一种绿色混凝土配合比优化方法技术

本发明专利技术公开一种绿色混凝土配合比优化方法，包括如下步骤：(1)根据设计要求、现有规范及工程经验确定符合性能要求混凝土配合比；(2)原材料参数测定及混凝土性能预测模型建立；(3)对原混凝土配合比进行循环优化设计，获得最终结果。该方法由于采用了先进的颗粒堆积理论和严密的数理推导，并结合现场材料的实际试验情况，建立了能够快速并且准确地预测混凝土工作性能及抗压强度的一套方法，在此基础上建立的混凝土配合比循环优化设计方法，能够在无需后续试验情况下，仅仅通过计算机即可算出在保证原设计工作性能及强度前提下的水泥最低使用量。

【技术实现步骤摘要】
一种绿色混凝土配合比优化方法
本专利技术涉及及建筑浇筑用混凝土
，尤其是涉及一种绿色混凝土配合比优化方法。
技术介绍
混凝土作为当今世界上应用最广泛的建筑材料，在其带给人们巨大使用便利的同时，也带来了十分严峻的资源、能源及环境问题。通常一吨水泥的生产伴随一顿CO2的排放，与此同时水泥的生产也导致了大量的有害粉尘排放，严重污染了环境，破坏生态平衡，给社会经济的可持续发展及人类自身的生存带来了严重的危害。目前以降低水泥用量为目的混凝土配合比设计方法很多，但是由于大多数设计方法采用的理论均存在一定的局限性，从而导致这些设计方法不具备普适性，无法推广使用；而可压缩堆积模型，可以有效考虑实际用材与现场施工的情况，因此可以作为一个理想的工具应用到混凝土配合比设计方法中，填充目前国内外尚没有利用其进行混凝土硬化性能预测的技术空白，进而优化配合比的设计方法。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种绿色混凝土配合比优化方法，本专利技术采用如下技术方案实现：一种绿色混凝土配合比优化方法，包括如下步骤：(1)根据设计要求、现有规范及工程经验确定符合性能要求混凝土配合比；(2)原材料参数测定及混凝土性能预测模型建立；(3)对原混凝土配合比进行循环优化设计，获得最终结果。优选的，在上述的一种绿色混凝土配合比优化方法中，所述步骤(2)具体包括如下步骤：对原材料进行参数测定，包括粉体和粗细骨料的固体颗粒粒径分布及其体积含量比，通过数理方法确定固体颗粒各粒级的剩余堆积密实度；根据可压缩堆积模型(CompressiblePackingModel)计算混合料的堆积密实度及孔隙率；引入和易性指标的影响系数W，通过试验确定W与新拌混凝土和易性的关系模型；引入新的概念——水泥颗粒密度系数S，并通过试验确定S与硬化混凝土性能指标的关系模型；基于以上三点建立适用于该原材料的新拌混凝土和易性性能模型及硬化混凝土性能模型。优选的，在上述的一种绿色混凝土配合比优化方法中，所述步骤(3)具体包括如下步骤：①通过调整各粒级粗细骨料的体积含量比，使混合料的堆积密实度达到最密实状态，并计算密实度及孔隙率；②根据密实度的变化来调整需水量进而调整和易性指标的影响系数W，使之与设计和易性要求的W一致；③通过计算得到S值发生的变化，加入工业废渣代替水泥来降低S值；④回到步骤②继续进行循环调整，直至S值逼近至设计的S值，得到最终优化的配合比。优选的，在上述的一种绿色混凝土配合比优化方法中，所述的工业废渣为粉煤灰或矿渣或粉煤灰和矿渣的混合物。优选的，在上述的一种绿色混凝土配合比优化方法中，所述混合料堆积密实度由可压缩堆积模型计算，公式如下：bij＝1-(1-di/dj)1.50其中αt——为混合料的计算堆积密实度；yi——为i粒级颗粒的体积分数；βi——为i粒级的剩余堆积密实度，是颗粒粒级特征值；K——为压实指数，与堆积形式有关，根据CPM模型对K值的取值要求，当堆积形式为湿堆积时，取K＝6.7，本技术方案由于混凝土混合料堆积为湿堆积，估取K＝6.7；γi——为i粒级为主时整个混合料的虚拟堆积密实度；aij——为j粒级颗粒对粒级为i粒级颗粒所产生的松动效应系数；bij—为i粒级颗粒对j粒级颗粒所产生的附壁效应系数；工业废渣等粉体用激光粒度仪测量各粒级颗粒的体积分数yi，砂和碎石的各粒级体积分数yi用砂石筛分机筛分后测得，以该颗粒的粒级区间决定该颗粒的特征粒径，计算公式为：log10(di)＝[log10(dmax)+log10(dmin)]/2粉体材料的βi确定：在测出材料各粒级的di和yi后，通过最小需水量法测得每种材料的实际堆积密实度αt，再通过上述公式反算βi，这里假设β1i＝…＝βji＝…＝βmi＝βi；砂石的βi确定：将砂石进行筛分后，用排水法对各粒级颗粒的实际堆积密实度进行测定，进而确定为βi。优选的，在上述的一种绿色混凝土配合比优化方法中，所述工业废渣为粉煤灰和矿渣的混合物时，粒级有重叠，故粉体材料的粒级di和yi必须按照下式计算；式中：—为复合后的第i粒级的颗粒体积分数；yij—为第j种材料的第i粒级的颗粒在该材料中的体积分数；rj—为第j种材料在复合材料中所占的体积比例；—为复合后的第i粒级的剩余堆积密实度；βij—为第j种材料在i粒级的颗粒的剩余堆积密实度。优选的，在上述的一种绿色混凝土配合比优化方法中，还包括和易性影响系数和等效水泥颗粒间隙系数其中，Vp为单位体积混合物内固体颗粒所占体积，V＝Vp+Vw，Vw为单位体积混合物内水所占体积；为等效水泥颗粒在总固体颗粒体积中所占的比例，为由其它固体颗粒所提供的空间中等效水泥颗粒所能占有的最大体积分数；可由以下公式计算所得，Kb＝Kbi可由附录1代码计算堆积密实度时同时计算得出，而Kcem由以下公式得出，式中Kb—为胶凝材料颗粒的总压实指数；Kbi—为粒级为i的胶凝材料颗粒的压实指数；Kcem—为水泥颗粒的总压实指数；rm—为矿物掺合料颗粒占所有固体颗粒中的体积分数；rcem—为水泥颗粒占所有固体颗粒中的体积分数；yicem—为第i粒级中水泥颗粒占胶凝材料颗粒总量的比例；yim—为第i粒级中矿物掺合料颗粒占胶凝材料颗粒总量的比例；Am—为胶凝材料的活性系数，粉煤灰掺量小于等于20％时取0.7，大于20％小于等于30％取0.6，大于30％小于等于40％取0.4，大于40％小于等于50％取0.25。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：由于采用了先进的颗粒堆积理论和严密的数理推导，并结合现场材料的实际试验情况，建立了能够快速并且准确地预测混凝土工作性能及抗压强度的一套方法，在此基础上建立的混凝土配合比循环优化设计方法，能够在无需后续试验情况下，仅仅通过计算机即可算出在保证原设计工作性能及强度前提下的水泥最低使用量；由于试验次数及最终水泥用量的大大减少，使CO2、SO2等有害气体的排放量也得到了明显的减少；由于工业废料的回收利用也大大地降低了生产成本。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术公开一种绿色混凝土配合比优化方法，具体包括如下步骤：(1)根据现有规范及工程经验，按照设计要求确定初始混凝土配合比；(2)对现场施工原材料进行参数测定及混凝土预测模型建立，包括：一、可压缩堆积模型(CompressiblePackingModel，CPM)材料参数测量：混凝土堆积密实度由可压缩堆积模型计算，公式为：bij＝1-(1-di/dj)1.50(4)其中αt——为混合料的计算堆积密实度；yi——为i粒级颗粒的体积分数；βi——为i粒级的剩余堆积密实度，是颗粒粒级特征值；K——为压实指数，与堆积形式有关，根据CPM模型对K值的取值要求，当堆积形式为湿堆积时，取K＝6.7，本技术方案由于混凝土混合料堆积为湿堆积，估取K＝6.7；γi——为i粒级为主时整个混合料的虚拟堆积密实度；aij——为j粒级颗粒对粒级为i粒级颗粒所产生的松动效应系数；bij—为i粒级颗粒对j粒级颗粒所产生的附壁效应系数。工业本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绿色混凝土配合比优化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据设计要求、现有规范及工程经验确定符合性能要求混凝土配合比；(2)原材料参数测定及混凝土性能预测模型建立；(3)对原混凝土配合比进行循环优化设计，获得最终结果。

【技术特征摘要】
1.一种绿色混凝土配合比优化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据设计要求、现有规范及工程经验确定符合性能要求混凝土配合比；(2)对原材料进行参数测定，包括粉体和粗细骨料的固体颗粒粒径分布及其体积含量比，通过数理方法确定固体颗粒各粒级的剩余堆积密实度；根据可压缩堆积模型(CompressiblePackingModel)计算混合料的堆积密实度及孔隙率；计算和易性指标的影响系数W，通过试验确定W与新拌混凝土和易性的关系模型，所述和易性影响系数Vp为单位体积混合物内固体颗粒所占体积，V＝Vp+Vw，Vw为单位体积混合物内水所占体积；αt为混合料的计算堆积密实度；计算水泥颗粒密度系数S，并通过试验确定S与硬化混凝土性能指标的关系模型，所述水泥颗粒密度系数S可按计算，为等效水泥颗粒在总固体颗粒体积中所占的比例，为由其它固体颗粒所提供的空间中等效水泥颗粒所能占有的最大体积分数；基于以上三点建立适用于该原材料的新拌混凝土和易性性能模型及硬化混凝土性能模型；(3)对原混凝土配合比进行循环优化设计，获得最终结果。2.根据权利要求1所述的一种绿色混凝土配合比优化方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括如下步骤：①通过调整各粒级粗细骨料的体积含量比，使混合料的堆积密实度达到最密实状态，并计算密实度及孔隙率；②根据密实度的变化来调整需水量进而调整和易性指标的影响系数W，使之与设计和易性要求的W一致；③通过计算得到S值发生的变化，加入工业废渣代替水泥来降低S值；④回到步骤②继续进行循环调整，直至S值逼近至设计的S值，得到最终优化的配合比。3.根据权利要求2所述的一种绿色混凝土配合比优化方法，其特征在于：所述的工业废渣为粉煤灰和/或矿渣。4.根据权利要求1所述的一种绿色混凝土配合比优化方法，其特征在于：所述混合料堆积密实度由可压缩堆积模型计算，公式如下：bij＝1-(1-di/dj)1.50其中αt——为混合料的计算堆积密实度；yi——为i粒级颗粒的体积分数；β...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙武剑，陈瑾祥，时金广，邢锋，王卫仑，方晓亮，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44