CN116759034B - 一种基于裹浆厚度的透水混凝土配合比设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，公开了一种基于裹浆厚度的透水混凝土配合比设计方法，通过硅胶液包裹、图像处理实现了骨料比表面积的测试，获得骨料的比表面积，并根据透水混凝土裹浆厚度能够快速、准确地计算确定骨料与水泥浆料的配比用量，为透水混凝土配合比设计及优化提供了技术支持；而且透水混凝土骨料裹浆厚度计算前，引入均匀性指数作为基于裹浆厚度的透水混凝土配合比设计准确性判断依据，能够确保骨料裹浆厚度误差较小的同时，保证透水混凝土的强度和透水性能达到最佳。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，公开了一种基于裹浆厚度的透水混凝土配合比设计方法。
背景技术
透水混凝土是依靠浆体包裹粗骨料相互胶结而成的一种多孔隙材料，广泛应用于河道护岸、边坡防护、停车场等领域。相关研究表明，粗骨料表面浆体的厚度以及其均匀性直接影响了透水混凝土的孔隙率和力学性能。在保证最佳用水量的情况下，适当增加水泥浆料用量会使骨料裹浆厚度增大，从而使透水混凝土的强度和透水性能达到最佳；但过多的浆体用量会导致裹浆厚度不均匀，甚至出现“沉浆封底”现象。因此，需要对裹浆厚度进行控制计算，有利于高性能透水混凝土的制备及应用。
目前，裹浆厚度的测试方法主要有两种，即切割法和包裹法。切割法通过切割混凝土，划分切面网格，利用裂缝宽度仪测试裹浆厚度，该方法思路清晰，但制备和切割过程较繁琐，对于粒径较大的骨料切割过程较困难。包裹法首先需要对骨料比表面积进行计算，再根据浆体包裹前后的质量及浆体密度，确定浆体体积，从而计算裹浆厚度，该方法过程简单，但在计算骨料比表面积过程中假定骨料为球体模型，采用球体表面积及体积公式确定骨料的比表面积，导致裹浆厚度测试结果与实际裹浆厚度有较大的偏差。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于裹浆厚度的透水混凝土配合比设计方法，根据透水混凝土裹浆厚度快速、准确地计算确定骨料与水泥浆料的配比用量，为透水混凝土配合比设计及优化提供了技术支持，且能够确保骨料裹浆厚度误差较小的同时，保证透水混凝土的强度和透水性能达到最佳。
为达上述目的，本发明提供了一种基于裹浆厚度的透水混凝土配合比设计方法，包括：
透水从混凝土用骨料中取骨料样品进行清洗、干燥处理，以处理后的骨料样品作测试样，将测试样浸渍硅胶液后取出，硅胶液固化后获得具有硅胶包裹层的测试样；
脱去测试样的硅胶包裹层并测量硅胶包裹层面积，计算测试样的比表面积；
将所述骨料与水泥浆料按配比进行透水混凝土配制，所述水泥浆料包括水泥、水和外加剂；其中骨料与水泥浆料的配比根据计算确定，/>为水泥浆料用量，/>为水泥浆料冗余系数，/>取值范围为0.8～2.5，/>为水泥浆料密度，/>为透水混凝土设计裹浆厚度，/>为骨料用量，/>为测得的测试样比表面积；
将新拌透水混凝土装入底部带有筛网的容器内静置到无浆体滴落时，将容器内的透水混凝土按照上层、中层、下层厚度比为1:1:1进行分层，每层取相同质量的拌合物样品，获得拌合物样品的骨料表面浆体量；
根据容器上层、中层及下层对应的拌合物样品的骨料表面浆体量，计算水泥浆料包裹均匀性指数，其中/>为上层拌合物样品的骨料表面浆体量，/>为中层拌合物样品的骨料表面浆体量，/>为下层拌合物样品的骨料表面浆体量；
若水泥浆料包裹均匀性指数大于等于水泥浆料包裹均匀性指数的预设阈值，则骨料与水泥浆料的配比满足设计要求，否则调整水泥浆料冗余系数并进行透水混凝土配制，直至水泥浆料包裹均匀性指数/>大于等于水泥浆料包裹均匀性指数的预设阈值。
进一步地，所述硅胶液粘度为20-25，硬度为18-23A°。
进一步地，所述硅胶液的制备方法包括：取硅胶100～120份，硅胶固化剂1～2.5份，均匀搅拌1～5min，静置5～30min，使硅胶液的流动度在135mm～190mm。
进一步地，将测试样浸渍硅胶液后取出，硅胶液固化后获得具有硅胶包裹层的测试样的步骤包括：
将一铁丝网置于容器中，然后加入硅胶液，将测试样放入铁丝网中， 浸渍1～5min后提起铁丝网，使包裹在测试样上多余的硅胶液流出，待硅胶包裹层晾干固化。
进一步地，脱去测试样的硅胶包裹层并测量硅胶包裹层面积，并计算获得测试样的表面积的方法包括：
将固化后的硅胶包裹层从测试样上剥离，将硅胶包裹层裁剪成平面状薄片；
将平面状薄片铺设于水平台上，并在水平台上放置面积已知的参照物，采用相机拍摄获得同时含有参照物以及骨料样品的所有平面状薄片的图像；
利用图像处理软件获得图像的单位像素面积、图像上参照物的像素数以及同一样品的所有平面状薄片的像素数，并根据公式计算对应样品的硅胶包裹层面积，其中/>为骨料表面平均粗糙度修正系数，骨料表面平均粗糙度/>＜200μm时，取1.0，/>介于200～500μm时，/>取1.05，/>＞400μm时，/>取1.1；/>为测试样内第/>个样品的硅胶包裹层面积，/>为参照物的面积，/>为图像上对应样品的所有平面状薄片的像素数之和，/>为图像上参照物的像素数。
测试样的比表面积，/>为第/>个测试样的硅胶包裹层面积，/>为第/>个测试样的质量，/>为测试样所包含的样品数。
进一步地，所述水泥浆料包裹均匀性指数的预设阈值为0.94。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明通过硅胶液包裹、图像处理实现了骨料比表面积的测试，获得骨料的比表面积，并根据透水混凝土裹浆厚度快速、准确地计算确定骨料与水泥浆料的配比用量，为透水混凝土配合比设计及优化提供了技术支持；而且透水混凝土骨料裹浆厚度计算前，引入均匀性指数作为基于裹浆厚度的透水混凝土配合比设计准确性判断依据，能够确保骨料裹浆厚度误差较小的同时，保证透水混凝土的强度和透水性能达到最佳。
附图说明
图1为实施例1或实施例2中基于裹浆厚度的透水混凝土配合比设计方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1，参见图1，一种基于裹浆厚度的透水混凝土配合比设计方法，包括：
从透水混凝土用骨料中取骨料样品进行清洗、干燥处理，以处理后的骨料样品作测试样，将测试样浸渍硅胶液后取出，硅胶液固化后获得具有硅胶包裹层的测试样；
脱去测试样的硅胶包裹层并测量硅胶包裹层面积，计算测试样的比表面积；
将所述骨料与水泥浆料按配比进行透水混凝土配制，所述水泥浆料包括水泥、水和外加剂；其中骨料与水泥浆料的配比根据计算确定，/>为水泥浆料用量，/>为水泥浆料冗余系数，/>取值范围为0.8～2.5，/>为水泥浆料密度，/>为透水混凝土设计裹浆厚度，/>为骨料用量，/>为测得的测试样比表面积；
将新拌透水混凝土装入底部带有筛网的容器内静置到无浆体滴落时，将容器内的透水混凝土按照上层、中层、下层厚度比为1:1:1进行分层，每层取相同质量的拌合物样品，获得拌合物样品的骨料表面浆体量；
根据容器上层、中层及下层对应的拌合物样品的骨料表面浆体量，计算水泥浆料包裹均匀性指数，其中/>为上层拌合物样品的骨料表面浆体量，/>为中层拌合物样品的骨料表面浆体量，/>为下层拌合物样品的骨料表面浆体量；
若水泥浆料包裹均匀性指数大于等于预设阈值，则骨料与水泥浆料的配比满足设计要求，否则调整水泥浆料冗余系数并进行透水混凝土配制，直至水泥浆料包裹均匀性指数/>大于等于预设阈值。
在本实施例中，通过硅胶液包裹、图像处理实现了骨料比表面积的测试，获得骨料的比表面积，并根据透水混凝土裹浆厚度快速、准确地计算确定骨料与水泥浆料的配比用量，为透水混凝土配合比设计及优化提供了技术支持；而且透水混凝土骨料裹浆厚度计算前，引入均匀性指数作为基于裹浆厚度的透水混凝土配合比设计准确性判断依据，能够确保骨料裹浆厚度误差较小的同时，保证透水混凝土的强度和透水性能达到最佳。
实施例2，参见图1，本实施例以某透水混凝土骨料裹浆厚度测试为例，对本发明的方法流程进行详细说明，具体测试方法包括：
步骤一、从透水混凝土用骨料中取骨料样品进行清洗、干燥处理，以处理后的骨料样品作测试样，将测试样浸渍硅胶液后取出，硅胶液固化后获得具有硅胶包裹层的测试样；
本实施例中所述硅胶液的制备方法包括：取硅胶100份，硅胶固化剂1.5份，均匀搅拌1min，静置12min，此时硅胶液的流动度为165mm，粘度为20，硬度为20A°；
干燥后的测试样浸渍硅胶液的方法为：将一铁丝网置于容器中，然后加入硅胶液，将测试样分批放入铁丝网中，1min后提起铁丝网，使包裹在测试样上多余的硅胶液流出，包裹有硅胶液的测试样在空气中静置，待硅胶包裹层晾干固化。
步骤二、脱去测试样的硅胶包裹层并测量硅胶包裹层面积，计算测试样的比表面积；本实施例中，具体操作流程如下：
将固化后的硅胶包裹层从测试样上剥离，将硅胶包裹层裁剪成平面状薄片；为保证测试数据的准确性，薄片最大面积不超过25mm2；
将平面状薄片铺设于水平台上，并在水平台上放置面积已知的参照物，采用相机拍摄获得同时含有参照物以及骨料样品的所有平面状薄片的图像；
将图像导入Image Pro Plus图像处理软件中，利用Image Pro Plus图像处理软件获得图像的单位像素面积、图像上参照物的像素数以及同一样品的所有平面状薄片的像素数，并根据公式计算对应样品的硅胶包裹层面积，其中/>为骨料表面平均粗糙度修正系数，骨料表面平均粗糙度Ra＜200μm时，/>取1.0，Ra介于200～500μm时，/>取1.05，Ra＞400μm时，/>取1.1；/>为测试样内第/>个样品的硅胶包裹层面积，/>为参照物的面积，/>为图像上对应样品的所有平面状薄片的像素数之和，/>为图像上参照物的像素数；通过采用不同骨料表面平均粗糙度来引入不同的修正系数对硅胶包裹层面积进行修正，能够进一步确保计算获得的骨料比表面积数据的准确性；
测试样的比表面积，/>为第/>个测试样的硅胶包裹层面积，/>为第/>个测试样的质量，/>为测试样所包含的样品数。
步骤三、将所述骨料与水泥浆料按配比进行透水混凝土配制，所述水泥浆料包括水泥、水和外加剂；其中骨料与水泥浆料的配比根据计算确定，/>为水泥浆料用量，/>为水泥浆料冗余系数，/>取值范围为0.8～2.5，/>为水泥浆料密度，/>为透水混凝土设计裹浆厚度，/>为骨料用量，/>为测得的测试样比表面积；
水泥浆料的密度按如下方法计算：根据透水混凝土设计强度要求获得水泥浆料配比，按配比称取一定量的水泥、水、减水剂、增稠剂，放入水泥净浆机中进行搅拌，慢搅120s，停15s，快搅120s；将水泥浆料分两次装入40mm×40mm×40mm的容器中，使用振动台振动30s排出容器内气体，将多余浆体刮去，根据浆体质量除以容器体积计算水泥浆料密度，重复三次取平均值。
步骤四、将新拌透水混凝土装入底部带有筛网的容器内静置到无浆体滴落时，将容器内的透水混凝土按照上层、中层、下层厚度比为1:1:1进行分层，每层取相同质量的拌合物样品，分别获得各层拌合物样品的骨料表面浆体量。
步骤五、根据容器上层、中层及下层对应的拌合物样品的骨料表面浆体量，计算水泥浆料包裹均匀性指数，其中/>为上层拌合物样品的骨料表面浆体量，/>为中层拌合物样品的骨料表面浆体量，/>为下层拌合物样品的骨料表面浆体量；本实施例中取预设阈值为0.94，若水泥浆料包裹均匀性指数大于等于0.94，则骨料与水泥浆料的配比满足设计要求，否则调整水泥浆料冗余系数/>并进行透水混凝土配制，直至水泥浆料包裹均匀性指数/>大于等于预设阈值。
虽然对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于裹浆厚度的透水混凝土配合比设计方法，其特征在于，包括：
从透水混凝土用骨料中取骨料样品进行清洗、干燥处理，以处理后的骨料样品作测试样，将测试样浸渍硅胶液后取出，硅胶液固化后获得具有硅胶包裹层的测试样；
脱去测试样的硅胶包裹层并测量硅胶包裹层面积，计算测试样的比表面积，为第/>个测试样的硅胶包裹层面积，/>为第/>个测试样的质量，/>为测试样所包含的样品数；
将所述骨料与水泥浆料按配比进行透水混凝土配制，所述水泥浆料包括水泥、水和外加剂；其中骨料与水泥浆料的配比根据计算确定，/>为水泥浆料用量，/>为水泥浆料冗余系数，/>取值范围为0.8～2.5，/>为水泥浆料密度，/>为透水混凝土设计裹浆厚度，/>为骨料用量，/>为测得的测试样比表面积；
将新拌透水混凝土装入底部带有筛网的容器内静置到无浆体滴落时，将容器内的透水混凝土按照上层、中层、下层厚度比为1:1:1进行分层，每层取相同质量的拌合物样品，获得拌合物样品的骨料表面浆体量；
根据容器上层、中层及下层对应的拌合物样品的骨料表面浆体量，计算水泥浆料包裹均匀性指数，其中/>为上层拌合物样品的骨料表面浆体量，/>为中层拌合物样品的骨料表面浆体量，/>为下层拌合物样品的骨料表面浆体量；
若水泥浆料包裹均匀性指数大于等于水泥浆料包裹均匀性指数的预设阈值，则骨料与水泥浆料的配比满足设计要求，否则调整水泥浆料冗余系数并进行透水混凝土配制，直至水泥浆料包裹均匀性指数/>大于等于水泥浆料包裹均匀性指数的预设阈值。
2.根据权利要求1所述的基于裹浆厚度的透水混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述硅胶液粘度为20-25，硬度为18-23A°。
3.根据权利要求2所述的基于裹浆厚度的透水混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述硅胶液的制备方法包括：取硅胶100～120份，硅胶固化剂1～2.5份，均匀搅拌1～5min，静置5～30min，使硅胶液的流动度在135mm～190mm。
4.根据权利要求1所述的基于裹浆厚度的透水混凝土配合比设计方法，其特征在于，将测试样浸渍硅胶液后取出，硅胶液固化后获得具有硅胶包裹层的测试样的步骤包括：
将一铁丝网置于容器中，然后加入硅胶液，将测试样放入铁丝网中， 浸渍1～5min后提起铁丝网，使包裹在测试样上多余的硅胶液流出，待硅胶包裹层晾干固化。
5.根据权利要求1所述的基于裹浆厚度的透水混凝土配合比设计方法，其特征在于，脱去测试样的硅胶包裹层并测量硅胶包裹层面积的方法包括：
将固化后的硅胶包裹层从测试样上剥离，将硅胶包裹层裁剪成平面状薄片；
将平面状薄片铺设于水平台上，并在水平台上放置面积已知的参照物，采用相机拍摄获得同时含有参照物以及骨料样品的所有平面状薄片的图像；
利用图像处理软件获得图像的单位像素面积、图像上参照物的像素数以及同一样品的所有平面状薄片的像素数，并根据公式计算对应样品的硅胶包裹层面积，其中/>为骨料表面平均粗糙度修正系数，骨料表面平均粗糙度/>＜200μm时，/>取1.0，/>介于200～500μm时，/>取1.05，/>＞400μm时，/>取1.1；/>为测试样内第/>个样品的硅胶包裹层面积，/>为参照物的面积，/>为图像上对应样品的所有平面状薄片的像素数之和，/>为图像上参照物的像素数。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的基于裹浆厚度的透水混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述水泥浆料包裹均匀性指数的预设阈值为0.94。
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