-9.5mm(D1)和16-19mm(D2))，并确定他们的表观密度、紧密堆积密度、空隙率(42％)和总表面积；
步骤2：确定预制的水泥基再生骨料透水混凝土的设计孔隙率为20％；
步骤3：经计算得出水泥浆体用量(Vp)为22％，即VP1+VP2＝0.22；根据CPT1＝(VP1/Sa1)*1000＝(VP1/226)*1000，CPT2＝(VP2/Sa2)*1000＝(VP2/124)*1000，CPT1/D1＝CPT2/D2可以计算得到，粘附厚度CPT1＝0.504mm，CPT2＝1.018mm；其中Vp1指直径为4.75-9.5mm(D1)的再生骨料的水泥浆体用量，Vp2指直径为16-19mm(D2)的再生骨料的水泥浆体用量。
步骤4：根据再生骨料表面裹浆厚度与水泥浆体流动度关系，当骨料粒径为4.75-9.5mm(D1)时，根据CPT＝372.956v-1.412得出对应水泥浆体流动度为108mm；当骨料粒径为16-19mm(D2)时，根据CPT＝513.729v-1.340得出对应水泥浆体流动度为104mm；为了确保水泥胶凝材料稳定的包裹在骨料表面，优先选择流动度小的水泥胶凝材料浆体，因此确定水泥浆体所需流动度为104mm；
步骤5：根据水泥浆体流动度与水灰比、外加剂掺量关系，当水灰比为0.29时，根据公式v＝12.69m2.72计算外加剂的掺量为2.17‰；当水灰比0.35时，根据公式v＝55.75m1.41计算外加剂的掺量为1.56‰；
步骤6：确定单位体积再生骨料透水混凝土中再生骨料、水泥胶凝材料、和用水量理论配合比。
根据单位体积骨料用量为1550kg/m3，水灰比为0.29可计算得到胶凝材料用量中水泥340kg/m3，硅灰为18kg/m3，用水量为104kg/m3。通过此计算方法配制得到的透水混凝土28d抗压强度为13.2MPa，透水系数为6.9mm/s；水灰比为0.35可计算得到胶凝材料用量中水泥310kg/m3，硅灰为16kg/m3，用水量为114kg/m3。通过此计算方法配制得到的透水混凝土28d抗压强度为12.8MPa，透水系数为6.9mm/s。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于水泥浆体包裹骨料的再生骨料透水混凝土的配制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：根据透水混凝土的最大骨料颗粒粒径要求，选择与透水混凝土骨料填充相适应的骨料颗粒粒径范围，并确定表观密度、紧密堆积密度、总表面积Sa、空隙率Va和单位体积透水混凝土再生骨料用量；其中空隙率(Va)＝紧密堆积密度/骨料表观密度；
步骤2：确定透水混凝土的设计孔隙率Vv；
步骤3.1：按公式Vp＝Va-Vv计算得出总水泥浆体用量Vp；
步骤3.2：按公式CPT＝(Vp/Sa)×1000,计算再生骨料表面浆体包裹厚度CPT；
步骤4：根据再生骨料表面裹浆厚度CPT与水泥浆体流动度v关系，确定水泥浆体所需流动度；
步骤5：根据水泥浆体流动度v与水灰比W/C、外加剂的掺量m关系，确定设计水灰比下外加剂的掺量，其中W指用水量，C是指水泥胶凝材料量；
步骤6：根据CJJ/T 253-2016确定单位体积再生骨料透水混凝土中再生骨料、水泥胶凝材料和用水量理论配合比。
2.根据权利要求1所述的配制方法，其特征在于：所述再生骨料的粒径D为4.75mm～9.5mm、9.5mm～13.2mm、13.2mm～16mm、16mm～19m的单粒级骨料中的一种或多种单粒级骨料的组合。
3.根据权利要求1或2所述的配制方法，其特征在于,所述再生骨料为多种单粒级骨料的组合，每种单粒级骨料的表面浆体包裹厚度CPT分别满足步骤3.2中公式，且多种单粒级骨料的表面浆体包裹厚度CPT与相应单粒级骨料粒径上限的比值相等。
4.根据权利要求1所述的配制方法，其特征在于，所述步骤4中，所述表面裹浆厚度CPT与水泥浆体流动度v关系按如下关系式选取：D-9.5，CPT＝372.956v-1.412，R2＝0.990；D-13.2，CPT＝263.956v-1.266，R2＝0.917；D-16，CPT＝331.353v-1.278，R2＝0.938；D-19，CPT＝513.729v-1.340，R2＝0.958，其中D表示再生骨料粒径，v的取值范围是100-220mm；CPT的取值范围为0.2-1.5，R2为相关系数。
5.根据权利要求1所述的配制方法，其特征在于，所述步骤5中，所述的水泥浆体流动度v与水灰比W/C、外加剂掺量m关系选自如下关系式：W/C＝0.27，v＝21.66m1.96，其中m取值范围是2.2～3.2‰；W/C＝0.29，v＝12.69m2.72，m取值范围是2.0～2.8‰；W/C＝0.31，v＝22.55m2.22，m取值范围是1.8～2.8‰；W/C＝0.33，v＝47.54m1.51，m取值范围是1.6～2.8‰；W/C＝0.35，v＝55.75m1.41，m取值范围是1.4～2.8‰；W/C＝0.37，v＝73.75m1.16，m取值范围是1.2～2.6‰。
6.根据权利要求1或4所述的配制方法，其特征在于，所述步骤5中，所述设计水灰比在0.27-0.37之间。
7.根据权利要求1或4所述的配制方法，其特征在于，所述步骤5中，所述的外加剂为固含量是20-40％的聚羧酸减水剂。
8.根据权利要求1所述的配制方法，其特征在于，所述步骤6中，所述的水泥胶凝材料，其组成和含量特征在于：普通硅酸盐水泥80～100％、硅灰0～20％。
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