一种利用高石粉含量石屑配制混凝土的配合比设计方法技术

本发明专利技术公开了一种利用高石粉含量石屑配制混凝土的配合比设计方法，包括步骤：(1)通过高石粉含量石屑和石子的紧密堆积试验得到大小石比例以及砂率；(2)计算砂石空隙率；(3)选择胶凝材料组成和水胶比；(4)计算得到胶凝材料和水的用量；(5)计算高石粉含量石屑的附加水量；(6)选择外加剂掺量；(7)计算得到初步的混凝土计算配合比；(8)计算不同浆体富余系数n值时的混凝土计算配合比，确定n值；(9)确定砂率；(10)确定最终配合比。本发明专利技术所设计的配合比能够使用高石粉含量石屑全取代河砂配制混凝土，并且有效的利用高石粉含量石屑中的石粉填充骨料的空隙，从而降低胶凝材料用量，达到了保护环境和节约成本的效果，有利于推进高石粉含量石屑在混凝土中的应用。

Mixture ratio design method for preparing concrete by using stone powder with high stone powder content

The invention discloses a preparation of concrete with high stone powder content of stone chips mix design method comprises the following steps: (1) test the size of stone ratio and sand rate closely packed by high stone powder content of stone chips and stones; (2) the calculation of sandstone porosity; (3) choose the composition of cementitious materials and the water binder ratio; (4) calculating cementitious materials and the amount of water; (5) the additional water calculation of high stone powder content of stone chips; (6) choose the amount of admixture; (7) obtained preliminary concrete mix ratio; (8) calculating different slurry surplus coefficient n value the calculation of concrete mix ratio, determine the value of N; (9) to determine the rate of sand; (10) to determine the final mix. Mix can use high stone powder content of stone chip to replace river sand concrete designed by the invention, the gap and the effective utilization of powder high stone powder content in stone filling aggregate, thereby reducing the amount of cementitious materials, to protect the environment and save cost, is conducive to promoting the application of high stone powder the content of stone chips in concrete.

【技术实现步骤摘要】
一种利用高石粉含量石屑配制混凝土的配合比设计方法
本专利技术涉及一种利用高石粉含量石屑配制混凝土的配合比设计方法，属于混凝土配合比设计领域。
技术介绍
目前国内建筑行业正处于快速发展时期，大面积的旧城改造和新建筑的开发，带来了建筑材料资源不足的难题。长期以来，我国建筑细骨料以河砂为主，我国大部分地区河砂短缺，不仅在用砂高峰时砂的价格偏高，甚至没有天然砂提供，在用砂缺口巨大的情况下，影响了城镇化建设的进程，甚至有些沿海地区使用海砂严重的影响了建筑的质量安全。目前国内外用其他细骨料取代河砂做了大量的研究，主要为机制砂，再生细骨料，以及石屑。石屑是生产碎石过程中筛出的副产品，每生产100吨碎石，大约产生20～30吨石屑。它作为采石场的废弃物，既占用场地又污染环境，将石屑用于混凝土中取代河砂，既可充分利用社会资源，也可减少对河砂的需求量，减少过度采砂对河道的危害，具有很高的经济和社会效益。而一般的石屑级配较差，含有一部分大于4.75mm的碎石，而且石屑中含有大量石粉，造成石屑混凝土工作性能差，因此石屑混凝土的推广应用困难。而通过对石屑进行加工，将大于4.75mm以上的碎石制成小于4.75mm以下的细骨料与原来小于4.75mm以下的石屑混合。这样一方面能够改善石屑的级配，另一方面将小石制备成石屑，使石屑中的骨料增加，粉体相对原来4.75mm以下的石屑减少，压碎指标变小。使石屑的性能变好，有利于石屑的推广使用。但这种处理方法虽然使得石屑的级配变好,但仍存在石粉含量过高的问题，其石粉含量通常超过10.0％，不符合现有国家标准的规定，而难以应用。考虑到高石粉含量石屑中含有大量石粉，能够作为微细集料应用，填充骨料的空隙，从而降低胶凝材料用量和成本。在实验研究的基础上，提出本专利的配合比设计方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为高石粉含量石屑应用于混凝土提供一种配合比设计方法，考虑到高石粉含量石屑中含有大量微粉，且其部分是石粉，能够作为微细集料应用，填充骨料的空隙，从而降低胶凝材料用量和成本。为实现上目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种利用高石粉含量石屑配制混凝土的配合比设计方法，包括如下步骤：(1)通过不同粒径的多种石子紧密堆积试验，得到最小空隙率对应的石子搭配比例；(2)往步骤(1)搭配所得的石子中掺加高石粉含量石屑，通过紧密堆积试验，得到随砂率增加，空隙率不明显降低的最小砂率；(3)按步骤(1)、(2)所得的比例搭配高石粉含量石屑和石子，测定紧密堆积密度，以其为一立方米混凝土中的骨料用量，计算各骨料质量和骨料空隙率；(4)骨料空隙扣除混凝土中的空气体积，得到浆体需要填充的体积；(5)按设计要求的混凝土性能要求，参照河砂混凝土选择胶凝材料组成和水胶比；(6)取一个大于1的浆体富余系数n，计算得到浆体的总体积，进而计算得到胶凝材料和水的用量；(7)计算高石粉含量石屑的附加水量，所述附加水量等于高石粉含量石屑质量乘以饱和面干吸水率乘以高石粉含量石屑饱和系数，附加水量不计入水胶比，不计入体积；(8)选择外加剂掺量，外加剂中的水需计入水胶比中；(9)通过上述步骤，计算得到初步的混凝土计算配合比；(10)改变浆体富余系数n值，计算不同n值时的混凝土计算配合比；(11)进行混凝土试配，根据混凝土工作性能，最终确定外加剂掺量和最低浆体富余系数n值；(12)通过改变砂率得到不同砂率时混凝土配合比；(13)选择工作性能满足要求的最低砂率配合比，作为优选配合比；(14)测定混凝土容重，校核配合比，得到混凝土的最终配合比。进一步地，所述的高石粉含量石屑是指将石屑全部破碎到小于4.75mm，石粉含量大于10.0％，且小于等于20.0％的石屑。进一步地，如果实验所用的石子符合石子连续级配的规定，则不需要按步骤(1)进行两种或多种石子搭配使用。进一步地，步骤(4)中所述空气体积，对于引气混凝土可取设计值的中值，非引气混凝土取1.0～1.5％。进一步地，步骤(6)中所述浆体富余系数n较优取值范围是1.05～1.15。进一步地，步骤(7)中高石粉含量石屑饱和系数指高石粉含量石屑含水率与饱和面干吸水率的比值，其取值范围是0％～100％。进一步地，所述高石粉含量石屑饱和系数的取值范围是10％～60％。进一步地，所述步骤(12)具体包括：保持胶凝材料、水用量不变进行改变砂率的混凝土试验，其中水的用量不含高石粉含量石屑的附加水，改变砂率时，保持骨料总体积不变，最大砂率为步骤(2)所得的砂率，每次降低1～2％，测定混凝土的工作性能,得出不同砂率时混凝土配合比。进一步地，步骤(12)中的骨料计算过程包括：在得到初始的骨料用量后，后面降砂率的过程中，设计整体的砂石体积不变，通过按规律降低高石粉含量石屑的体积，其他骨料的体积相应增加，得到不同的体积砂率时各种骨料的体积，再通过各种骨料的体积乘以各种骨料的表观密度，即可得到各种骨料的质量。相对于现有技术，本专利技术具有如下优点和有益效果：(1)本专利技术的配合比设计方法针对高石粉含量石屑石粉含量高的特点，基于砂石骨料紧密堆积原理，将高石粉含量石屑中石粉作为微细集料加以利用，填充骨料空隙，从而有效降低胶凝材料用量。(2)在砂石骨料紧密堆积的基础上，考虑到加入浆体后会进一步拨开骨料，从而使得骨料之间的空隙较紧密堆积时增加，有可能用较大的石子取代细骨料，因此进一步引入降低砂率的配合比设计步骤，进一步提高混凝土中粗骨料用量，减少高石粉含量石屑用量，从而改善混凝土性能，降低减水剂用量，进一步降低混凝土成本。具体实施方式本专利技术提供了强度等级C30高石粉含量石屑配合比设计方法，下面通过具体实施方式对本专利技术做进一步说明。准备原材料：水泥：采用P·Ⅱ42.5R硅酸盐水泥，密度为3140kg/m3；矿渣粉：使用S95级矿粉，密度为2840kg/m3；粉煤灰：使用Ⅲ级粉煤灰，密度为2220kg/m3；高石粉含量石屑：表观密度为2620kg/m3，饱和面干吸水率为1.4％，石粉含量15.0％；石子：使用大、小石搭配，大石粒径5-20mm，表观密度为2660kg/m3，小石为粒径5-10mm的瓜米石，表观密度为2650kg/m3。减水剂：自制聚羧酸减水剂，固含量为20％。配合比设计一种利用高石粉含量石屑配制混凝土的配合比设计方法，包括如下步骤：S1、确定大小石混合比例，即通过不同粒径的多种石子紧密堆积试验，得到最小空隙率的石子搭配：利用四分法将不同质量比例的大、小石混合，参照《建设用卵石、碎石》(GB/T14685-2011)中石子的紧密密度试验。测得紧密堆积密度最大时大小石的搭配比例为最佳比例。由表1可见小石、大石最佳混合比例为2：8。表1大、小石混合紧密堆积密度小石：大石0:101:91.5：8.52:82.5:7.53:7Uw(kg/m3)149015081525153815351532S2、测定不同砂率下骨料的密堆积密度，即往步骤1搭配所得的石子中掺加高石粉含量石屑，通过紧密堆积试验，得到较小空隙率对应的砂率，具体包括：利用四分法取样，以高石粉含量石屑填充粗骨料的方式，测得不同砂率混合料相应的堆积密度U’w。具体操作方法参照《建设用卵石、碎石》(GB/T14685-2011)中石子的紧密密度试验。所得数据见表2，得到随砂率增加，空隙率不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用高石粉含量石屑配制混凝土的配合比设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)通过不同粒径的多种石子紧密堆积试验，得到最小空隙率对应的石子搭配比例；(2)往步骤(1)搭配所得的石子中掺加高石粉含量石屑，通过紧密堆积试验，得到随砂率增加，空隙率不明显降低时的最小砂率；(3)按步骤(1)、(2)所得的比例搭配高石粉含量石屑和石子，测定紧密堆积密度，以其为一立方米混凝土中的骨料用量，计算各骨料质量和骨料空隙率；(4)骨料空隙扣除混凝土中的空气体积，得到浆体需要填充的体积；(5)按设计要求的混凝土性能要求，参照河砂混凝土选择胶凝材料组成和水胶比；(6)取一个大于1的浆体富余系数n，计算得到浆体的总体积，进而计算得到胶凝材料和水的用量；(7)计算高石粉含量石屑的附加水量，所述附加水量等于高石粉含量石屑质量乘以饱和面干吸水率乘以高石粉含量石屑饱和系数，附加水量不计入水胶比，不计入体积；(8)选择外加剂掺量，外加剂中的水需计入水胶比中；(9)通过上述步骤，计算得到初步的混凝土计算配合比；(10)改变浆体富余系数n值，计算不同n值时的混凝土计算配合比；(11)进行混凝土试配，根据混凝土工作性能，最终确定外加剂掺量和最低浆体富余系数n值；(12)通过改变砂率得到不同砂率时混凝土配合比；(13)选择工作性能满足要求的最低砂率配合比，作为优选配合比；(14)测定混凝土容重，校核配合比，得到混凝土的最终配合比。...

【技术特征摘要】
1.一种利用高石粉含量石屑配制混凝土的配合比设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)通过不同粒径的多种石子紧密堆积试验，得到最小空隙率对应的石子搭配比例；(2)往步骤(1)搭配所得的石子中掺加高石粉含量石屑，通过紧密堆积试验，得到随砂率增加，空隙率不明显降低时的最小砂率；(3)按步骤(1)、(2)所得的比例搭配高石粉含量石屑和石子，测定紧密堆积密度，以其为一立方米混凝土中的骨料用量，计算各骨料质量和骨料空隙率；(4)骨料空隙扣除混凝土中的空气体积，得到浆体需要填充的体积；(5)按设计要求的混凝土性能要求，参照河砂混凝土选择胶凝材料组成和水胶比；(6)取一个大于1的浆体富余系数n，计算得到浆体的总体积，进而计算得到胶凝材料和水的用量；(7)计算高石粉含量石屑的附加水量，所述附加水量等于高石粉含量石屑质量乘以饱和面干吸水率乘以高石粉含量石屑饱和系数，附加水量不计入水胶比，不计入体积；(8)选择外加剂掺量，外加剂中的水需计入水胶比中；(9)通过上述步骤，计算得到初步的混凝土计算配合比；(10)改变浆体富余系数n值，计算不同n值时的混凝土计算配合比；(11)进行混凝土试配，根据混凝土工作性能，最终确定外加剂掺量和最低浆体富余系数n值；(12)通过改变砂率得到不同砂率时混凝土配合比；(13)选择工作性能满足要求的最低砂率配合比，作为优选配合比；(14)测定混凝土容重，校核配合比，得到混凝土的最终配合比。2.根据权利要求1所述的一种利用高石粉含量石屑配制混凝土的配合比设计方法，其特征在于：所述的高石粉含量石屑是指将石屑全部破碎到小于4.75mm，石粉含量大于10.0％，且小于等于20.0％的石屑。3.根据权利要求1所述的一种利用高石粉含量石屑配制混凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨医博，谭世霖，陈前谱，蒋雪琴，郭文瑛，周启源，王恒昌，刘忠平，
申请(专利权)人：华南理工大学，中国铁建港航局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44