CN113929410A - 一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤，S1根据所述混凝土的性能参数和可压缩堆积模型，确定胶凝材料和骨料体积比；S2根据水胶比和预定的胶凝材料理论用量，确定所述混凝土的原料内各组分的掺量；S3将所述混凝土的原料内各组分按照S2的掺量搅拌混合均匀，得到所述混凝土；其中，所述混凝土包括由水泥、粉煤灰、矿粉组成的胶凝材料以及由细骨料、粗骨料组成的骨料。本发明根据可压缩堆积模型获得骨料和胶凝材料的混合密实度，进而确定二者的最佳体积比区间，然后根据体积法求得低胶凝材料用量区间，最后获得低胶凝材料的自密实混凝土，其在保证混凝土流动性的同时，降低了自密实混凝土的胶凝材料用量。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土的技术领域，尤其是涉及一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法。
背景技术
自密实混凝土是指在自身重力作用下，能够流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好均质性，并且不需要附加振动的混凝土。自密实混凝土的配合比设计，需要充分考虑自密实混凝土流动性、抗离析性、自填充性、浆体用量和体积稳定性之间的相互关系及其矛盾。配制自密实混凝土的原理是通过外加剂、胶结材料和粗细骨料的选择与搭配和精心的配合比设计，将混凝土的屈服应力减小到足以被因自重产生的剪应力克服，使混凝土流动性增大，同时又具有足够的塑性粘度，令骨料悬浮于水泥浆中，不出现离析和泌水问题，能自由流淌并充分填充模板内的空间，形成密实且均匀的胶凝结构。
现有的自密实混凝土中通常胶凝材料含量较大，导致水化热较高、硬化后收缩、徐变较大，且混凝土生产过程产生的CO2排放量较大将加重环境污染，而CO2的主要排放来源是水泥，约占据了混凝土总CO2排放量的74-81%，其次是粗骨料，约占据13-20%。因此，如何通过调整自密实混凝土的制备过程，在保证混凝土性能需求的同时、降低胶凝材料用量是未来的重要方向。
发明内容
本发明要解决的问题是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法，其在保证自密实混凝土流动性的同时，降低了自密实混凝土的胶凝材料用量。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤，S1根据所述混凝土的性能参数和可压缩堆积模型，确定胶凝材料和骨料体积比；S2根据水胶比和预定的胶凝材料理论用量，确定所述混凝土的原料内各组分的掺量；S3将所述混凝土的原料内各组分按照S2的掺量搅拌混合均匀，得到所述混凝土；其中，所述混凝土包括由水泥、粉煤灰、矿粉组成的胶凝材料以及由细骨料、粗骨料组成的骨料。
通过采用上述技术方案，根据可压缩堆积模型获得骨料和胶凝材料的混合密实度，进而确定二者的最佳体积比区间，然后根据体积法求得低胶凝材料用量区间，最后获得低胶凝材料的自密实混凝土，操作简便，且所得到的混凝土坍落扩展度为505~685mm，扩展时间T500为2.1~7.3s，J环扩展度为405~620mm，28天强度为43~48MPa，达到自密实混凝土的性能需求，其在保证混凝土流动性的同时，降低了混凝土的胶凝材料用量。
进一步地，所述S1中包括，S11采集所述混凝土的原料内各组分的性能参数，所述性能参数包括密度、颗粒粒级分布和粒级体积分数；S12根据所述混凝土的性能参数和可压缩堆积模型，确定胶凝材料和骨料内各组分的堆积密实度、以及胶凝材料和骨料的混合堆积密实度；S13根据不同的胶凝材料的体积比组合、骨料的体积比组合，分别确定胶凝材料的最大堆积密实度和骨料的最大堆积密实度，进而确定胶凝材料内各组分的体积比、骨料内各组分的体积比，得到胶凝材料组合和骨料组合；S14根据不同的胶凝材料和骨料的体积比组合，并结合S13得到的胶凝材料组合和骨料组合，确定胶凝材料和骨料的最大混合堆积密实度，进而确定胶凝材料和骨料的体积比。
具体地，所述胶凝材料中，水泥、粉煤灰、矿粉的体积比为（0.70~0.30）：（0~0.40）：0.30。
具体地，所述骨料中，细骨料和粗骨料的体积比为（0.40~0.50）：（0.60~0.50）。
进一步地，所述S2中包括，S21根据混凝土的预定抗压强度和胶凝材料的最大堆积密实度，确定水与胶凝材料的体积比，即水胶比；S22根据水胶比和预定的胶凝材料理论用量，依次确定胶凝材料、水和骨料的体积，进而确定胶凝材料、水和骨料中各组分的掺量。
优选地，所述S2还包括根据胶凝材料的掺量确定减水剂掺量的过程，其中，减水剂掺量为胶凝材料的理论用量的1.2%。
具体地，所述水胶比为（1.12~1.33）：1。
具体地，所述胶凝材料的理论用量为320~370kg/m³。
进一步地，所述S3中包括，S31将所述混凝土的原料内各组分按照S2的掺量搅拌混合均匀，得到拌合物，然后进行拌合物工作性能测试，并验证所述拌合物的抗压强度；S32根据拌合物的工作性能以及抗压强度，调整所述胶凝材料、骨料、水以及减水剂的掺量，以达到所述混凝土的预定抗压强度；所述工作性能包括坍落扩展度、扩展时间、J环扩展度中的一种或几种；S33将胶凝材料、骨料、水和减水剂按照S32的掺量搅拌混合均匀，得到所述混凝土。
优选地，所述S32中包括，先将所述拌合物进行拌合物工作性能的测试，通过调整减水剂掺量使得拌合物满足工作性能要求；在满足工作性能的条件下，验证所述拌合物是否满足抗压强度要求；若不满足，调整所述胶凝材料内内各组分的比例或水胶比，使所述拌合物的工作性能与抗压强度相平衡。
综上所述，本发明的有益技术效果为：根据可压缩堆积模型获得骨料和胶凝材料的混合密实度，进而确定二者的最佳体积比区间，然后根据体积法求得低胶凝材料用量区间，最后获得低胶凝材料的自密实混凝土，操作简便，其在保证混凝土流动性的同时，降低了混凝土的胶凝材料用量。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述。
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述。
实施例1：为本发明公开的一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤，
S1根据混凝土的性能参数和可压缩堆积模型，确定胶凝材料和骨料体积比；
S2根据水胶比和预定的胶凝材料理论用量，确定混凝土的原料内各组分的掺量；
S3将混凝土的原料内各组分按照S2的掺量搅拌混合均匀，得到混凝土；
其中，混凝土包括由水泥、粉煤灰、矿粉组成的胶凝材料以及由细骨料、粗骨料组成的骨料。
实施例2：为本发明公开的一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法，与实施例1的不同之处在于，S1的具体实现方式如下，
S11采集胶凝材料和骨料内各组分的性能参数，性能参数包括密度、颗粒粒级分布和粒级体积分数；具体的，采用比重瓶排水法测定水泥、粉煤灰、矿粉、细骨料和粗骨料的密度，测定结果如表1所示；采用激光粒度仪测定水泥、粉煤灰、矿粉、细骨料和粗骨料的颗粒粒级分布，采用标准振筛机筛分测定水泥、粉煤灰、矿粉、细骨料和粗骨料的粒级体积分数，测定结果如表2和表3所示；
表1
| 组分 | 水泥 | 粉煤灰 | 矿粉 | 细骨料 | 粗骨料 |
| 密度/（kg/m³） | 3090 | 2080 | 2670 | 2547.57 | 2692.98 |
表2
表3
S12根据可压缩堆积模型、胶凝材料和骨料的性能参数，确定水泥、粉煤灰、矿粉、细骨料和粗骨料的堆积密实度；其中，水泥、粉煤灰、矿粉的实际堆积密实度由最小需水量法测定，进而可算出剩余堆积密实度；细骨料和粗骨料各粒级的实际堆积密实度由密度与堆积密实度算出，进而可算出剩余堆积密实度，结果如表4所示；
表4
S13根据水泥、粉煤灰、矿粉的不同体积比组合，并结合表3，分别计算胶凝材料堆积密实度，进而确定预选胶凝材料组合，即水泥、粉煤灰、矿粉的体积比为（0.7~0.3）：（0~0.4）：0.3；
S14根据细骨料、骨料的不同体积比组合，即不同的砂率，并结合表4，分别计算骨料堆积密实度；然后以砂率为横坐标，骨料堆积密实度为纵坐标，建立坐标系，得到骨料的最大堆积密实度0.7283，进而确定优选砂率为46%；
S15根据胶凝材料和骨料的不同体积比组合，并结合S13的预选胶凝材料组合和S14的优选砂率，分别计算胶凝材料和骨料的混合堆积密实度，进而确定胶凝材料和骨料的体积比为1：（4.61~6.89）。
实施例3：为本发明公开的一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法，与实施例1的不同之处在于，S2的具体实现方式如下，
S21根据混凝土的预定抗压强度和胶凝材料堆积密实度，确定水与胶凝材料的体积比，即水胶比为（1.12~1.33）：1；
S22根据Green CC混凝土的要求，确定胶凝材料的理论用量为320~370kg/m³，然后结合水胶比依次确定胶凝材料、水和骨料的体积，进而确定胶凝材料、水和骨料中各组分的掺量；
S23根据胶凝材料的掺量确定减水剂掺量，其中，减水剂掺量为胶凝材料的理论用量的1.2%。
实施例4：为本发明公开的一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法，与实施例1的不同之处在于，S3的具体实现方式如下，
S31将胶凝材料、骨料、水和减水剂按照S2的掺量混合得到拌合物，然后进行拌合物工作性能测试，并验证拌合物的抗压强度；
S32根据拌合物的工作性能以及抗压强度，调整胶凝材料、骨料、水以及减水剂的掺量，以达到混凝土的预定抗压强度；其中，工作性能包括坍落扩展度、扩展时间、J环扩展度中的一种或几种；具体的，先将拌合物进行拌合物工作性能的测试，通过调整减水剂掺量使得拌合物满足工作性能要求；在满足工作性能的条件下，验证拌合物是否满足抗压强度要求；若不满足，调整胶凝材料内内各组分的比例或水胶比，使拌合物的工作性能与抗压强度相平衡；
S33将胶凝材料、骨料、水和减水剂按照S32的掺量搅拌混合均匀，得到混凝土。
实施例5：为本发明公开的一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土，其由实施例1-4的方法制备而成。在混凝土原料中，胶凝材料、骨料和水的体积比为1：（4.61~6.89）：（1.12~1.33），其中，在胶凝材料中，水泥、粉煤灰、矿粉的体积比为（0.7~0.3）：（0~0.4）：0.3；在骨料中，粗骨料、细骨料体积比为27:23，粗骨料由碎石组成，细骨料由黄砂组成。
然后根据上述配比得到胶凝材料含量分别为320、330、340、350、360、70kg/m³的6组拌合物，并根据JGJT 283-2012进行工作性能以及抗压强度测试，这些拌合物的坍落扩展度为505~685mm，扩展时间T500为2.1~7.3s，J环扩展度为405~620mm，28天强度为43~48MPa。因此，本实施例的混凝土达到自密实混凝土的性能需求，其在保证混凝土流动性的同时，降低了混凝土的胶凝材料用量。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1根据所述混凝土的性能参数和可压缩堆积模型，确定胶凝材料和骨料体积比；
S2根据水胶比和预定的胶凝材料理论用量，确定所述混凝土的原料内各组分的掺量；
S3将所述混凝土的原料内各组分按照S2的掺量搅拌混合均匀，得到所述混凝土；
其中，所述混凝土包括由水泥、粉煤灰、矿粉组成的胶凝材料以及由细骨料、粗骨料组成的骨料。
2.根据权利要求1所述的一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法，其特征在于：所述S1中包括，
S11采集所述混凝土的原料内各组分的性能参数，所述性能参数包括密度、颗粒粒级分布和粒级体积分数；
S12根据所述混凝土的性能参数和可压缩堆积模型，确定胶凝材料和骨料内各组分的堆积密实度、以及胶凝材料和骨料的混合堆积密实度；
S13根据不同的胶凝材料的体积比组合、骨料的体积比组合，分别确定胶凝材料的最大堆积密实度和骨料的最大堆积密实度，进而确定胶凝材料内各组分的体积比、骨料内各组分的体积比，得到胶凝材料组合和骨料组合；
S14根据不同的胶凝材料和骨料的体积比组合，并结合S13得到的胶凝材料组合和骨料组合，确定胶凝材料和骨料的最大混合堆积密实度，进而确定胶凝材料和骨料的体积比。
3.根据权利要求2所述的一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法，其特征在于：所述胶凝材料中，水泥、粉煤灰、矿粉的体积比为（0.70~0.30）：（0~0.40）：0.30。
4.根据权利要求2所述的一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法，其特征在于：所述骨料中，细骨料和粗骨料的体积比为（0.40~0.50）：（0.60~0.50）。
5.根据权利要求2所述的一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法，其特征在于：所述S2中包括，
S21根据混凝土的预定抗压强度和胶凝材料的最大堆积密实度，确定水与胶凝材料的体积比，即水胶比；
S22根据水胶比和预定的胶凝材料理论用量，依次确定胶凝材料、水和骨料的体积，进而确定胶凝材料、水和骨料中各组分的掺量。
6.根据权利要求5所述的一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法，其特征在于：所述S2还包括根据胶凝材料的掺量确定减水剂掺量的过程，其中，减水剂掺量为胶凝材料的理论用量的1.2%。
7.根据权利要求5所述的一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法，其特征在于：所述水胶比为（1.12~1.33）：1。
8.根据权利要求5所述的一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法，其特征在于：所述胶凝材料的理论用量为320~370kg/m³。
9.根据权利要求5所述的一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法，其特征在于：所述S3中包括，
S31将所述混凝土的原料内各组分按照S2的掺量搅拌混合均匀，得到拌合物，然后进行拌合物工作性能测试，并验证所述拌合物的抗压强度；
S32根据拌合物的工作性能以及抗压强度，调整所述胶凝材料、骨料、水以及减水剂的掺量，以达到所述混凝土的预定抗压强度；所述工作性能包括坍落扩展度、扩展时间、J环扩展度中的一种或几种；
S33将胶凝材料、骨料、水和减水剂按照S32的掺量搅拌混合均匀，得到所述混凝土。
10.根据权利要求9所述的一种基于可压缩堆积模型的自密实混凝土的制备方法，其特征在于：所述S32中包括，先将所述拌合物进行拌合物工作性能的测试，通过调整减水剂掺量使得拌合物满足工作性能要求；在满足工作性能的条件下，验证所述拌合物是否满足抗压强度要求；若不满足，调整所述胶凝材料内内各组分的比例或水胶比，使所述拌合物的工作性能与抗压强度相平衡。
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| GR01 | Patent grant | ||
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