CN114751688A - 一种高抗裂低温升大体积机制砂混凝土设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高抗裂低温升大体积机制砂混凝土设计方法，属于建筑材料设计与制备技术领域，该方法以富勒连续级配理论为依据，有多种不同级配骨料情况下，通过线性或者多项式组合的方法找到最优级配，确定各档粗细骨料使用比例，以试验验证最优级配。以理论最优骨料配比为基础，综合考虑、水灰比、粉煤灰用量，对于粉煤灰掺量，结合其不同掺量的水泥浆体水化放热量最终确定其用量。通过本发明提出的于骨料级配设计的高抗裂低温升大体积机制砂混凝土配合比设计方法，可以得到具有工作性能、力学性能良好的混凝土，同时混凝土的水化放热低，抗裂能力得到显著改善，为工程混凝土配合比设计提供一种新方法。

Description

一种高抗裂低温升大体积机制砂混凝土设计方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种高抗裂低温升大体积机制 砂混凝土设计方法。

背景技术

混凝土在基础建设中是不可或缺的建筑材料之一，其中，地铁工程混凝 土结构物开裂影响着结构安全和使用寿命，如何进行合理的配合比设计，控 制混凝土裂缝的产生并保障施工进度，是工程建设的重点和难点。另外，随 着我国众多基础设施的建设，天然砂资源的储量越来越少，且天然砂本身分 布不均匀，相对于沿江、河流和湖泊地区，山区的天然砂资源储量本身就非 常少，优质砂供不应求，河砂等属于短期不可再生资源，环境保护与工程需 求之间的矛盾日益凸显，导致河砂资源的枯竭，于是机制砂应运而生，相较 河砂，机制砂具有多方面的优势。

本发明目的就是研究一种基于粗细骨料级配设计，利用富勒最有级配曲 线和筛分数据结合，找到骨料的最佳使用比例，再综合考虑水灰比、粉煤灰 掺量等进行混凝土的配合比设计，通过该方法制备得的混凝土工作性能、力 学性能、耐久性能良好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高抗裂低温升大体积机制砂混凝土设计方 法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高抗裂低温升大体积机 制砂混凝土设计方法，其特征在于：该设计方法是基于富勒连续级配理论曲线， 与骨料筛分结果数据结合，将多种不同级配的骨料通过线性或者多项式组合的 方法，确定各档粗细骨料的使用比例。

优选的，涉及的配合比中的骨料需得进行筛分试验，各档骨料使用比例进 行多项式组合后与富勒连续最佳级配曲线以最小平方法运算结果进行拟合。

优选的，混凝土组分包含普通硅酸盐水泥、粉煤灰、机制砂(2挡)、石 (3挡)、水、减水剂、聚丙烯纤维。

优选的，机制砂采用混合砂，细度模数为2.5～2.7,含泥量不大于5％，石 有不少于三挡不同级配的石材料组成。

优选的，粉煤灰取代水泥以此来降低混凝土因水泥水化产生的水化热，综 合考虑水化放热及混凝土的力学性能确定粉煤灰的用量。

优选的，该配合比设计包括外加聚合物聚酯纤维。

一种高抗裂低温升大体积机制砂混凝土设计方法，其设计过程如下：

步骤一：根据普通混凝土配合比设计初步设定初始配合比；

步骤二：根据富勒最优级配曲线和筛分数据结果进行多项式组合并对组合 后的级配与富勒最优级配曲线进行数据最小二乘法计算，找到最优骨料级配；

步骤三：综合考虑水灰比、粉煤灰掺量，对配合比进行优化。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：对混凝土配合比设计引入富勒 最优曲线的应用，利用多挡粗细骨料多项式组合的方法对混凝土配合比骨料 设计布置进行优化，同时考虑利用粉煤灰降低水泥水化热，综合考虑不同掺 量粉煤灰水化结果以及力学特性考虑其用量，采用一种基于骨料级配设计对 混凝土配合比进行优化设计，可以得到具有工作性能、力学性能良好的混凝 土，同时混凝土的水化放热低，抗裂能力得到显著改善的混凝土。

附图说明

图1为本发明混凝土全骨料级配优化曲线(其中设计级配为本实例所给五 档骨料经过本方法过后最佳设计级配曲线)；

图2为本发明不同粉煤灰掺量水泥浆部分(胶凝材料+水)的7d水化放 热反应曲线；

图3为本发明不同水灰比混凝土7d力学性能的曲线图；

图4为本发明不同水灰比混凝土28d力学性能的曲线图；

图5为本发明不同粉煤灰掺量同水灰比混凝土7d力学性能的曲线图；

图6为本发明不同粉煤灰掺量同水灰比混凝土28d力学性能的曲线图；

图7为本发明根据筛分实验数据将上述三档粗骨料多项式组合并与富勒 最优曲线进行计算结果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 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。

本发明提供的一种高抗裂低温升大体积机制砂混凝土设计方法，包括水 泥、粉煤灰、减水剂、三档以上的粗骨料、两档以上混合机制砂、水、聚丙烯 纤维，具体技术方案如下：

根据传统的混凝土配合比设计方法设计混凝土的基本配合比，确定粗细骨 料所需的总用量、初始水灰比，砂率等基本参数，筛分出多档骨料的试验结果， 结合的富勒提出的连续级配理论为依据，结合筛分数据结果，进行基于骨料级 配设计，确定多档粗细骨料使用比例，之后综合考虑水灰比、粉煤灰掺量等对 配合比进行优化；

对于骨料级配优化设计，对多档骨料的筛分数据结果进行线性或多项式组 合，对组合之后的结果与富勒最优级配曲线进行拟合，两者数据以最小二乘法 运算，找到各档骨料使用比例，找到最优解；

所选用多挡粗细骨料均进行筛分以及烘干处理；

对于降低因水泥水化的水化热采用掺粉煤灰以降低水泥水化热，其掺量以 对比不同掺量粉煤灰与水泥的胶凝体系水化放热结果和力学特性综合考虑最 终用量；

对于水灰比的选定，综合考虑其工作性能及力学特性。

具体实施例：

以三档粗骨料，两档细骨料，其中一档为机制砂，配制抗压等级C40、塌 落度大于160mm的机制砂混凝土，通过该基于骨料级配设计大体积机制砂混 凝土设计方法，其能够满足C40泵送机制砂混凝土的基本要求，其水化温升 较低，抗裂性能良好。

所述三档粗骨料及两档细骨料经过筛分实验结果如表一：

表一：骨料筛分实验数据(各档材料通过率(％))

以富勒提出的连续级配理论为依据，与筛分数据结果结合将多组骨料进 行多项式组合，其中富勒连续级配理论按照式(一)计算：

式中：

P——孔进为d(mm)粒径集料通过百分率(％)；

D——集料的最大粒径；

d——筛孔尺寸；

h——系数；

本实例中h取0.5，则进过富勒联系级配理论公式计算过后最优级配如表 二富勒最优级配：

结合表一表二数据，对表一5档骨料按照式二进行多项式组合并按照式 三多所有组合结果进行最小二乘计算，找到骨料最佳使用比例。简化说明， 本实例中设定初始砂率为40％，且保证细骨料组合过后细度模数在2.6左右， 故两档砂用量比例为(4#：5#＝64％：36％)。

式中：

P_i——多项式组合后i号筛孔集料通过百分率(％)；

P_i，j——第j种集料在i号筛孔集料通过百分率；

X_j——第j种集料进行多项式组合时该骨料使用比例；

其中，i＝(1～m)，m为筛号个数；j＝(1～n)，n为骨料档数，且为整数，

P——富勒最优级配曲线计算所得对应i号筛孔集料通过百分率；

因此，对与本实例用，设定初始砂率为40％，且保证细骨料组合过后细度 模数在2.6左右，故两档砂用量比例为(4#：5#＝64％：36％)。

对三档粗骨料采用上述式子进行多项式组合，找到M的最小值作为理论 计算最佳骨料使用比例，同时为通过实验验证理论计算最佳骨料级配的力学 特性，取3组相邻组合中M的最小值对应的骨料级配进行试验验证，经过组 合与最小二乘计算后，找到上述三组骨料配比如图7。完成骨料最佳配比，初 步确定配合比以验证骨料级配设计，初步配合比如表三：

表三：本实例初步配合比

依据配合比和骨料级配比例进行的混凝土试块的制备并测其力学性能。 其7天、28天力学性能如表四：

表四：不同骨料比例混凝土7d、28d力学性能表

由表四可得，五组骨料级配的7d、28d强度均达到设计要求，其中富勒 最优级配配比的7d抗压强度与抗折强度最高，混凝土的力学性能随着与最优 曲线偏离程度由低到高即最小二乘数值由小到大呈现出逐渐下降的趋势，且 随着偏离程度的增大下降趋势越大，因此，通过实验对该混凝土初步配合比 进行骨料级配优化，可有效提高混凝土的力学性能。

在给定集料以及设计要求的情况下，确定本实例最佳骨料的使用比例为： 1#：2#：3#：4#：5#＝32：7：21：21:19，采用该组骨料使用比例，进一步考 虑水灰比及粉煤灰掺量对初始配合比进行优化。不同水灰比混凝土试块的制 备并测其力学性能。其7天、28天力学性能如表五：

表五：不同水灰比混凝土7d、28d力学性能表：

由表五可得，基于骨料设计之后确定完最佳骨料使用比例，调整水灰比 之后进行优化配合比，在满足工程塌落度要求之下，水灰比为0.38对于本实 例为最优水灰比。

对于粉煤灰的掺量，综合考虑水化放热和不同掺量的粉煤灰混凝土的力 学性能考虑其最终掺量，不同粉煤灰混凝土试块的制备并测其力学性能。其7 天、28天力学性能如表六所示，其累计水化放热如附图2所示

表五：不同粉煤灰混凝土7d、28d力学性能及7d水化热

综合考虑水放热及混凝土的力学性能，从附图2水化放热曲线可知，本 实例中粉煤灰掺量为15％，早期水化热较低，且28d力学性能最佳，因此，粉 煤灰掺量在本实例中为15％。

综上所述，骨料级配设计的高抗裂低温升大体积机制砂混凝土设计方法， 并综合考虑水灰比与粉煤灰掺量对其进行配合比优化，可以提高混凝土工作 性能、力学性能，同时混凝土的水化放热低，抗裂能力得到显著改善，为工 程混凝土配合比设计提供一种新方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本 发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高抗裂低温升大体积机制砂混凝土设计方法，其特征在于：基于富勒连续级配理论曲线，与骨料筛分结果数据结合，将多种不同级配的骨料通过线性或者多项式组合的方法，确定各档粗细骨料的使用比例。

2.根据权利要求1所述的一种高抗裂低温升大体积机制砂混凝土设计方法，其特征在于：涉及的配合比中的骨料需得进行筛分试验，各档骨料使用比例进行多项式组合后与富勒连续最佳级配曲线以最小平方法运算结果进行拟合。

3.根据权利要求1所述的一种高抗裂低温升大体积机制砂混凝土设计方法，其特征在于：混凝土组分包含普通硅酸盐水泥、粉煤灰、机制砂、石、水、减水剂、聚丙烯纤维。

4.根据权利要求3所述的一种高抗裂低温升大体积机制砂混凝土设计方法，其特征在于：机制砂采用混合砂，细度模数为2.5～2.7,含泥量不大于5％，石有不少于三挡不同级配的石材料组成。

5.根据权利要求3所述的一种高抗裂低温升大体积机制砂混凝土设计方法，其特征在于：粉煤灰取代水泥以此来降低混凝土因水泥水化产生的水化热，综合考虑水化放热及混凝土的力学性能确定粉煤灰的用量。

6.根据权利要求3所述的一种高抗裂低温升大体积机制砂混凝土设计方法，其特征在于：该配合比设计包括外加聚合物聚酯纤维。

7.根据权利要求3所述的一种高抗裂低温升大体积机制砂混凝土设计方法，其设计过程如下：

步骤一：根据普通混凝土配合比设计初步设定初始配合比；

步骤二：根据富勒最优级配曲线和筛分数据结果进行多项式组合并对组合后的级配与富勒最优级配曲线进行数据最小二乘法计算，找到最优骨料级配；

步骤三：综合考虑水灰比、粉煤灰掺量，对配合比进行优化。

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