CN117711537A - 一种基于粘聚性的混凝土配合比体积砂率多变量优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑工程材料技术领域，具体涉及一种基于粘聚性的混凝土配合比体积砂率多变量优化设计方法。本发明通过建立扩展度、水胶比、浆体量、砂子细度模数、石子最大粒径及粘聚系数6个影响因素（自变量）与体积砂率（因变量）相关性的数学模型，计算得到与施工技术所要求的混凝土粘聚性相适应的体积砂率，快速的进行混凝土配合比优化，从而满足施工技术要求。本发明提供的基于粘聚性的混凝土配合比设计方法可以为混凝土配合比设计优化调整提供理论支持和正确的调整方向，有助于提高混凝土配合比设计调整的合理性、准确性和效率，有助于保证混凝土施工质量。

Description

一种基于粘聚性的混凝土配合比体积砂率多变量优化设计 方法

技术领域

本发明属于建筑工程材料技术领域，具体涉及一种基于粘聚性的混凝土配合比体积砂率多变量优化设计方法。

背景技术

近年来，由于各地加大了环保治理力度，限制矿山和天然骨料的开采，各地用于水泥混凝土的原材料也呈现多元化，品种规格变化也大，混凝土配合比设计就是基于不同技术要求、不同材料品质及规格等级进行各项技术参数的计算和确定，其中关键的一个技术参数就是体积砂率，体积砂率即砂子的体积占砂子和石子总体积的百分数，反应了砂子与石子相互填充配合的体积比例关系，通过体积砂率的调整可以改善混凝土的粘聚性、匀质性及可泵性，混凝土作为建设工程最大宗、应用最普遍的工程材料，混凝土主要组成为水泥、砂子、石子和水，必要时可掺加矿物掺合料和外加剂，其性能优劣往往对土木建筑工程质量产生较大的影响，粘聚性指标作为混凝土满足施工和易性的最基本拌合物性能指标，粘聚性的定义为混凝土拌合物各组成材料之间具有一定的粘聚力，使骨料在浆体中均匀分布，而不致产生分层和离析的性能。良好的粘聚性是保证混凝土浇筑施工质量的重要保障。

当前国内外，关于水泥混凝土设计砂率计算和确定方法方面，建工行业标准《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011关于水泥混凝土设计砂率的确定，只是提供了按照不同坍落度、石子粒径、水胶比相互对照的经验性砂率推荐列表和简单说明，并没有基于理论性的数学模型计算公式和影响规律性原理的说明，考虑的影响因素较少，有较大的局限性。蔡基伟等人在《普通混凝土分全公式设计方法》(河南大学学报.2022.5期)一文中提供了基于水胶比、骨料最大粒径、坍落度三个因素变量的砂率计算公式，但没有涉及到浆体量、砂子细度及外加剂等因素对砂率的影响。对于大流动性混凝土拌合物，随着流动性的增大，为了保证良好的粘聚性不变，需要相应的增加砂率，但随着扩展度的增大(当扩展度大于500mm)，坍落度增加并不明显，并不能很好的反应大流动性混凝土拌合物流动性的变化，因此，把坍落度作为一个自变量，进行砂率计算并不很适宜。王立久等人在《商品混凝土配合比(C20～C60)计算理论研究》(混凝土.1999.10期)一文中提供了混凝土拌合物表观密度、单位用水量与砂率的相关函数计算公式，考虑的影响因素较少，有较大的局限性。刘志杰等在《类比法设计泵送混凝土配合比》(混凝土.2014.2期)一文中提供了基于砂子细度模数、单方水泥用量、坍落度、砂子堆积密度、石子堆积密度和石子孔隙率的多因素变量的砂率计算公式，但没有涉及到浆体量、石子最大粒径、水胶比、粘聚性等因素对等因素对砂率的影响。浆体量、砂子细度模数、石子最大粒径、混凝土扩展度、水胶比等因素对水泥混凝土粘聚性和为保证良好粘聚性所需砂率产生不同的影响。当前各种砂率计算公式，所涉及的影响因素变量并不全面，计算得出砂率对于混凝土配合比设计适用性较差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于粘聚性的混凝土配合比体积砂率多变量优化设计方法。本发明通过将混凝土的扩展度、水胶比、浆体量、砂子细度模数、石子最大粒径及粘聚性影响系数6个影响因素作为自变量，体积砂率作为因变量，建立多因素变量与体积砂率相关性的数学模型，即体积砂率计算公式。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于粘聚性的混凝土配合比体积砂率多变量优化设计方法，所述混凝土的原材料包括；水泥，砂子，石子，外加剂及水；

所述混凝土配合比设计方法包括以下步骤：

(1)、根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011计算得到水胶比ω_w/b及浆体量V_j(浆体量V_j即为每立方混凝土中胶凝材料和水的体积总和)；根据所用原材料，检测得到砂子细度模数M_s和石子最大粒径D_g；

(2)、将步骤(1)得到的水胶比ω_w/b、浆体量V_j、砂子细度模数M_s和石子最大粒径D_g，代入以下公式，得到体积砂率β_s；

式中S为砂率基数，W_ω为水胶比影响系数，μ_J为浆体量影响系数，K为扩展度，λ_k为扩展度影响系数，X_s为砂子细度模数影响系数，D_x为石子粒径影响系数，为粘聚性影响系数；

(3)、根据步骤(2)得到的体积砂率β_s，计算得出所述混凝土配合比。

进一步地，所述石子为卵石时，砂率基数S为21；

所述石子为碎石时，砂率基数S为22；

所述石子为卵石及碎石组成的混合石子时，砂率基数S按照以下公式计算：

S＝21·m_l+22·(1－m_l)；

其中：m_l为卵石在混合石子中的质量百分数。

进一步地，所述K为施工技术中对混凝土的扩展度要求值；

或者，当施工技术仅提供坍落度要求值T时，将坍落度要求值T带入以下公式计算得出扩展度K₀，所述K₀即为K：

式中γ为坍落堆积粘聚系数，当施工技术要求混凝土的粘聚性为合格粘聚性时，γ为0.01；当施工技术要求混凝土的粘聚性为中等粘聚性时，γ为0.25；当施工技术要求混凝土的粘聚性为优等粘聚性时，γ为0.50。

进一步地，所述塌落度为150-240mm。

进一步地，所述砂子为天然砂时，X_s为4.5；所述砂子为机制砂时，X_s为5.0；所述砂子为天然砂及机制砂组成的混合砂时，X_s取按照以下公式计算得到：

X_s＝4.5·m_t+5·(1－m_t)

式中m_t为天然砂在混合砂中的质量百分数。

进一步地，当施工技术要求混凝土的粘聚性为合格粘聚性时，为1.00；当施工技术要求混凝土的粘聚性为中等粘聚性时，/>为1.05；当施工技术要求混凝土的粘聚性为优等粘聚性时，/>为1.10。

进一步地，步骤(2)中，所述W_ω为20；所述μ_J为50；所述λ_k为30；所述D_x为1.5。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过建立扩展度、水胶比、浆体量、砂子细度模数、石子最大粒径及调黏系数6个影响因素(自变量)与体积砂率(因变量)相关性的数学模型，快速的进行混凝土配合比优化，计算得到与所要求的混凝土粘聚性相适应的体积砂率，从而满足施工技术要求。

2、本发明通过建立扩展度、水胶比、浆体量、砂子细度模数、石子最大粒径及调黏系数6个影响因素(自变量)与体积砂率(因变量)相关性的数学模型，可以体现出当保持混凝土粘聚性不变时各影响因素对体积砂率的影响规律，为混凝土配合比设计优化调整提供理论支持和正确的调整方向，有助于提高混凝土配合比设计调整的合理性、准确性和效率；

本发明所体现的影响规律如下：

1)水胶比ω_w/b与体积砂率β_s呈正比，水胶比ω_w/b越大，表明混凝土中水泥浆粘度越低越稀，因而，相应的应提高体积砂率β_s；

2)浆体量V_j与体积砂率β_s呈反比，浆体量V_j越大，表明用于包裹骨料的浆料层厚度越大，因而，相应的应降低体积砂率β_s；

3)混凝土的扩展度K与体积砂率β_s呈正比，混凝土流动性越大，扩展度K越大，相应需要用于润滑粗骨料的砂浆越多，因而，相应的应提高体积砂率β_s；

4)砂子细度模数M_s与体积砂率β_s呈正比，砂子细度模数M_s越大，表明该砂子越粗，细颗粒含量越少，而大一级粒径的骨料孔隙需要小一级粒径的骨料来填充，因而，相应的应提高体积砂率β_s；

5)石子最大粒径D_g与体积砂率β_s呈反比，石子最大粒径D_g越小，其表面积也就越小，需要包裹的砂浆量越大，因而，相应的应提高体积砂率β_s；

6)不同的混凝土粘聚性等级，需要不同的体积砂率β_s呈与之相适应，通过不同粘聚性影响系数对计算的体积砂率β_s进行修正，混凝土拌合物粘聚性越好，相应的要求砂浆包裹石子越好，砂率越高，相应的粘聚性影响系数/>也越大。

3、本发明通过建立混凝土坍落度与扩展度的数学模型公式，可计算出某一坍落度在不同粘聚性等级所对应的扩展度，通过坍落堆积粘聚系数γ可有效反应出不同粘聚性等级状态下坍落度与扩展度的对应关系，坍落堆积粘聚系数γ为按照混凝土坍落度试验将坍落度筒提起后混凝土拌合物在自重作用下坍落扩展停止时所呈现的堆积形体上台面直径与下台面直径的比值，坍落堆积粘聚系数γ越小，表明混凝土拌合物坍落扩展后堆积形体趋近于圆锥体，说明石子堆积的程度越大，砂浆包裹石子程度越差，石子的均匀分散性越差，混凝土粘聚性越差，反之，坍落堆积粘聚系数γ越大，表明混凝土拌合物坍落扩展后堆积形体趋近于圆台体或圆饼状，说明石子堆积的程度越小，砂浆包裹石子程度越好，石子均匀分散性越好，混凝土粘聚性越好。

4、本发明通过建立多因素(自变量)与体积砂率(因变量)的数学模型，从而实现体积砂率的计算，提高配合比设计效率，减少调整环节，特别是针对诸多影响因素同时发生变化时，例如原材料发生变化时，可快速的确定较适宜的体积砂率，从而提高配合比调整效率，有助于保证混凝土施工质量。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

实施例1：

某XX建筑工程，施工技术要求：主体结构设计为C30，施工方式为泵送，坍落度为240mm，粘聚性性能等级为中等粘聚性。

混凝土配合比设计方法的步骤如下：

1、材料选用：采用某厂家P.O42.5水泥，粉煤灰，粒化高炉矿渣微粉、砂子为天然砂(河砂)、中砂、细度模数为2.6，石子选用5-25mm卵石，外加剂选用减水剂、掺量1.5％，水为饮用水，原材料质量均满足相关国家现行标准要求。

2、配合比设计技术参数计算：参照建工行业标准《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011进行计算，配制强度选定为38.2MPa，粉煤灰、粒化高炉矿渣微粉均为20％，用水量选定为182kg/m³，水泥表观密度为3200kg/m³，粉煤灰表观密度为2200kg/m³，粒化高炉矿渣微粉表观密度为2880kg/m³，河砂表观密度为2650kg/m³，卵石表观密度为2680kg/m³；计算得到：水胶比ω_w/b为0.472，浆体量V_j为0.317。计算过程如下：

a)计算混凝土配制强度：混凝土配制强度f_cu,0≥f_cu,k+1.645σ，f_cu.k＝30MPa

，标准差σ＝5.0MPa，f_cu.o≥30+1.645×5＝38.2MPa。

b)计算砼水胶比:

水胶比W/B＝α_a·f_b/(f_cu,0+α_a·α_b·f_b)，胶凝材料胶砂强度f_b＝γ_s·γ_f·f_ce,水泥胶砂强度f_ce＝γ_c·f_ce,水泥强度等级f_ce,g＝42.5MPa，富裕系数γ_c＝1.13，f_ce＝1.13×42.5＝48MPa，掺料1矿粉掺量β_{f 1}＝20％，掺料1影响系数γ_s1＝1.00，掺料2粉煤灰掺量β_{f 2}＝20％，掺料2影响系数γ_f2＝0.85，f_b＝0.85×1×48＝40.8MPa，α_a＝0.53，α_b＝0.35，W/B＝(0.53×40.8)/(38.2+0.53×0.35×40.8)＝0.472。

c)计算用水量:用水量m_w0＝m_w0′·(1-β)，m_w0′＝228kg/m³，外加剂减水率β＝20.0％，m_w0＝228×(1-0.2)＝182kg/m³。

d)计算胶凝材料用量、外加剂用量及净用水量：胶凝材料用量m_b0＝m_w0/(W/B)＝182/0.472＝386kg/m³，掺合料用量m_f0＝m_bo·β_f，掺料1矿粉用量m_f1＝386×0.2＝77kg/m³,掺料2粉煤灰用量m_f2＝386×0.2＝77kg/m³，水泥用量m_c0＝m_b0-m_f0＝232kg/m³,外加剂用量m_ao＝m_bo·β_a,外加剂掺量β_a＝1.5％，m_a0＝386×0.015＝5.8kg/m³，净用水量m_w＝m_w0-m_a0·(1-含固量)＝182-(1-0.068)×5.8＝177kg/m³。

e)浆料体积V_J＝m_c0/ρ_c+m_f0/ρ_f+m_c0/ρ_c+m_f0/ρ_f，

浆料体积V_J＝232/3200+77/2880+77/2200+0.177+5.8/1080＝0.317。

3、体积砂率计算：

1)采用卵石，砂率基数S为21；采用天然砂，砂子细度模数影响系数X_s为4.5；W_ω为水胶比影响系数为20；浆体量影响系数μ_J为50；扩展度影响系数λ_k为30；石子粒径影响系数D_x为1.5，砂子细度模数M_s为2.6，石子最大粒径D_g为25。

2)混凝土粘聚性为中等粘聚性时，坍落堆积粘聚系数γ为0.25；施工技术中坍落度要求值T为240mm，代入以下公式计算得到K₀；

经计算，相应的扩展度K₀为516mm。

3)当混凝土拌合物粘聚性为中等粘聚性时，粘聚性影响系数为1.05。

4)将以上参数代入以下公式，根据公式及数据，计算体积砂率β_s。

其中K为上述K₀；

经计算，体积砂率β_s为43.8％，代入体积法公式计算粗细骨料用量，计算过程如下：

a)m_c0/ρ_c+m_f0/ρ_f+m_g0/ρ_g+m_s0/ρ_s+m_w0/ρ_w+m_a0/ρ_a+0.01α＝1,

b)混凝土含气百分数a＝0.01,

c)骨料总体积V_g＝1-0.01×1-0.317＝0.673，

d)石子体积V_g0＝0.673×(1-0.438)＝0.378，

e)石用量m_g1＝0.378×2680＝1014kg/m3，

f)砂体积V_s1＝0.295×1＝0.295，砂用量m_s1＝0.295×2650＝782kg/m3，

g)混凝土拌合物表观密度计算值ρc,c＝2365kg/m3。

5)经计算，该工程C30泵送混凝土配合比：

水泥：232(kg/m³)，粒化高炉矿渣微粉：77(kg/m³)，粉煤灰：77(kg/m³)，水：177(kg/m³)，减水剂：5.8(kg/m³)，河砂：782(kg/m³)，卵石：1014(kg/m³)。

计算方法参照文献《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011。

6)性能检测：坍落度为245mm，扩展度为515mm，粘聚性等级为中等粘聚性。

实施例2：

某XX建筑工程，施工技术要求：主体结构设计为C30，坍落度为150mm，施工方改为人工浇筑施工，粘聚性性能等级为合格粘聚性。

混凝土配合比设计方法的步骤如下：

1、材料选用：采用某厂家P.O42.5水泥，砂子为天然砂(河砂)与机制砂按质量6：4混合搭配使用，河砂细度模数为2.6，机制砂细度模数为3.4，石子选用5.0-31.5mm碎石，外加剂选用减水剂、掺量1.5％，水为饮用水，原材料质量均满足相关国家现行标准要求。

2、配合比设计技术参数计算：参照建工行业标准《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011进行计算，配制强度选定为38.2MPa，经计算：水胶比ω_w/b为0.529，用水量调整为185kg/m³，减水剂掺量调整为1.0％，水泥表观密度为3200kg/m³，河砂表观密度为2650kg/m³，机制砂表观密度为2700kg/m³，碎石表观密度为2720kg/m³，经计算：浆体量V_j为0.295。计算过程如下：

a)计算砼配制强度：砼配制强度f_cu,0≥f_cu,k+1.645σ，f_cu.k＝30MPa，标准差σ＝5.0Mpa，f_cu.o≥30+1.645×5＝38.2MPa。

b)计算砼水胶比:砼水胶比W/B＝α_a·f_b/(f_cu,0+α_a·α_b·f_b),胶凝材料胶砂强度f_b＝γ_s·γ_f·f_ce,水泥胶砂强度f_ce＝γ_c·f_ce，水泥强度等级f_ce,g＝42.5MPa，富裕系数γ_c＝

1.10，f_ce＝1.1×42.5＝46.8MPa，f_b＝46.8MPa，α_a＝0.53，α_b＝0.35，W/B＝(0.53×46.8)/(38.2+0.53×0.35×46.8)＝0.529。

c)计算用水量:用水量m_w0＝m_w0′·(1-β)，m_w0′＝220kg/m³，外加剂减水率β＝16％，m_w0＝220×(1-0.16)＝185kg/m³。

d)计算胶凝材料用量、外加剂用量及净用水量：胶凝材料用量m_b0＝m_w0/(W/B)＝185/0.529＝350kg/m³，掺合料用量m_f0＝m_bo·β_f，掺料1矿粉用量m_f1＝350×＝0kg/m³,掺料2粉煤灰用量m_f2＝350×＝0kg/m³，水泥用量m_c0＝m_b0-m_f0＝350kg/m³，外加剂用量m_ao＝m_bo·β_a，外加剂掺量β_a＝1.00％，m_a0＝350×0.01＝3.5kg/m³，净用水量m_w＝m_w0-m_a0·(1-含固量)＝185-(1-0.068)×3.5＝182kg/m³。

e)浆料体积V_J＝m_c0/ρ_c+m_f0/ρ_f+m_c0/ρ_c+m_f0/ρ_f，

浆料体积V_J＝350/3200+0/2880+0/2200+0.182+3.5/1080＝0.295。

3、根据公式及数据，计算体积砂率：

1)采用碎石，砂率基数S取22；

2)砂子改为天然砂与机制砂按质量6：4混合搭配使用，代入以下公式计算；

X_s＝4.5·m_t+5·(1－m_t)

计算得到砂子细度模数影响系数X_s为4.7。

砂子为天然砂与机制砂按质量6：4混合搭配得到，河砂细度模数为2.9，机制砂细度模数为3.4，砂子细度模数M_s取以天然砂、机制砂的含量作为权重的加权平均数，经计算为3.0，石子最大粒径D_g为31.5。

3)W_ω为水胶比影响系数为20；浆体量影响系数μ_J为50；扩展度影响系数λ_k为30；石子粒径影响系数D_x为1.5。

4)当混凝土拌合物粘聚性为合格粘聚性时，坍落堆积粘聚系数γ为0.01，施工技术要求中坍落度要求值T为150mm，代入以下公式计算，

经计算，相应的扩展度K₀为372mm。

5)要求当混凝土拌合物粘聚性为合格粘聚性，粘聚性影响系数为1.00。

6)以上参数代入以下公式计算体积砂率β_s；

经计算，体积砂率β_s为42.5％，加入体积法公式计算粗细骨料用量，具体过程如下：

a)m_c0/ρ_c+m_f0/ρ_f+m_g0/ρ_g+m_s0/ρ_s+m_w0/ρ_w+m_a0/ρ_a+0.01α＝1,

b)混凝土含气百分数a＝0.01,

c)骨料总体积V_g＝1-0.01×1-0.295＝0.695。

d)石子体积V_g0＝0.695×(1-0.425)＝0.4，石用量m_g＝0.4×2720＝1087kg/m3，

e)砂1体积比率V_s1％＝60％，砂1体积V_s1＝0.295×0.6＝0.177,砂1用量m_s1＝0.177×2650469kg/m3，砂2体积V_s1＝0.295-0.177＝0.118，砂2用量m_s2＝0.118×2720＝321kg/m3。

f)砼拌合物表观密度计算值ρc,c＝2413kg/m3。

7)经计算，该工程C30人工浇筑混凝土配合比：

水泥：350(kg/m³)，水：182(kg/m³)，减水剂：3.5(kg/m³)，河砂：469(kg/m³)，机制砂：321(kg/m³)，卵石：1087(kg/m³)。

计算方法参照文献《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011。

8)性能检测：坍落度为155mm，扩展度为370mm，粘聚性等级为合格粘聚性，满足施工技术要求。

实施例3：

某高程核心筒外框架建筑工程，施工技术要求：外框架钢结构设计要求为C50钢管混凝土，施工方式为自密实顶升施工，扩展度要求为680mm，要求粘聚性性能等级为优等粘聚性。

混凝土配合比设计方法的步骤如下：

1、材料选用：选用某厂家P.O42.5水泥，粉煤灰为Ⅱ级；砂子为天然砂(河砂)、中砂、细度模数为2.8；石子选用5-10mm卵石和10-20mm碎石，按质量3：7混合搭配使用；外加剂选用高效减水剂、掺量2.5％，水为饮用水，原材料质量均满足相关国家现行标准要求。

2、配合比设计技术参数计算：参照建工行业标准《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011进行计算，配制强度选定为59.9MPa，粉煤灰掺量为15％，用水量选定为180kg/m³，水泥表观密度为3200kg/m³，粉煤灰表观密度为2200kg/m³，河砂表观密度为2650kg/m³，卵石表观密度为2680kg/m³，碎石表观密度为2720kg/m³，经计算：水胶比ω_w/b为0.33，浆体量V_j为0.362。计算过程如下：

a)计算砼配制强度：砼配制强度f_cu,0≥f_cu,k+1.645σ，f_cu.k＝50MPa，标准差

σ＝6.0Mpa，f_cu.o≥50+1.645×6＝59.9MPa。

b)计算砼水胶比:砼水胶比W/B＝α_a·f_b/(f_cu,0+α_a·α_b·f_b),胶凝材料胶砂强度f_b＝γ_s·γ_f·f_ce,水泥胶砂强度f_ce＝γ_c·f_ce，水泥强度等级f_ce,g＝42.5MPa，富裕系数γ_c＝

1.10，f_ce＝1.1×42.5＝46.8MPa，掺料粉煤灰掺量β_f＝15％，掺料2影响系数γ_f2＝0.90，f_b＝0.9×46.8＝42.1MPa，α_a＝0.53，α_b＝0.35，W/B＝(0.53×42.1)/(59.9+0.53×0.35×42.1)＝0.33。

c)计算用水量:用水量m_w0＝m_w0′·(1-β)，m_w0′＝258kg/m³，外加剂减水率β＝28％

，m_w0＝258×(1-0.275)＝187kg/m³。

d)计算胶凝材料用量、外加剂用量及净用水量：

胶凝材料用量m_b0＝m_w0/(W/B)＝187/0.33＝567kg/m³，

掺合料用量m_f0＝m_bo·β_f,掺料粉煤灰用量m_f2＝567×0.15＝85kg/m3，

水泥用量m_c0＝m_b0-m_f0＝482kg/m³，

外加剂用量m_ao＝m_bo·β_a，外加剂掺量β_a＝2.50％，m_a0＝567×0.025＝14.2kg/m3，净用水量m_w＝m_w0-m_a0·(1-含固量)＝187-(1-0.068)×14.2＝174kg/m³。

e)浆料体积浆料体积V_J＝m_c0/ρc+m_f0/ρ_f+m_c0/ρ_c+m_f0/ρ_f

V_J＝482/3200+0/2880+85/2200+0.174+14.2/1080＝0.376。

3、根据公式及数据，计算体积砂率：

1)石子选用5-10mm卵石和10-20mm碎石，按质量3：7混合搭配使用，代入按照以下公式计算得到砂率基数S：

S＝21·m_l+22·(1－m_l)

经计算，砂率基数S为21.7；

2)采用天然砂，砂子细度模数影响系数X_s为4.5；W_ω为水胶比影响系数为20；浆体量影响系数μ_J为50；扩展度影响系数λ_k为30；石子粒径影响系数D_x为1.5，砂子细度模数M_s为2.8，石子最大粒径D_g为20。

3)施工技术要求扩展度K为680mm。

4)混凝土拌合物粘聚性为优等粘聚性时，粘聚性影响系数为1.10。

5)将以上参数代入以下公式计算得到体积砂率β_s，

经计算，体积砂率β_s为47.6％，代入体积法公式计算粗细骨料用量，具体过程如下：

a)m_c0/ρc+m_f0/ρ_f+m_g/ρ_g+m_s/ρ_s+m_w0/ρ_w+m_a0/ρ_a+0.01α＝1。

b)含气百分数a＝0.01。

c)骨料总体积V_g＝1-0.01×1-0.376＝0.614。

d)石子体积V_g0＝0.614×(1-0.476)＝0.322，

石1体积比率V_s1％＝30％,

石1用量m_g1＝0.322×2680＝259kg/m³,

石2用量m_g2＝0.322×2720×(1-0.3)＝613kg/m³，

e)砂体积V_s＝0.292×1＝0.292,

砂用量m_s＝0.292×2650＝774kg/m³。

f)混您凝土拌合物表观密度计算值ρc,c＝2401kg/m³。

6)经计算，该工程C30泵送混凝土配合比：

水泥：482(kg/m³)，粉煤灰：85(kg/m³)，水：174(kg/m³)，减水剂：14.2(kg/m³)，河砂：774(kg/m³)，卵石：259(kg/m³)，碎石：613(kg/m³)。

计算方法参照文献《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011。

7)性能检测：坍落度为265mm，扩展度为685mm，粘聚性等级为优等粘聚性，满足施工技术要求。

Claims (8)

1.一种基于粘聚性的混凝土配合比体积砂率多变量优化设计方法，其特征在于，所述混凝土的原材料包括；水泥，砂子，石子，外加剂及水；

所述混凝土配合比体积砂率多变量优化设计方法包括以下步骤：

(1)、根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011计算得到水胶比ω_w/b及浆体量V_j；根据所用原材料，检测得到砂子细度模数M_s和石子最大粒径D_g；

(2)、将步骤(1)得到的水胶比ω_w/b、浆体量V_j、砂子细度模数M_s和石子最大粒径D_g，代入以下公式，得到体积砂率β_s；

式中S为砂率基数，W_ω为水胶比影响系数，μ_J为浆体量影响系数，K为扩展度，λ_k为扩展度影响系数，X_s为砂子细度模数影响系数，D_x为石子粒径影响系数，为粘聚性影响系数；

(3)、根据步骤(2)得到的体积砂率β_s，计算得出所述混凝土配合比。

2.根据权利要求1所述的混凝土配合比体积砂率多变量优化设计方法，其特征在于，所述石子为卵石时，砂率基数S为21；所述石子为碎石时，砂率基数S为22；所述石子为卵石及碎石组成的混合石子时，砂率基数S按照以下公式计算得到：

S＝21·m_l+22·(1－m_l)；

式中m_l为卵石在混合石子中的质量百分数。

3.根据权利要求1所述的混凝土配合比体积砂率多变量优化设计方法，其特征在于，所述K为施工技术要求中对混凝土的扩展度要求值；

或者，当施工技术仅提供坍落度要求值T时，将坍落度要求值T带入以下公式计算得出扩展度K₀，所述K₀即为K：

式中γ为坍落堆积粘聚系数。

4.根据权利要求3所述的混凝土配合比体积砂率多变量优化设计方法，其特征在于，所述塌落度要求值T为150-240mm。

5.根据权利要求3所述的混凝土配合比设计方法，当施工技术要求中混凝土的粘聚性为合格粘聚性时，所述γ为0.01；当施工技术要求中混凝土的粘聚性为中等粘聚性时，所述γ为0.25；当施工技术要求中混凝土的粘聚性为优等粘聚性时，所述γ为0.50。

6.根据权利要求1所述的混凝土配合比体积砂率多变量优化设计方法，其特征在于，所述砂子为天然砂时，X_s为4.5；所述砂子为机制砂时，X_s为5.0；所述砂子为天然砂及机制砂组成的混合砂时，X_s取按照以下公式计算得到：

X_s＝4.5·m_t+5·(1－m_t)；

式中m_t为天然砂在混合砂中的质量百分数。

7.根据权利要求1所述的混凝土配合比体积砂率多变量优化设计方法，其特征在于，当施工技术要求中混凝土的粘聚性为合格粘聚性时，所述为1.00；当施工技术要求中混凝土的粘聚性为中等粘聚性时，所述/>为1.05；当施工技术要求中混凝土的粘聚性为优等粘聚性时，所述/>为1.10。

8.根据权利要求1所述的混凝土配合比体积砂率多变量优化设计方法，其特征在于，步骤(2)中，所述W_ω为20；所述μ_J为50；所述λ_k为30；所述D_x为1.5。