一种基于骨料特性的高强高透水混凝土配合比设计方法技术

本发明专利技术属于混凝土的技术领域，公开了一种基于骨料特性的高强高透水混凝土配合比设计方法。方法：1)设定透水混凝土的目标强度等级，根据不同的目前强度登记选择不同压碎指标的碎石骨料，并选定骨料粒径范围；2)设定透水混凝土的目标透水系数，根据透水系数与孔隙率的关系式计算透水混凝土的设计孔隙率；3)确定透水混凝土的单位体积骨料用量，并计算骨料的紧密堆积孔隙率；4)根据透水混凝土目标强度与胶结料浆体的强度关系式，计算胶结料浆体的强度；5)确定透水混凝土的单位体积胶结料浆体用量，并复核浆体对骨料的包裹厚度不超限定值；6)依据透水混凝土的单位体积骨料用量、浆体用量以及胶结料浆体组成，得混凝土配合比。本发明专利技术实现了对透水混凝土的强度设计，能高效快速地设计出高强高透水的混凝土配合比，对高强高透水混凝土的生产和应用具有重要的指导意义和实际价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于骨料特性的高强高透水混凝土配合比设计方法
本专利技术属于建筑材料的
，具体涉及一种基于骨料特性的高强高透水混凝土配合比设计方法。
技术介绍
透水混凝土内部特许的骨架孔隙结构，使其具有一定强度的同时，还有透水储水的能力，用于路面铺设能实现水循环、吸声降噪等效果，是“海绵城市”建设的重要材料。但由于目前透水混凝土的强度主要在C10～C20之间，强度较低，因此主要用于景观路面、人行道等强度等级要求较低的路面，使用场景受到了极大的限制，不利于海绵城市的建设。透水混凝土的破坏形式可分为浆体破坏和骨料破坏。浆体破坏为浆体开裂损坏，但骨料形状完整，骨料强度并未得到利用，这种情况下提高浆体强度可增加透水混凝土强度；而骨料破坏为浆体开裂同时骨料发生断裂破坏，骨料强度得到充分的利用。随着超高强度混凝土技术的发展，浆体的配制技术和强度得到了大幅的提升，目前配制透水混凝土所用的胶结料强度往往在80MPa以上，甚至高达100MPa，但所配制的透水混凝土强度往往低于C30，大部分在C10～C20之间，并且在破坏过程中呈现骨料破坏的状态，这主要是目前的配制没有考虑到骨料强度的影响。透水混凝土属于骨架搭接结构，骨料本身的强度，及与浆体强度的匹配程度，是影响透水混凝土整体强度的关键因素。目前透水混凝土配合比设计普遍采用“绝对体积”法和“比表面积”法。“绝对体积”法是设定目标孔隙率后，依据单位体积透水混凝土中骨料、浆体以及孔隙的体积比例进行计算。“比表面积”法是考虑了骨料的表面积，并采用浆体包裹层厚度从而设计浆体与骨料之间的比例进行计算。但是，这两个方法均是以设计目标孔隙率为前提的，并没有进行目标强度的设计，因此要获得一定强度的透水混凝土，需在实验室进行大量的试配，耗时耗力，不利于实际工程生产指导。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术通过限定挑选骨料、限定浆体强度和用量等条件提供了一种基于骨料特性的高强高透水混凝土的配合比设计方法，较为简便可靠、适合工程技术人员直接使用的。本专利技术能使透水混凝土同时满足透水路面透水性和强度的指标要求，从而保证透水混凝土结构在海绵城市中能够达到预定的设计使用性能，具有重要的学术意义和工程应用前景。本专利技术的目的在于提供一种高强高透水混凝土的配合比设计及其制备方法。本专利技术的技术方案如下：一种基于骨料特性的高强高透水混凝土配合比设计方法，包括以下步骤：第一步：设定透水混凝土的目标强度等级Fc，并根据表1选用不同强度的碎石骨料；表1不同强度等级透水混凝土的骨料强度压碎指标要求所述碎石骨料是粒径为2.4～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～13.2mm的单粒径骨料，并且其针片状含量≤10％；第二步：设定透水混凝土的目标透水系数k，并计算透水混凝土的设计孔隙率P；所述透水系数k与孔隙率P的关系服从：k＝-25.334P2+15.076P-0.9179；第三步：确定透水混凝土的单位体积骨料用量WG以及骨料的紧密堆积孔隙率vc；所述骨料用量WG＝α·ρ1，所述骨料的紧密堆积孔隙率式中α为粗骨料用量修正系数，取0.98，ρ1和ρ2分别为骨料的紧密堆积密度和表观密度；第四步：确定胶结料浆体的强度fc；胶结料浆体的强度fc与透水混凝土目标强度FC之间服从公式Fc＝0.281×fc·λ+φ；所述λ为与设计孔隙率有关的参数，其关系式为λ＝-6.3656P+1.8825；所述φ为与骨料强度有关的常数，当骨料强度压碎指标为≤5％、≤13％、≤19％时，φ取值分别为10.771、4.1563、-0.7424；第五步：计算透水混凝土中单位体积胶结料浆体用量Wp＝Vp×ρp；所述VP为浆体的体积用量，VP＝1-α·(1-vc)-1·P；所述ρp为浆体的密度；为保证透水混凝土的透水性能，根据每立方米透水混凝土中胶结料浆体的体积分数VP及所选用的骨料粒径，计算胶结料浆体对骨料的包裹厚度；所述的胶结料浆体对骨料的包裹厚度的计算式为：PCT＝Vp÷S，所述S为骨料表面积；包裹厚度应满足：2.4～4.75mm粒径骨料的包裹厚度≤310μm，4.75～9.5mm粒径骨料的包裹厚度≤600μm，9.5～13.2mm粒径骨料的包裹厚度≤860μm；第六步：依据透水混凝土单位体积骨料用量、浆体用量以及胶结料浆体组成，即可获得配合比。本专利技术以强度和透水性作为目标性能，基于透水混凝土目标强度与骨料强度的关系、混凝土透水系数与孔隙率的关系、混凝土强度等级与浆体强度的关系、浆体对骨料的包裹厚度、配合比参数间的关系，设计透水混凝土配合比。所述透水混凝土目标强度与骨料强度的关系，通过设计多组(不少于25组)不同强度骨料的透水混凝土配合比，并改变浆体强度和混凝土孔隙率进行试验分析，建立了透水混凝土强度与骨料强度的关系如表1所示。所述透水混凝土透水系数与孔隙率的关系，通过设计多组(不少于12组)不同孔隙率的透水混凝土配合比，并设计不同骨料粒径和不同混凝土强度进行试验分析，建立透水混凝土透水系数k与孔隙率P的关系式：k＝-25.334P2+15.076P-0.9179；所述混凝土强度等级与浆体强度的关系，通过设计多组(不少于12组)不同强度等级的混凝土配合比，并改变浆体强度、孔隙率、以及骨料强度进行试验分析，建立透水混凝土强度与浆体强度的关系；进一步的是，其中包括与设计孔隙率有关的参数λ以及与骨料强度有关的常数φ；所述设计孔隙率有关的参数λ，是根据孔隙率对混凝土强度的影响所得的参数；所述与骨料强度有关的常数φ，是根据不同强度骨料对混凝土强度的影响所得的参数；进一步的是，所述的浆体为水泥基胶结料浆体，可添加硅灰、粉煤灰、矿渣、胶粘剂、增强剂等进行强度调节，可添加外加剂进行工作性能调节。所述浆体对骨料包裹厚度的计算式为：PCT＝Vp÷S，其中S为骨料表面积；进一步的是，所述骨料表面积S的测定方法为：①将单一级配的骨料进行筛分，分为n个粒径区间，测出该粒径骨料中不同粒径区间的骨料含量Vi(其中i＝1，2..n)；②对i区间骨料进行清洗并泡水24h，使其吸水饱和；③往量筒内装入水，记录此时水的体积V1；④随机取100颗骨料，用湿毛巾轻轻擦拭其表面，使其达到饱和面干状态；⑤倾斜量筒，轻轻放入100颗骨料，记录量筒内装入100颗骨料后的水与骨料的体积V2；⑥计算该区间内骨料的平均体积与平均半径及该区间单位体积骨料的比表面积Sri(其中ρ2为骨料的表观密度，i＝1，2..n)；⑦计算该粒径骨料的比表面积所述配合比参数间的关系包括了单位体积透水混凝土中的骨料用量、浆体用量以及浆体中各组成材料的用量；根据骨料的紧密堆积密度和表观密度，计算出单方透水混凝土骨料的体积用量，继而依据孔隙率获得的浆体体积用量；随后，通过测试浆体的密度，即可获知浆体的质量，根据浆体组成及各组成材料的比例，计算得到浆体各组成材料在单位体积混凝土中的用量，即为混凝土的配合比。本专利技术实现了对同时对透水混凝土强度和透水系数的设计需求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于骨料特性的高强高透水混凝土配合比设计方法，其特征在于：包括以下步骤：/n第一步：设定透水混凝土的目标强度等级F

【技术特征摘要】
1.一种基于骨料特性的高强高透水混凝土配合比设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：设定透水混凝土的目标强度等级FC，并根据表1选用不同强度的碎石骨料；
表1不同强度等级透水混凝土的骨料强度压碎指标要求



第二步：设定透水混凝土的目标透水系数k，并计算透水混凝土的设计孔隙率P；所述透水系数k与孔隙率P的关系服从：k＝-25.334P2+15.076P-0.9179；
第三步：确定透水混凝土的单位体积骨料用量WG以及骨料的紧密堆积孔隙率vc；所述骨料用量WG＝α·ρ1，所述骨料的紧密堆积孔隙率式中α为粗骨料用量修正系数，取0.98，ρ1和ρ2分别为骨料的紧密堆积密度和表观密度；
第四步：确定胶结料浆体的强度fc；胶结料浆体的强度fc与透水混凝土目标强度FC之间服从公式Fc＝0.281×fc·λ+φ；所述λ为与设计孔隙率有关的参数，其关系式为λ＝-6.3656P+1.8825；所述φ为与骨料强度有关的常数，当骨料压碎指标为≤5％、≤13％、≤19％时，φ取值分别为10.771、4.1563、-0.7424；
第五步：计算透水混凝土中单位体积胶结料浆体用量Wp＝Vp×ρp...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢燕，钟陈志，卓开元，邓军，陈可昕，郑涌权，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44