CN112632653A - 基于骨料浆体包裹层的生态多孔混凝土配合比设计方法 - Google Patents

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CN112632653A CN202010625486.3A CN202010625486A CN112632653A CN 112632653 A CN112632653 A CN 112632653A CN 202010625486 A CN202010625486 A CN 202010625486A CN 112632653 A CN112632653 A CN 112632653A
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Abstract

本发明公开了一种基于骨料浆体包裹层的生态多孔混凝土配合比设计方法，首先通过流动度初选浆体配比，其次预测理论骨料浆体包裹层厚度来计算理论浆体用量，在校正浆体用量之后确定骨料用量，最后通过一整套生态多孔混凝土骨料浆体包裹层优化设计方法来评价其骨料浆体包裹层是否达到了优秀，若符合评定标准，则认为此种配合比设计达到了设计要求的孔隙率。本发明生态多孔混凝土骨料浆体包裹层优化设计包含以下两个指标：骨料浆体包裹层厚度损失率在10～14％以内，骨料浆体包裹层均匀度在10以下，使用本发明提出的生态多孔混凝土配合比设计方法，能够制备出满足功能需求的生态多孔混凝土，有利于生态多孔混凝土在现场的大规模使用与普及。

Description

基于骨料浆体包裹层的生态多孔混凝土配合比设计方法
技术领域
本发明涉及生态多孔混凝土技术领域，特别是涉及一种基于骨料浆体包裹层的生态多孔混凝土配合比设计方法。
背景技术
生态多孔混凝土作为海绵城市的重要组成部分，对海绵城市的发展与建设起到不可忽视的作用，EPC使用单一大粒径的骨料与胶凝材料混合，形成可供植物根系生长的大尺寸空隙的同时又具备一定强度，是一种生态友好型新型建筑材料。
现如今的多孔混凝土配合比设计方法主要分为两种：绝对体积法和比表面积法，绝对体积法假设多孔混凝土为骨料、浆体和孔隙组成的三相材料，认为骨料堆积密度与多孔混凝土密度相差不大，因此每立方米多孔混凝土的骨料用量约等于骨料堆积密度，再通过预设孔隙率算出每立方米多孔混凝土的浆体用量，最后根据预设的水胶比计算胶凝材料和水的质量，以孔隙率为控制指标的体积法是EPC设计的普遍参考方法，在保持混凝土的浆体体积和骨料粒径的比例不变，只有水灰比发生变化的前提下，提出了一种基于每立方米混凝土中每种成分的体积的精确混合设计方法，但以上两种方法都没有通过确切的骨料浆体包裹层厚度来设计生态多孔混凝土，导致最后得到的生态多孔混凝土的有效孔隙率与设计值差距很大，因此急需一种基于骨料浆体包裹层厚度与性能的配合比设计方法来设计生态多孔混凝土的配合比。
针对上述问题，急需在原有基于骨料浆体包裹层的生态多孔混凝土配合比设计方法的基础上进行创新设计。
发明内容
本发明解决了当前多孔混凝土配合比设计方法主要分为两种：绝对体积法和比表面积法，绝对体积法假设多孔混凝土为骨料、浆体和孔隙组成的三相材料，认为骨料堆积密度与多孔混凝土密度相差不大，因此每立方米多孔混凝土的骨料用量约等于骨料堆积密度，再通过预设孔隙率算出每立方米多孔混凝土的浆体用量，最后根据预设的水胶比计算胶凝材料和水的质量，以孔隙率为控制指标的体积法是EPC设计的普遍参考方法，在保持混凝土的浆体体积和骨料粒径的比例不变，只有水灰比发生变化的前提下，提出了一种基于每立方米混凝土中每种成分的体积的精确混合设计方法，但以上两种方法都没有通过确切的骨料浆体包裹层厚度来设计生态多孔混凝土，导致最后得到的生态多孔混凝土的有效孔隙率与设计值差距很大的问题。
为解决以上技术问题，本发明提供一种基于骨料浆体包裹层的生态多孔混凝土配合比设计方法，包括如下步骤:
1)先根据流动度试验筛选配比，选择流动度在130～170mm之内的浆体配合比。通过测试得到骨料的紧密堆积密度ρC、骨料表观密度ρG和浆体表观密度ρp；
2)根据设计要求给出的生态多孔混凝土设计孔隙率P0，通过公式预测理论骨料浆体包裹层厚度h0；
3)计算每立方米生态多孔混凝土理论浆体用量mp0；
4)校正每立方米生态多孔混凝土浆体用量mp；
5)确定每立方米生态多孔混凝土骨料用量mG；
6)评价生态多孔混凝土配比的骨料浆体包裹层厚度是否达到最优。骨料浆体包裹层厚度损失率在10％～14％以内，且骨料浆体包裹层均匀度在10以下认为此配比的骨料浆体包裹层性能达到了优秀。
流动度测试根据规范GBT-2419-2005测试得到，骨料的紧密堆积密度和骨料表观密度根据规范GB/T14685-2011测试得到。
浆体密度测试步骤如下：将新拌好的浆体分两次装入50mm×50mm×50mm的容器中，使用振动台振动60s排出容器内的气泡，最后将超过容器的浆体刮去，称得容器和浆体的总质量，总质量减去容器质量再除以已知的体积可得浆体的密度ρp，每组配比进行三次试验后取平均值作为此配比的浆体密度，过公式通
Figure BDA0002566420850000031
预测理论骨料浆体包裹层厚度h0，通过公式 mp0＝VSh0ρCρp计算得到每立方米生态多孔混凝土理论浆体用量mp0。
考虑混凝土在拌和过程中有浆体损失，使用公式mp＝1.04mp0计算得到校正后的每立方米生态多孔混凝土浆体用量mp。
通过公式mG＝ρC/mp计算得到每立方米生态多孔混凝土骨料用量mG。
生态多孔混凝土骨料浆体包裹层厚度损失率测试方法步骤如下：
1)使用特定方法分层预装填骨料后，测试预装填后的骨料绝干质量mG′；
2)根据计算得到的骨胶比G/B和水灰比W/C，以及使用的减水剂掺量dSP，通过特定的方法拌和浆体；
3)使用抹泥刀人工拌和混凝土后，使用与第二步所述预装填方法相同的装填方法将新拌混凝土分三层装填入实验装置中，混凝土在上部容器中成型后静置到无浆体从模具内滴落时，用镊子将包裹了水泥浆体的所有骨料依次取出，并测试混凝土总质量m′t；
4)计算骨料浆体包裹层厚度损失率
Figure BDA0002566420850000032
分层预装填骨料测试步骤如下：将骨料分三层装入上部容器中，每装填一层进行一次插捣，插捣时按顺时针方向，由边缘至中心均匀插捣15次，插捣棒直径为20mm。
试验装置分为三部分，第一部分：上部容器为高120mm，内径100mm，外径 110mm，壁厚5mm的PVC管；第二部分：方孔筛网为方孔孔径为15mm，铁丝直径为1.35mm的方孔筛；第三部分：底部支架。
生态多孔混凝土骨料浆体包裹层均匀度测试方法步骤如下：
1)称取骨料、水泥、水和减水剂，将水泥与70％的水与减水剂放入强制式单卧轴混凝土搅拌机拌和一分钟，再加入粗骨料拌和一分钟，最后加入剩下的水和减水剂拌和一分钟；
2)使用分层插捣方法，分四层将新拌生态多孔混凝土放置于装置中，成型后静置到无浆体从模具内滴落时，用镊子将包裹了水泥浆体的骨料分层取出，从上至下分别为第1层、第2层和第3层，称量每层的EPC质量mt1、mt2、mt3；
3)使用高压水枪将分层取出的EPC上的浆体冲洗干净，冲洗干净之后放入 100℃的烘箱中烘至绝干，并称量其质量mG1、mG2、mG3，数取每层骨料颗粒数目n1、n2、n3；
4)将每层骨料装入静水天平的吊篮中，水面至少高出试样50mm并用上下升降吊篮的方法排除气泡；浸泡24h后，用天平称取吊篮及试样在水中的质量 ma1、ma2、ma3。称量时盛水容器中水面的高度由容器的溢流孔控制；称取吊篮在水中的质量mb1、mb2、mb3。计算单个骨料的平均直径
Figure DEST_PATH_2
5)通过下式计算每层骨料浆体包裹层厚度以及骨料浆体包裹层均匀度：
Figure BDA0002566420850000042
Figure BDA0002566420850000043
试验装置分为三部分，第一部分：上部容器为三个高60mm，内径100mm，外径110mm，壁厚5mm的PVC管叠加而成；第二部分：方孔筛网为方孔孔径为 15mm，铁丝直径为1.35mm的方孔筛；第三部分：底部支架。
本发明的基于骨料浆体包裹层的生态多孔混凝土配合比设计方法能够设计出满足设计有效孔隙率要求且生态多孔混凝土骨料浆体包裹层性能优秀的生态多孔混凝土。
附图说明
图1为预装填插捣位置与顺序示意图；
图2为本发明一个具体实施方式的生态多孔混凝土骨料浆体包裹层厚度损失率测试装置示意图；
图3为本发明一个具体实施方式的生态多孔混凝土骨料浆体包裹层均匀度测试装置示意图；
图2中：1—上部容器、2—方孔筛网、3—底部支架；
图3中：1—上部容器、2—方孔筛网、3—底部支架；
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
一种基于骨料浆体包裹层的生态多孔混凝土配合比设计方法，包括如下步骤:
1)先根据流动度试验筛选配比，选择流动度在130～170mm之内的浆体配合比。通过测试得到骨料的紧密堆积密度ρC、骨料表观密度ρG和浆体表观密度ρp；
2)根据设计要求给出的生态多孔混凝土设计孔隙率P0，通过公式预测理论骨料浆体包裹层厚度h0；
3)计算每立方米生态多孔混凝土理论浆体用量mp0；
4)校正每立方米生态多孔混凝土浆体用量mp；
5)确定每立方米生态多孔混凝土骨料用量mG；
6)评价生态多孔混凝土配比的骨料浆体包裹层厚度是否达到最优。骨料浆体包裹层厚度损失率在10％～14％以内，且骨料浆体包裹层均匀度在10以下认为此配比的骨料浆体包裹层性能达到了优秀。
流动度测试根据规范GBT-2419-2005测试得到，骨料的紧密堆积密度和骨料表观密度根据规范GB/T14685-2011测试得到。
浆体密度测试步骤如下：将新拌好的浆体分两次装入50mm×50mm×50mm的容器中，使用振动台振动60s排出容器内的气泡，最后将超过容器的浆体刮去，称得容器和浆体的总质量，总质量减去容器质量再除以已知的体积可得浆体的密度ρp，每组配比进行三次试验后取平均值作为此配比的浆体密度，过公式通
Figure BDA0002566420850000061
预测理论骨料浆体包裹层厚度h0，通过公式 mp0＝VSh0ρCρp计算得到每立方米生态多孔混凝土理论浆体用量mp0。
考虑混凝土在拌和过程中有浆体损失，使用公式mp＝1.04mp0计算得到校正后的每立方米生态多孔混凝土浆体用量mp。
通过公式mG＝ρC/mp计算得到每立方米生态多孔混凝土骨料用量mG。
生态多孔混凝土骨料浆体包裹层厚度损失率测试方法步骤如下：
1)使用特定方法分层预装填骨料后，测试预装填后的骨料绝干质量mG′；
2)根据计算得到的骨胶比G/B和水灰比W/C，以及使用的减水剂掺量dSP，通过特定的方法拌和浆体；
3)使用抹泥刀人工拌和混凝土后，使用与第二步所述预装填方法相同的装填方法将新拌混凝土分三层装填入实验装置中，混凝土在上部容器中成型后静置到无浆体从模具内滴落时，用镊子将包裹了水泥浆体的所有骨料依次取出，并测试混凝土总质量mt′；
4)计算骨料浆体包裹层厚度损失率
Figure BDA0002566420850000071
分层预装填骨料测试步骤如下：将骨料分三层装入上部容器中，每装填一层进行一次插捣，插捣时按顺时针方向，由边缘至中心均匀插捣15次，插捣棒直径为20mm。
试验装置分为三部分，第一部分：上部容器为高120mm，内径100mm，外径 110mm，壁厚5mm的PVC管；第二部分：方孔筛网为方孔孔径为15mm，铁丝直径为1.35mm的方孔筛；第三部分：底部支架。
生态多孔混凝土骨料浆体包裹层均匀度测试方法步骤如下：
1)称取骨料、水泥、水和减水剂，将水泥与70％的水与减水剂放入强制式单卧轴混凝土搅拌机拌和一分钟，再加入粗骨料拌和一分钟，最后加入剩下的水和减水剂拌和一分钟
2)使用分层插捣方法，分四层将新拌生态多孔混凝土放置于装置中，成型后静置到无浆体从模具内滴落时，用镊子将包裹了水泥浆体的骨料分层取出，从上至下分别为第1层、第2层和第3层，称量每层的EPC质量mt1、mt2、mt3；
3)使用高压水枪将分层取出的EPC上的浆体冲洗干净，冲洗干净之后放入 100℃的烘箱中烘至绝干，并称量其质量mG1、mG2、mG3，数取每层骨料颗粒数目n1、n2、n3；
4)将每层骨料装入静水天平的吊篮中，水面至少高出试样50mm并用上下升降吊篮的方法排除气泡；浸泡24h后，用天平称取吊篮及试样在水中的质量 ma1、ma2、ma3。称量时盛水容器中水面的高度由容器的溢流孔控制；称取吊篮在水中的质量mb1、mb2、mb3。计算单个骨料的平均直径
Figure 484448DEST_PATH_2
5)通过下式计算每层骨料浆体包裹层厚度以及骨料浆体包裹层均匀度：
Figure BDA0002566420850000082
Figure BDA0002566420850000083
试验装置分为三部分，第一部分：上部容器为三个高60mm，内径100mm，外径110mm，壁厚5mm的PVC管叠加而成；第二部分：方孔筛网为方孔孔径为 15mm，铁丝直径为1.35mm的方孔筛；第三部分：底部支架。
实施例1
本实施例以配置1m3生态多孔混凝土为例，具体步骤如下：
1)根据规范GBT-2419-2005测试得到浆体流动度，选择流动度在 130mm～170mm以内的浆体配合比，水泥：水：减水剂＝1:0.28:0(质量比)，粗骨料粒径选用16mm～19mm，根据规范GB/T14685-2011测试得到骨料的紧密堆积密度ρC＝1484.81kg/m3和骨料表观密度ρG＝2715.51kg/m3，通过试验得到浆体密度ρp＝2016kg/m3
2)选择设计孔隙率P0＝30％，根据公式
Figure BDA0002566420850000084
计算得到 h0＝0.82mm。
3)通过公式mp0＝VSh0ρCρp计算得到每立方米理论浆体用量mp0＝307.29kg。
4)通过公式mp＝1.04mp0计算校正后的每立方米浆体用量mp＝318.93kg。
5)骨料的每立方米用量等于骨料的紧密堆积密度ρC＝1484.81kg/m3，通过计算可得骨胶比G/B＝4.7。
6)通过骨料浆体包裹层厚度损失率测试方法得到此种配比的骨料浆体包裹层厚度损失率为10.07％，在10％～14％以内；通过骨料浆体包裹层均匀度测试方法得到此种配比的骨料浆体包裹层均匀度为9.1，在10以下，故可认为此种配比的骨料浆体包裹层性能优秀。
7)实测此种配比制成的生态多孔混凝土有效孔隙率为30.11％，发现设计值与实测值的相对偏差为0.37％，因此可以认为此种配合比设计方法能够精确地得到所需要的EPC孔隙率，达到了此种配合比的设计要求。
实施例2
本实施例以配置1m3生态多孔混凝土为例，具体步骤如下：
1)根据规范GBT-2419-2005测试得到浆体流动度，选择流动度在 130mm～170mm以内的浆体配合比，水泥：水：减水剂＝1:0.28:0(质量比)，粗骨料粒径选用16mm～19mm，根据规范GB/T14685-2011测试得到骨料的紧密堆积密度ρC＝1484.81kg/m3和骨料表观密度ρG＝2715.51kg/m3，通过试验得到浆体密度ρp＝2127kg/m3
2)选择设计孔隙率P0＝30％，根据公式
Figure BDA0002566420850000091
计算得到 h0＝0.82mm。
3)通过公式mp0＝VSh0ρCρp计算得到每立方米理论浆体用量mp0＝324.21kg。
4)通过公式mp＝1.04mp0计算校正后的每立方米浆体用量mp＝336.49kg。
5)骨料的每立方米用量等于骨料的紧密堆积密度ρC＝1484.81kg/m3，通过计算可得骨胶比G/B＝4.4。
6)通过骨料浆体包裹层厚度损失率测试方法得到此种配比的骨料浆体包裹层厚度损失率为11.08％，在10％～14％以内；通过骨料浆体包裹层均匀度测试方法得到此种配比的骨料浆体包裹层均匀度为9.2，在10以下，故可认为此种配比的骨料浆体包裹层性能优秀。
7)实测此种配比制成的生态多孔混凝土有效孔隙率为29.51％，发现设计值与实测值的相对偏差为0.03％，因此可以认为此种配合比设计方法能够精确地得到所需要的EPC孔隙率，达到了此种配合比的设计要求。

Claims (10)

1.一种基于骨料浆体包裹层的生态多孔混凝土配合比设计方法，其特征在于：包括如下步骤:
1)先根据流动度试验筛选配比，选择流动度在130～170mm之内的浆体配合比。通过测试得到骨料的紧密堆积密度ρC、骨料表观密度ρG和浆体表观密度ρp；
2)根据设计要求给出的生态多孔混凝土设计孔隙率P0，通过公式预测理论骨料浆体包裹层厚度h0；
3)计算每立方米生态多孔混凝土理论浆体用量mp0；
4)校正每立方米生态多孔混凝土浆体用量mp；
5)确定每立方米生态多孔混凝土骨料用量mG；
6)评价生态多孔混凝土配比的骨料浆体包裹层厚度是否达到最优。骨料浆体包裹层厚度损失率在10％～14％以内，且骨料浆体包裹层均匀度在10以下认为此配比的骨料浆体包裹层性能达到了优秀。
2.根据权利要求1所述的一种基于骨料浆体包裹层的生态多孔混凝土配合比设计方法，其特征在于：流动度测试根据规范GBT-2419-2005测试得到，骨料的紧密堆积密度和骨料表观密度根据规范GB/T14685-2011测试得到。
3.根据权利要求1所述的基于骨料浆体包裹层的生态多孔混凝土配合比设计方法，其特征在于：浆体密度测试步骤如下：将新拌好的浆体分两次装入50mm×50mm×50mm的容器中，使用振动台振动60s排出容器内的气泡，最后将超过容器的浆体刮去，称得容器和浆体的总质量，总质量减去容器质量再除以已知的体积可得浆体的密度ρp，每组配比进行三次试验后取平均值作为此配比的浆体密度，通过公式
Figure 1
预测理论骨料浆体包裹层厚度h0，通过公式mp0＝VSh0pcpp计算得到每立方米生态多孔混凝土理论浆体用量mp0。
4.根据权利要求1所述的一种基于骨料浆体包裹层的生态多孔混凝土配合比设计方法，其特征在于：考虑混凝土在拌和过程中有浆体损失，使用公式mp＝1.04mp0计算得到校正后的每立方米生态多孔混凝土浆体用量mp。
5.根据权利要求1所述的一种基于骨料浆体包裹层的生态多孔混凝土配合比设计方法，其特征在于：通过公式mG＝ρC/mp计算得到每立方米生态多孔混凝土骨料用量mG。
6.根据权利要求1所述的一种基于骨料浆体包裹层的生态多孔混凝土配合比设计方法，其特征在于：生态多孔混凝土骨料浆体包裹层厚度损失率测试方法步骤如下：
1)使用特定方法分层预装填骨料后，测试预装填后的骨料绝干质量mG′；
2)根据计算得到的骨胶比G/B和水灰比W/C，以及使用的减水剂掺量dSP，通过特定的方法拌和浆体；
3)使用抹泥刀人工拌和混凝土后，使用与第二步所述预装填方法相同的装填方法将新拌混凝土分三层装填入实验装置中，混凝土在上部容器中成型后静置到无浆体从模具内滴落时，用镊子将包裹了水泥浆体的所有骨料依次取出，并测试混凝土总质量m′t；
4)计算骨料浆体包裹层厚度损失率
Figure FDA0002566420840000021
7.根据权利要求5所述的一种基于骨料浆体包裹层的生态多孔混凝土配合比设计方法，其特征在于：分层预装填骨料测试步骤如下：将骨料分三层装入上部容器中，每装填一层进行一次插捣，插捣时按顺时针方向，由边缘至中心均匀插捣15次，插捣棒直径为20mm。
8.根据权利要求5所述的一种基于骨料浆体包裹层的生态多孔混凝土配合比设计方法，其特征在于：试验装置分为三部分，第一部分：上部容器为高120mm，内径100mm，外径110mm，壁厚5mm的PVC管；第二部分：方孔筛网为方孔孔径为15mm，铁丝直径为1.35mm的方孔筛；第三部分：底部支架。
9.根据权利要求1所述的一种基于骨料浆体包裹层的生态多孔混凝土配合比设计方法，其特征在于：生态多孔混凝土骨料浆体包裹层均匀度测试方法步骤如下：
1)称取骨料、水泥、水和减水剂，将水泥与70％的水与减水剂放入强制式单卧轴混凝土搅拌机拌和一分钟，再加入粗骨料拌和一分钟，最后加入剩下的水和减水剂拌和一分钟；
2)使用分层插捣方法，分四层将新拌生态多孔混凝土放置于装置中，成型后静置到无浆体从模具内滴落时，用镊子将包裹了水泥浆体的骨料分层取出，从上至下分别为第1层、第2层和第3层，称量每层的EPC质量mt1、mt2、mt3；
3)使用高压水枪将分层取出的EPC上的浆体冲洗干净，冲洗干净之后放入100℃的烘箱中烘至绝干，并称量其质量mG1、mG2、mG3，数取每层骨料颗粒数目n1、n2、n3；
4)将每层骨料装入静水天平的吊篮中，水面至少高出试样50mm并用上下升降吊篮的方法排除气泡；浸泡24h后，用天平称取吊篮及试样在水中的质量ma1、ma2、ma3。称量时盛水容器中水面的高度由容器的溢流孔控制；称取吊篮在水中的质量mb1、mb2、mb3。计算单个骨料的平均直径
Figure 2
5)通过下式计算每层骨料浆体包裹层厚度以及骨料浆体包裹层均匀度：
Figure FDA0002566420840000032
Figure FDA0002566420840000033
10.根据权利要求9所述的一种基于骨料浆体包裹层的生态多孔混凝土配合比设计方法，其特征在于：试验装置分为三部分，第一部分：上部容器为三个高60mm，内径100mm，外径110mm，壁厚5mm的PVC管叠加而成；第二部分：方孔筛网为方孔孔径为15mm，铁丝直径为1.35mm的方孔筛；第三部分：底部支架。
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