透水混凝土配制方法及其配合比技术

本发明专利技术建立在一种新的混凝土数学模型基础上。通过对这种数学模型研究，发明专利技术人发现了混凝土内在规律——现代混凝土学口袋理论。在不改变现有施工工艺的情况下，通过对组成材料配合比例的优化——包括材料重量比例和材料颗粒直径比例的优化，配制出一种具有合理的材料比例，透水率可调可控的透水混凝土。本发明专利技术配制的透水混凝土具有合理的材料比例，通过计算就可以很容易解决透水混凝土中空隙含量调整问题，具有空隙率先知而且可控可调特点，一次试验合格率高；透水率可根据需要随意调整，便于施工，具有很高经济性和适用性。本发明专利技术使透水混凝土设计方法发生质的飞跃，使透水混凝土朝混凝土数字化迈出可贵的一大步，使透水混凝土设计从试验科学跃升为数字科学。

Preparation method and mixing ratio of pervious concrete

The invention is based on a new mathematical model of concrete. Through the study of this mathematical model, the inventor discovered the inherent law of concrete. Without changing the existing construction process, based on the composition of material proportion optimization optimization including material weight ratio and material particle diameter ratio, with a reasonable proportion of material, the permeability of pervious concrete can be adjusted and controlled. The pervious concrete prepared by the invention has reasonable proportion of material, can be easily solved by calculating the void content of pervious concrete adjustment, with porosity and controllable characteristics of the prophet, a test of high qualification rate; permeability can be optionally adjusted, convenient construction, high efficiency and applicability. The invention makes the pervious concrete design method undergo a qualitative leap, which makes the pervious concrete a valuable step towards the digitization of the concrete, and makes the design of the pervious concrete jump from the experimental science to the digital science.

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一类环境友好型路面或者路面基层材料——透水混凝土的配制方法及使用该方法配制的透水混凝土配合比。为了在城市建设过程中留下我们的生命之源——水，保持地下水位不持续降低，人们开发一种新型混凝土——透水混凝土，用于城市主干道之外道路或者道路基层铺筑——在人行道，停车场等场地使用的、防止水的流失的一种混凝土。
技术介绍
：本专利技术之前配制透水混凝土方法有一种：试配法。透水混凝土甚至没有一个成熟技术规范，目前适用规范只有《透水水泥混凝土路面技术规程》CJJ/T135-2009。名词解释：透水混凝土，是指通过一定技术手段(例如使用高性能外加剂)配制的，由集料、水硬性胶结料组成的，含有一定通透空隙的，能够使上层水顺利渗透到下基层内的一种环境友好型混凝土。集料是各尺寸粗集料(碎石)、各级细集料(天然的、人工的粗砂、中砂、细砂、特细砂)的统称。水硬性胶结材料一般是指水泥与水拌合后形成胶结物，包括水泥和水，专利技术人也称作胶凝材料。高性能减水剂或者高效减水外加剂、外加剂、减水剂，均指减水外加剂。透水混凝土中，一般使用一种、或者两种不同颗粒尺寸粗集料，最多使用一种细集料。粗集料(单位mm)包括：特粗式碎石37.5-53(简称40碎石或者碎石40)；粗粒式碎石31.5-37.5(简称30碎石或者碎石30)；粗粒式碎石26.5-31.5(简称25碎石或者碎石25)；中粒式碎石19.0-26.5(简称20碎石或者碎石20)；中粒式碎石16.0-19.0(简称16碎石或者碎石16)；细粒式碎石13.2-16.0(简称13碎石或者碎石13)；细粒式碎石9.5-13.2(简称10碎石或者碎石10)；砂粒式碎石4.75-9.5(简称5碎石或者碎石5)。细集料包括：粗砂(细度模数3.1以上，可以视为主要颗粒直径范围0.60-2.36mm)；中砂(细度模数2.3-3.0，可以视为主要颗粒直径范围0.3-1.18mm)；细砂(细度模数1.6-2.2，可以视为主要颗粒直径范围0.15-0.6mm)。透水混凝土配制是指透水混凝土配合比设计施工检验全过程，包括透水混凝土配合比设计、试验、组成材料比例拌合、运输、摊铺碾压、检测等过程。高密实集料空隙率是指集料按比例拌合摊铺压实后集料间无法得到有效填充的空隙率。高密实集料配制目标空隙率又叫高密实集料拟留空隙率。近单位体积：透水混凝土设计过程中，按照最大密度原理计算的全部各组分(集料、胶结材料)，包括适量空气体积在内，并不正好为一立方米，可能小于一立方米最大等于一立方米。这种计算结果趋近于一立方米又不等于一立方米情况，专利技术人称作近单位体积。
技术实现思路
：专利技术目的和作用：本专利技术建立在一种新的混凝土数学模型基础上。通过对这种数学模型研究，专利技术人发现了混凝土内在规律——现代混凝土学口袋理论。在不改变现有施工工艺的情况下，通过对组成材料配合比例的优化——包括材料重量比例和材料颗粒直径比例的优化，配制出一种具有合理的材料比例，透水率可调可控的透水混凝土。本专利技术配制的透水混凝土具有合理的材料比例，通过计算就可以很容易解决透水混凝土中空隙含量调整问题，具有空隙率先知而且可控可调特点，一次试验合格率高；透水率可根据需要随意调整，便于施工，具有很高经济性和适用性。本专利技术使透水混凝土设计方法发生质的飞跃，使透水混凝土朝混凝土数字化迈出可贵的一大步，配合专利技术人专利技术的《一种筛孔间比例≥2.4143标准筛》(2016年9月申请，申请号未给出)，《一种几乎无误差密度测量装置》申请号201510314059.2，将彻底使透水混凝土从试验科学跃升为数字科学，实现很多土木工程人的梦想。专利技术原理：专利技术人创建的现代沥青混凝土学口袋理论：口袋本身没有抗压强度，干燥的粮食也没有抗压强度，但我们把粮食装入口袋并使粮食密实，装粮口袋表现出良好的抗压能力，而且粮食愈密实装粮口袋的抗压强度愈高；当我们把不同颗粒直径的粮食——黄豆、小米、面粉按照一定重量比例均匀混合装入口袋时，装粮口袋的抗压能力最高。适用于透水混凝土口袋理论的主要内容包括：1.同排列等空隙定则：只要集料堆积秩序相同，无论集料的粒径如何变换，堆积集料的空隙率即相同而且是一定值。证明一：我们以卵石为例，先证明同粒径集料行列式排列情况下，集料空隙率不随粒径变化而变化，且是一个定值48％。设正六面体容器边长为L，φ为卵石直径，且假定卵石是球形的。当卵石直径φ＝L时，容器可行列式排列卵石一个，卵石与容器六个面相切，卵石体积：VL＝πL3/6当卵石直径φ＝L/2时，容器可行列式排列卵石23个，此时卵石总体积：∑VL/2＝23×4π(L/4)3/6＝πL3/6当卵石直径φ＝L/3时，容器可行列式排列卵石33个，此时卵石总体积：∑VL/3＝33×4π/3×(L/6)3＝πL3/6当卵石直径φ＝L/4时，容器可行列式排列卵石43个，此时卵石总体积：∑VL/4＝43×4π/3×(L/8)3＝πL3/6当卵石直径φ＝L/5时，容器可行列式排列卵石53个，此时卵石总体积：∑VL/5＝53×4π/3(L/10)3＝πL3/6同理，当卵石直径φ分别等于L/6，L/7，L/8，……，L/n(n→+∞)；容器中可容行列式排列的卵石个数为63，73，83，……，n3；卵石总体积均为：ΣVL/n＝n3×4π/3×(L/2n)3＝πL3/6由于，卵石直径分别为L、L/2、L/3、L/4、L/5、L/6、L/7、L/8、L/9、……L/n(n→+∞)时，无论容器中卵石个数多还是少，容器中行列式排列卵石的总体积均为：∑V石＝πL3/6容器中空隙体积均为：Ve＝L3-πL3/6＝(1-π/6)L3故，不论卵石直径如何变化，只要卵石在容器中呈行列式排列，容器中卵石的空隙率均为：e＝Ve/V×100％＝(1-π/6)L3/L3×100％＝47.64％≈48％如果考虑到一种极端情况，空隙处被填充，卵石处为空隙，最大空隙率可以达到52.36％。证明二：在同粒径的任意相邻集料间相切情况下，我们仍然假定集料为卵石，且卵石是球形的，此时：当卵石直径φ＝L时，与卵石相切球体被正六面体所切割，共有八个球被割成扇体，割球体弦长为：被切扇体体积：V切体＝0.22×(L/2n)3∑V割体＝0.22L3正六面体内被割球体∑V割体和内切球V球总体积∑V：∑V＝V球+∑V割体＝4π/3×(L/2)3+0.22L3＝0.74L3此时空隙率：e＝(1-0.74)×L3/L3×100％＝26％同理，我们可以证明：当卵石直径φ＝L/2、L/3、L/4、L/5、L/6、L/7、L/8、L/9、……、L/n(n→+∞)时，均有总体积∑V：∑V＝∑V球+∑V割体＝0.74L3亦即：e＝26％……从以上证明可以得出：只要同粒径球体间的排列秩序相同，同一容器中，无论球体直径是大还是小，容器中可容纳的球体的总体积是一定的，即容器中可容纳球体的空隙率是一定的。当我们把球体换成多面体时，通过实验我们知道以上数学法推出结论仍然是成立的。因此我们得出：只要同粒径集料间的排列秩序相同，无论集料粒径如何改变，同粒径集料空隙率是一定值。我把集料间存在的以上规律称本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透水混凝土，其特征是按照步骤1‑步骤8所列步骤进行配制：步骤1.根据道路所处环境，路面设计标准，确定透水混凝土强度(很多时候设计图已经给定)、透水率、最大集料尺寸，确定透水混凝土中水硬性胶结材料品种；步骤2.根据透水混凝土最大集料颗粒直径要求(主要与成型厚度有关)，选择与透水混凝土集料填充定则相适应的优化的集料颗粒直径范围；并确定它们的表观密度；步骤3.确定透水混凝土集料适用空隙率；步骤4.确定近单位体积透水混凝土各级集料和胶结材料的用量；步骤5.计算高密实集料体积、目标空隙率，计算透水混凝土目标控制体积并进行比较，调整至设计空隙率，计算透水混凝土理论配合比；步骤6.确定透水混凝土单位体积理论配合比；步骤7.做试件验证设计的透水混凝土配合比相关性能；步骤8.施工合格的透水混凝土路面或者路面基层并进行相关检测；按照以上步骤1——步骤8，可以随意配制任何颗粒直径级别、任意透水率的透水混凝土。

【技术特征摘要】
1.一种透水混凝土，其特征是按照步骤1-步骤8所列步骤进行配制：步骤1.根据道路所处环境，路面设计标准，确定透水混凝土强度(很多时候设计图已经给定)、透水率、最大集料尺寸，确定透水混凝土中水硬性胶结材料品种；步骤2.根据透水混凝土最大集料颗粒直径要求(主要与成型厚度有关)，选择与透水混凝土集料填充定则相适应的优化的集料颗粒直径范围；并确定它们的表观密度；步骤3.确定透水混凝土集料适用空隙率；步骤4.确定近单位体积透水混凝土各级集料和胶结材料的用量；步骤5.计算高密实集料体积、目标空隙率，计算透水混凝土目标控制体积并进行比较，调整至设计空隙率，计算透水混凝土理论配合比；步骤6.确定透水混凝土单位体积理论配合比；步骤7.做试件验证设计的透水混凝土配合比相关性能；步骤8.施工合格的透水混凝土路面或者路面基层并进行相关检测；按照以上步骤1——步骤8，可以随意配制任何颗粒直径级别、任意透水率的透水混凝土。2.根据权利要求1所述方法配制的透水混凝土配合比，其材料组成特征为：各级粗集料、各级细集料中，最少一种以上材料与水硬性胶结材料组成；根据空隙率不同，透水混凝土集料颗粒比例特征为：在粗集料间、细集料间组合两级及两级以上颗粒尺寸比例≥2.42的集料(空隙率＞25％高透水混凝土为特例，二级集料尺寸为0，比例为无限大)；透水混凝土组成材料的重量比例(单位kg/m3)特征为：第一粗集料用量为其表观密度的0-0.8倍(工作性调整系数B＝1，空隙率eD1＝26％)，第二粗集料用量为其表观密度的0-0.8倍，第三粗集料用量为其表观密度的0-0.8倍，粗砂用量为其表观密度的0-0.8倍，中砂用量为其表观密度的0-0.4倍，细砂用量为其表观密度的0-0.4倍，水泥用量其表观密度的0-0.2倍，水0-130；水硬性胶结材料——包括水泥和水用量为0时，配合比为高密实碎石混合料。3.根据权利要求1所述方法配制的透水混凝土配合比，其特别优化的集料组成特征为：使用一级、两级，最多三级不同颗粒尺寸集料配制透水混凝土，在各颗粒直径粗集料、细集料中组合一级、两级，最多三级集料(理论上三级集料配制透水混凝土空隙率最大8％，最小仅5％，透水率已经较低)；集料间特别优化的颗粒直径比例特征为：大一级集料是小一级集料颗粒直径的2.4143倍以上；配制最大粒径53mm以下特粗使透水混凝土，选择集料40碎石、16碎石、粗砂或者中砂三级集料配制；配制最大粒径37mm以下粗粒式透水混凝土，选择集料30碎石、13碎石、粗砂或者中砂三级集料配制；配制最大粒径31.5mm以下粗粒式透水混凝土，选择集料25碎石、10碎石、粗砂或者中砂三级集料配制；配制最大粒径26.5mm以下中粒式透水混凝土，选择集料20碎石、5碎石，粗砂或者中砂三级集料配制；配制最大粒径19.5mm以下中粒式透水混凝土，选择集料16碎石、粗砂、特细砂三级集料配制；组成材料的重量(单位kg/m3)比例特征为：颗粒直径最大一级集料用量为其表观密度的0.4-0.8倍，颗粒直径第二大集料用量为其表观密度的0.2-0.4倍，颗粒直径第三大集料用量为其表观密度的0.1-0.2倍，水泥用量0-450kg/m3，最优用量为100-320kg/m3，适量水；空隙特征为：高密实集料理论空隙率10-35％间可调可控，透水混凝土空隙率(5-33)％间可控可调。4.根据权利要求1所述方法配制的透水混凝土配合比，其特别优化的集料组成特征为：大一级集料是小一级集料颗粒直径的2.4143倍以上；使用三级不同颗粒尺寸集料配制透水混凝土三级集料配制的透水混凝土，在不使用水硬性胶结材料时，为高密度碎石混合料；高密度碎石混凝土重量比例特征为：颗粒直径最大一级集料用量为其表观密度的0.3-0.8倍，颗粒直径第二大集料用量为其表观密度的0-0.4倍，颗粒直径第三大集料用量为其表观密度的0-0.2倍；空隙特征为：高密实集料理论空隙率7-35％间可调可控，该高密度碎石混合料易压实，无沉降，无变形，承载力大，空隙率7-35％，可渗水。5.根据权利要求1所述方法配制的透水混凝土配合比，其特别优化的集料组成特征为：大一级集料是小一级集料颗粒直径的2.4143倍以上；配制最大粒径53mm以下特粗使透水混凝土，选择集料40碎石、16碎石、部分粗砂或者中砂2.1-2.9级集料配制；配制最大粒径37mm以下粗粒式透水混凝土，选择集料30碎石、13碎石、部分粗砂或者中砂2.1-2.9级集料配制；配制最大粒径31.5mm以下粗粒式透水混凝土，选择集料25碎石、10碎石、部分粗砂或者中砂2.1-2.9级集料配制；配制最大粒径26.5mm以下中粒式透水混凝土，选择集料20碎石、5碎石，部分粗砂或者中砂2.1-2.9级集料配制；配制最大粒径19.5mm以下中粒式透水混凝土，选择集料16碎石、粗砂、部分细砂2.1-2.9级集料配制；以上使用部分三级集料配制高密实集料空隙率为10.5-15.5％(0.473＝10.4％，0.47*0.33＝15.5％)；组成材料的重量(单位kg/m3)比例特征为：颗粒直径最大一级集料用量为其表观密度的0.4-...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昱海，
申请(专利权)人：王昱海，
类型：发明
国别省市：河南;41