本发明专利技术公开了一种钢纤维再生粗骨料混凝土配合比确定方法，该方法在研究再生粗骨料、钢纤维各项性能指标对其配合比设计影响的基础上，建立适合钢纤维再生粗骨料混凝土特点的水胶比、钢纤维用量、单方用水量和砂子体积的计算公式，包括以下步骤：(1)确定水胶比，(2)确定钢纤维用量，(3)确定单方用水量，(4)确定砂子体积，(5)确定水泥用量，(6)确定各组分的体积及质量。本发明专利技术的配合比设计方法能够简单有效的进行钢纤维再生粗骨料混凝土的配合比设计，为钢纤维再生粗骨料混凝土的规范编制以及实际工程应用提供了依据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于混凝土配制
，具体涉及一种钢纤维再生粗骨料混凝土配合比确定方法。技术背景再生混凝土是指破碎加工之后的废弃混凝土为骨料的混凝土，再生混凝土的利用不仅从根本上解决了废弃混凝土的处理问题，还能全部或部分取代天然骨料，减少天然骨料的使用和开采，具有显著的经济、社会和环境效益。与天然骨料相比，再生骨料表观密度低、吸水率大、孔隙多，因此再生粗骨料的性能对于混凝土的利用具有一定的影响，目前再生粗骨料混泥土多用于道路和填充等非结构领域。为了扩大再生粗骨料混凝土的应用领域，将钢纤维加入再生粗骨料混凝土中，钢纤维可以有效弥补再生混凝土强度低和韧性差的缺陷，使钢纤维再生粗骨料混凝土性能达到普通混凝土的要求，可有效扩大再生骨料混凝土的应用范围。虽然关于钢纤维再生混凝土的力学性能的研究很多，但是目前国内外还没有适合钢纤维再生粗骨料混凝土配合比的设计方法，通常是运用普通混凝土配合比设计方法进行配合比的设计，运用该方法配置的钢纤维再生粗骨料混凝土强度一般会低于其设计强度、坍落度，流动性也比较差。尤其是对钢纤维用量的选择没有合适的设计方法，一般是根据经验进行选择，在一定程度上造成钢纤维的浪费。配合比设计是混凝土材料领域的关键问题，也是研究混凝土材料基本性能的基础，由于目前没有确定的钢纤维再生粗骨料混凝土配合比的设计方法，造成实验数据的可比性较差，其应用也更多的凭借经验，难以保证材料性能的稳定。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种钢纤维再生粗骨料混凝土配合比确定方法。本专利技术在研究再生粗骨料、钢纤维各项性能指标对其配合比设计影响的基础上，建立适合钢纤维再生粗骨料混凝土特点的水胶比、钢纤维用量、单方用水量和砂子体积的计算公式。该方法将再生粗骨料性能、再生粗骨料取代率和钢纤维特征参数引入钢纤维再生粗骨料混凝土水胶比、钢纤维用量、单方用水量和砂子体积的计算公式中，建立了一套适合其配合比设计的关键参数的计算方法，可简单、有效的进行钢纤维再生粗骨料混凝土的配合比设计，为钢纤维再生粗骨料混凝土的规范编制以及实际工程应用提供依据。本专利技术是通过以下技术方案实现的一种钢纤维再生粗骨料混凝土配合比确定方法，包括以下步骤：(1)水胶比的设计：根据再生粗骨料的类型(GB/T25177-2010《混凝土用再生粗骨料》规范中，将再生骨料分为三类)及其取代率精确计算所配置混凝土的水胶比fcu,0＝αafce(C/W-αb)，其中，fcu,0为设计的混凝土强度，根据实际需要及设计规程即可确定；C/W为胶水比；fce为所用水泥的抗压强度；αa为水泥强度转化系数，αb为虚拟水胶比(虚拟水胶比是指：在没有其他掺料的条件下，当混凝土的强度等于零时的水胶比，这个水胶比是虚拟的，它与水泥的水化强度及骨料在混凝土中的骨架作用大小有关。)，不再为普通天然骨料混凝土配合比设计中的定值，均是与再生骨料类型及取代率有关的参数，计算方法如下；式中，A、B分别为在再生粗骨料类型有关的系数，由试验确定，对于Ⅱ类再生粗骨料在水胶比大于0.35的情况下，则取A＝0.1，B＝0.2；rg为再生粗骨料取代率(再生粗骨料重量与全部粗骨料重量之比)。(2)钢纤维用量的设计：钢纤维用量根据钢纤维含量特征参数进行确定，根据混凝土的目标弯拉强度，钢纤维再生粗骨料混凝土中钢纤维的用量的计算方法如下：式中，ftm为钢纤维再生粗骨料混凝土的拉弯强度(单位为MPa)；ftm,0为与钢纤维再生粗骨料混凝土相对应的素混凝土基体的拉弯强度(单位为MPa)；λf为钢纤维含量特征参数；C、D均是与钢纤维类型、形状有关的参数，由试验确定。当无试验资料时，可取C＝2.51，D＝0.98；单方混凝土中的钢纤维体积率的确定如下：Vf＝λf/lf/df，Vf为单方混凝土中钢纤维体积率；lf为钢纤维的等效长度；df为钢纤维等效直径；(3)单方用水量的设计：根据混凝土所需的工作性能设计的坍落度、再生粗骨料混凝土中再生粗骨料的取代率、所用粗骨料的吸水率以及步骤(2)中所得的钢纤维含量特征参数，单方用水量的计算方法如下：mw＝3.33×(0.1T0+Kg)(3)T/T0＝1-0.38λf(4)Kg＝K[1+(ωr-ωn)×rg](5)mw为钢纤维再生粗骨料混凝土的单方用水量；T0为钢纤维再生骨料混凝土的计算坍落度；T为再生粗骨料混凝土的设计坍落度；Kg为与再生粗骨料类型、粒径有关的参数；ωr为再生粗骨料吸水率；ωn为天然粗骨料吸水率；K为与再生骨料类型、最大粒径有关的系数，可由实验确定，对于Ⅱ类再生骨料，最大粒径为20mm时，可取K＝49.7，对在无实验数据时，可按照天然骨料混凝土的骨料类型和最大粒径进行计算；(4)砂子体积的设计：根据步骤(2)得到的钢纤维体积率、选定的再生粗骨料取代率rg、再生粗骨料的体积Vra、天然粗骨料的体积Vna可以确定砂子的体积与再生粗骨料、天然粗骨料之间的关系，计算方法如下：Vs＝1.4×(Vna×Pna+Vra×Pra+Vf)(6)式中，Vs是单方再生混凝土中砂子的体积；Vna为天然粗骨料的体积；Vra为再生粗骨料的体积；Pna为天然粗骨料的空隙率；Pra为再生粗骨料的空隙率；其中，Pna与Pra可以由实验直接测得；ρna为天然粗骨料的表观密度；ρra为再生粗骨料的表观密度，根据选定的再生粗骨料取代率rg，即可确定得到Vs与Vna、Vra之间的关系；(5)水泥质量的设计：根据步骤(3)所得的单方用水量，即可确定水的体积VW(VW＝mw/ρw，ρw为水的密度)；然后根据步骤(1)所得的水胶比，可求出水泥的质量mc(mc＝mw/W/C)，可得水泥体积VC(Vc＝mc/ρc，ρc为水泥的密度)；(6)各组分体积、质量的确定：根据步骤(4)得到砂子体积与粗骨料体积之间的关系，利用绝对体积法公式Vc+Vw+Vs+Vna+Vra+Vf+α＝1，即可确定单方钢纤维再生粗骨料混凝土中各组份的体积；根据天然粗骨料、再生粗骨料、砂子的表观密度，即可确定各自的质量。与现有技术相比，本申请具有以下积极有益效果：(1)再生粗骨料主要来源于建筑垃圾中的废弃混凝土。本申请所用的再生粗骨料对于废弃混凝土的来源、强度等无特殊要求，只要再生粗骨料的各项性能指标符合现行规范要求即可，方便了对不同类型建筑垃圾的回收利用；(2)本申请将再生粗骨料性能指标、再生骨料取代率、钢纤维含量特征参数引入钢纤维再生混凝土配合比设计参数的计算公式中，计算公式简单合理，公式中各参量物理意义明确。这些参量均可以由规范规定的标准试验方法进行测定，不需要考虑其它附加因素，操作简单，普适性强；(3)本专利技术所设计的公式适用范围广，可计算不同再生粗骨料的取代率、不同类型钢纤维的钢纤维再生粗骨料混凝土配合比，同时能够与目前使用的普通混凝土配合比设计方法向衔接，当rg＝0时，该公式回归为普通混凝土配合比的设计方法；既能够较好的对钢纤维再生粗骨料混凝土进行较好的设计又能够回归与普通混凝土配合比的设计；(4)本专利技术建立了钢纤维再生粗骨料混凝土砂子体积的计算公式，能够根据再生粗骨料的性能指标、取代率、钢纤维体积率精确确定配合比中所需细骨料的体积，改变了砂率凭经验选取的传统设计方法，可改善拌合物的坍落度和工作性能；(5)本专利技术的钢纤本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钢纤维再生粗骨料混凝土配合比确定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)水胶比的设计：根据再生粗骨料的类型及其取代率精确计算所配置混凝土的水胶比fcu,0＝αafce(C/W‑αb)，式中，fcu,0为设计的混凝土强度，根据实际需要及设计规程来确定；fce为所用水泥的抗压强度；C/W为胶水比；αa为水泥强度转化系数，αb为虚拟水胶比，αa、αb均是与再生骨料类型及取代率有关的参数，计算方法如下：αa=0.53(1-Arg)αb=0.2(1+Brg)---(1)]]>式中，A、B分别为与再生粗骨料类型有关的系数，由试验确定；rg为再生粗骨料取代率；(2)钢纤维用量的设计：钢纤维用量根据钢纤维含量特征参数进行确定，根据混凝土的目标弯拉强度，钢纤维再生粗骨料混凝土中钢纤维的用量的计算方法如下：ftm/ftm,0=C×λf2+D---(2)]]>式中，ftm为钢纤维再生粗骨料混凝土的目标拉弯强度/MPa；ftm,0为与钢纤维再生粗骨料混凝土相对应的素混凝土基体的拉弯强度/MPa；λf为钢纤维含量特征参数；C、D均是与钢纤维类型、形状有关的参数，由试验确定；(3)单方用水量的设计：根据混凝土所需的工作性能设计的坍落度、再生粗骨料混凝土中再生粗骨料的取代率、所用粗骨料的吸水率以及步骤(2)中所得的钢纤维含量特征参数，单方用水量的计算方法如下：mw＝3.33×(0.1T0+Kg) (3)T/T0＝1‑0.38λf (4)Kg＝K[1+(ωr‑ωn)×rg] (5)mw为钢纤维再生粗骨料混凝土的单方用水量；T0为钢纤维再生骨料混凝土的计算坍落度；T为再生粗骨料混凝土的设计坍落度；Kg为与再生粗骨料类型、粒径有关的参数；ωr为再生粗骨料吸水率；ωn为天然粗骨料吸水率；K为与再生骨料类型、最大粒径有关的系数，由实验确定；(4)砂子体积的设计：根据选定的再生粗骨料取代率rg、再生粗骨料的体积Vra、天然粗骨料的体积Vna可以确定砂子的体积与再生粗骨料、天然粗骨料之间的关系，计算方法如下：Vs＝1.4×(Vna×Pna+Vra×Pra+Vf) (6)VnaVra=(1-rg)×ρrarg×ρna---(7)]]>式中，Vs是单方钢纤维再生粗骨料混凝土中的砂子的体积；Vf为单方混凝土中钢纤维体积率；Vna为天然粗骨料的体积；Vra为再生粗骨料的体积；Pna为天然粗骨料的空隙率；Pra为再生粗骨料的空隙率；其中，Pna与Pra可以由实验直接测得；ρna为天然粗骨料的表观密度；ρra为再生粗骨料的表观密度；根据选定的再生粗骨料取代率rg，即可确定得到Vs与Vna、Vra之间的关系；(5)水泥质量的设计：根据步骤(3)所得的单方用水量，即可确定水的体积VW：VW＝mw/ρw，ρw为水的密度；然后根据步骤(1)所得的水胶比，得出水泥的质量mc：mc＝mw/W/C，则水泥体积VC：Vc＝mc/ρc，ρc为水泥的密度；(6)各组分体积、质量的确定：根据步骤(4)得到砂子体积与粗骨料体积之间的关系，利用绝对体积法，即可确定单方钢纤维再生粗骨料混凝土中各组份的体积；根据天然粗骨料、再生粗骨料、砂子的表观密度，即可确定各自的质量。...
【技术特征摘要】
2016.09.30 CN 20161087459901.一种钢纤维再生粗骨料混凝土配合比确定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)水胶比的设计：根据再生粗骨料的类型及其取代率精确计算所配置混凝土的水胶比fcu,0＝αafce(C/W-αb)，式中，fcu,0为设计的混凝土强度，根据实际需要及设计规程来确定；fce为所用水泥的抗压强度；C/W为胶水比；αa为水泥强度转化系数，αb为虚拟水胶比，αa、αb均是与再生骨料类型及取代率有关的参数，计算方法如下：αa=0.53(1-Arg)αb=0.2(1+Brg)---(1)]]>式中，A、B分别为与再生粗骨料类型有关的系数，由试验确定；rg为再生粗骨料取代率；(2)钢纤维用量的设计：钢纤维用量根据钢纤维含量特征参数进行确定，根据混凝土的目标弯拉强度，钢纤维再生粗骨料混凝土中钢纤维的用量的计算方法如下：ftm/ftm,0=C×λf2+D---(2)]]>式中，ftm为钢纤维再生粗骨料混凝土的目标拉弯强度/MPa；ftm,0为与钢纤维再生粗骨料混凝土相对应的素混凝土基体的拉弯强度/MPa；λf为钢纤维含量特征参数；C、D均是与钢纤维类型、形状有关的参数，由试验确定；(3)单方用水量的设计：根据混凝土所需的工作性能设计的坍落度、再生粗骨料混凝土中再生粗骨料的取代率、所用粗骨料的吸水率以及步骤(2)中所得的钢纤维含量特征参数，单方用水量的计算方法如下：mw＝3.33×(0.1T0+Kg)(3)T/T0＝1-0.38λf(4)Kg＝K[1+(ωr-ωn)×rg](5)mw为钢纤维再生粗骨料混凝土的单方用水量；T0为钢纤维再生骨料混凝土的计算坍落度；T为再生粗骨料混凝土的设计坍落度；Kg为与再生粗骨料类型、粒径有关的参数；ωr为再生粗骨料吸水率；ωn为天然粗骨料吸水率；K为与再生骨料类型、最大粒径有关的系数，由实验确定；(4)砂子体积的设计：根据选定的再生粗骨料取代率rg、再生粗骨料的体积Vra、天然粗骨料的体积Vna可以确定砂子的体积与再生粗骨料、天然粗骨料之间的关系，计算方法如下：Vs＝1.4×(Vna×Pna+Vra×Pra+Vf)...
【专利技术属性】
技术研发人员：高丹盈，张丽娟，杨震，
申请(专利权)人：郑州大学，河南工程学院，
类型：发明
国别省市：河南;41
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