一种机制砂自密实混凝土的配合比设计与优选方法技术

本发明专利技术涉及一种机制砂自密实混凝土的配合比设计与优选方法，该方法包括以下步骤：1)测定粉体材料、机制砂颗粒、单方混凝土中粗骨料质量、粗骨料的表观密度及粗骨料的堆积密度；2)根据性能需求，根据砂浆富余系数获取粗骨料用量和砂浆体积；3)根据设计强度，确定水胶比；4)假定净浆体积和机制砂颗粒的体积比，计算水泥质量、机制砂质量和拌合水质量；5)根据混凝土工作性对机制砂自密实混凝土中的外加剂用量进行调整；6)根据优劣系数对满足混凝土性能需求的配合比进行优选。与现有技术相比，本发明专利技术具有步骤简单、计算量小、应用广泛、兼顾工作性和强度等优点。

Mix design and optimization method of a self compacting concrete with machine-made sand

The invention relates to a mix proportion design and optimization method of self-compacting concrete with manufactured sand, which comprises the following steps: 1) determining the quality of coarse aggregate in powder materials, manufactured sand particles, single concrete, the apparent density of coarse aggregate and the packing density of coarse aggregate; 2) obtaining the surplus coefficient of mortar according to the performance requirements; Thirdly, according to the design strength, the water binder ratio is determined; fourthly, the cement quality, manufactured sand quality and mixing water quality are calculated by assuming the volume ratio of the pure slurry and manufactured sand particles; fifthly, the dosage of admixtures in the self-compacting concrete with manufactured sand is adjusted according to the workability of concrete; and sixth, the dosage of admixtures is adjusted according to the coefficient of merit and demerit. To optimize the mix ratio that meets the performance requirements of concrete. Compared with the prior art, the invention has the advantages of simple steps, small amount of calculation, wide application, taking into account workability and strength, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种机制砂自密实混凝土的配合比设计与优选方法
本专利技术涉及建筑材料
，尤其是涉及一种机制砂自密实混凝土的配合比设计与优选方法。
技术介绍
混凝土作为当今世界应用最广、用量最大的建筑材料，自密实混凝土拌合物由于具有很高的流动性并在混凝土的浇筑过程中不发生离析、泌水，能够在不经过振捣的情况下完全依靠自身重力作用下实现密实填充，已在我国的大量的基础建设和民用建设中广泛应用。随着河砂资源的匮乏以及混凝土可持续发展认识的逐步提高，机制砂逐步替代河砂成为混凝土可持续发展的趋势。机制砂自密实混凝土可看做由砂浆填充粗骨料堆积空隙并包裹粗骨料表面的复合材料，而砂浆可以看作由胶凝材料、石粉和水组成的浆体填充机制砂颗粒填充空隙并包裹机制砂颗粒表面的复合材料。机制砂具有粒形不规则、级配易呈现“两头多、中间少”、颗粒表面粗糙等特点，且机制砂含有大量的胶材颗粒级别的石粉(粒径<0.075μm)，同时具有远高于天然砂的细度模数，这些特征使得机制砂自密实混凝土的性能受机制砂特征的影响尤为显著，与河砂混凝土相比，机制砂混凝土易泌水、离析且粘度较大。由于未能考虑机制砂特征的影响，通过《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55、《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T283和《自密实混凝土配合比设计与施工指南》CCES02难以制备同时满足工作性、强度和耐久性的机制砂自密实混凝土。实际工程中，机制砂自密实混凝土配合比设计主要以经验为依据，所需配合比往往需要经过大量的试验工作方能获取，耗时耗力，且所得配合比往往工作性和力学性能表现出不一致性，无法通过定量化方法在综合工作性和强度的基础上对配合比进行优选。中国专利CN105801031A公开一种人工集料混凝土的配合比设计方法，提出通过粉体间的组成比例关系设计混凝土配合比，其主要集中于粉体间的设计，未考虑粉体、机制砂、粗骨料的关系。中国专利CN105974791A公开了一种混凝土配合比优化系统控制方法，通过多层权重值的设置与计算，获取混凝土性能与原材料的关系，该专利方法较为复杂、计算量大、不易使用，且对于机制砂混凝土，石粉的引入使得参数量增多，更不易采用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种机制砂自密实混凝土的配合比设计与优选方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：砂浆富余系数是指机制砂砂浆填充粗骨料堆积空隙后，富余的砂浆体积与堆积空隙体积的比值。砂浆富余系数法将机制砂石粉含量作为粉体材料进行设计，并提出优劣系数进行配合比的优选，保证工作性的同时，兼顾强度和耐久性要求。基于此，本专利技术涉及一种机制砂自密实混凝土配合比设计与优选方法，该方法具体包括以下步骤：1)测定粉体材料、机制砂颗粒、单方混凝土中粗骨料质量、粗骨料的表观密度及粗骨料的堆积密度。2)根据性能需求，根据砂浆富余系数获取粗骨料用量和砂浆体积。砂浆富余系数Ff的表达式为：式中，Mg为单方混凝土中粗骨料质量，ρg为粗骨料表观密度，ρ′g为粗骨料堆积密度，Vm为砂浆体积。所述的砂浆体积Vm的表达式为：3)根据设计强度，确定水胶比。4)假定净浆体积和机制砂颗粒的体积比，计算水泥质量、机制砂质量和拌合水质量。5)根据混凝土工作性对机制砂自密实混凝土中的外加剂用量进行调整。6)根据优劣系数对满足混凝土性能需求的配合比进行优选。优选地，砂浆富余系数Ff的取值范围为1.6～1.8。优选地，水胶比的表达式为：式中，mw为每立方米混凝土的用水量，mb为每立方米混凝土的胶凝材料用量，fce为水泥的28d实测抗压强度，fcu,0为混凝土配制强度，βi为第i种矿物掺合料替换水泥的质量百分数，γi为矿物掺合料的胶凝系数实测值。优选地，水泥用量、机制砂用量和拌合水用量通过下述公式获取：Vm＝Vp+VMs式中，Vp为净浆体积，VMS为机制砂颗粒体积，Mc为水泥质量，ρc为水泥表观密度，ρi为第i种矿物掺合料的表观密度，Ms为机制砂质量，βsp为机制砂中石粉含量，ρsp为石粉表观密度，ρs为机制砂颗粒表观密度，Mw为拌合水质量(kg)，ρw为为拌合水密度。优选地，当净浆体积Vp和机制砂颗粒体积VMS的比为0.8～1.0时，选取0.90。优选地，优劣系数Qf的表达式为：式中，a为工作性权重值，n为工作性指标的数量，Rj为工作性j的归一化值，Rc为28d抗压强度归一化值。Qf的值越大，混凝土的综合性能越好，即配合比更优。优选地，工作性j的归一化值Rj的表达式为：式中，X为性能测试指标，Xopt为配合比中的性能最佳值，Xwor为配合比中的性能最差值。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术方法步骤简单、计算量小、应用广泛；(2)本专利技术考虑粉体、机制砂、粗骨料的关系，基于砂浆富余系数，将机制砂石粉含量作为粉体材料进行配比设计，并根据优劣系数进行配合比的优选，在保证工作性的同时，兼顾了强度和耐久性的要求。附图说明图1为一种机制砂自密实混凝土的配合比设计与优选方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1如图1所示，本专利技术涉及一种机制砂自密实混凝土的配合比设计与优选方法，该方法包括以下步骤：S1：测定粉体材料、机制砂颗粒和粗骨料的表观密度及粗骨料的堆积密度；S2：根据性能需求，根据砂浆富余系数获取粗骨料用量和砂浆体积；砂浆富余系数Ff的表达式为：砂浆体积Vm的表达式为：上述两个式子中，Mg为单方混凝土中粗骨料质量(kg)，ρg为粗骨料表观密度(kg/m3)，ρ′g为粗骨料堆积密度(kg/m3)。经过大量的试验研究与工程实践发现，砂浆富余系数不是一个定值，其值受原材料性质和设计要求的影响。粗骨料和机制砂粒形差、石粉含量的降低、强度等级的提高以及工作性要求的提高，会造成砂浆富余系数的增大；反之亦然。砂浆富余系数Ff一般可在1.5左右，可通过0.1～0.2的变化幅度上下调整。S3：根据实际设计强度，按照《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T283的规定确定水胶比；式中，mw为每立方米混凝土的用水量(kg)；mb为每立方米混凝土的胶凝材料用量(kg)；fce为水泥的28d实测抗压强度(MPa)；fcu,0为混凝土配制强度(MPa)；βi为第i种矿物掺合料替换水泥的质量百分数；γi为矿物掺合料的胶凝系数实测值，无测试值时，可根据粉煤灰0.4、矿渣0.9、硅灰1.05进行取值。S4：假定净浆体积和机制砂颗粒的体积比，计算水泥用量、机制砂用量和拌合水用量；水泥用量、机制砂用量和拌合水用量通过下方的式子获取：Vm＝Vp+VMs式中，Vp为净浆体积(m3)；VMS为机制砂颗粒体积(m3)；Mc为水泥质量(kg)；ρc为水泥表观密度(kg/m3)；ρi为第i种矿物掺合料的表观密度(kg/m3)；Ms为机制砂质量(kg)；βsp为机制砂中石粉含量；ρsp为石粉表观密度(kg/m3)；ρs为机制砂颗粒表观密度(kg/m3)；Mw为拌合水质量(kg)；ρw为为拌合水密度(kg/m3)。经过大量的试验证明，浆体材料和机制砂颗粒的体积比为0.8～1.0时，可取0.90。S5：根据混凝土工作性对机制砂自密实混凝土中的外加剂用量进行调整，在保证混凝土不发生泌水、离析的前提下，尽可能增大外加剂用量；S6：根据获取的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机制砂自密实混凝土的配合比设计与优选方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)测定粉体材料、机制砂颗粒、单方混凝土中粗骨料质量、粗骨料的表观密度及粗骨料的堆积密度；2)根据性能需求，根据砂浆富余系数获取粗骨料质量和砂浆体积；3)根据设计强度，确定水胶比；4)假定净浆体积和机制砂颗粒的体积比，计算水泥质量、机制砂质量和拌合水质量；5)根据混凝土工作性对机制砂自密实混凝土中的外加剂用量进行调整；6)根据优劣系数对满足混凝土性能需求的配合比进行优选。

【技术特征摘要】
1.一种机制砂自密实混凝土的配合比设计与优选方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)测定粉体材料、机制砂颗粒、单方混凝土中粗骨料质量、粗骨料的表观密度及粗骨料的堆积密度；2)根据性能需求，根据砂浆富余系数获取粗骨料质量和砂浆体积；3)根据设计强度，确定水胶比；4)假定净浆体积和机制砂颗粒的体积比，计算水泥质量、机制砂质量和拌合水质量；5)根据混凝土工作性对机制砂自密实混凝土中的外加剂用量进行调整；6)根据优劣系数对满足混凝土性能需求的配合比进行优选。2.根据权利要求1所述的一种机制砂自密实混凝土的配合比设计与优选方法，其特征在于，所述的步骤2)中，砂浆富余系数Ff的表达式为：式中，Mg为单方混凝土中粗骨料质量，ρp为粗骨料表观密度，ρ′g为粗骨料堆积密度，Vm为砂浆体积。3.根据权利要求2所述的一种机制砂自密实混凝土的配合比设计与优选方法，其特征在于，所述的砂浆体积Vm的计算公式为：4.根据权利要求2所述的一种机制砂自密实混凝土的配合比设计与优选方法，其特征在于，砂浆富余系数Ff的取值范围为1.6～1.8。5.根据权利要求3所述的一种机制砂自密实混凝土的配合比设计与优选方法，其特征在于，所述的步骤3)中，水胶比的表达式为：式中，mw为每立方米混凝土的用水量，mb为每立方米混凝土的胶凝材料用量，fce为水泥的28d实测抗压强度，fcu,0为混凝土配制强度，βi为第i种矿物掺合料替换水...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋正武，任强，张翼，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31