本发明专利技术公开了一种基于湿润状态多级分散的混凝土配合比设计方法及系统。方法包括步骤：(1)获取待设计配合比的混凝土性能要求以及原材料理化性能，确定固相颗粒由微观到宏观各级别的分散体系的固相颗粒和流动相原材料成分；(2)对于各级分散体系确定该级别分散体系的分散系数；(3)由微观到宏观的顺序对于各级别分散体系，根据分散系数采用湿润状态下流动相填充固相颗粒表面的湿润状态下堆积模型，确定其流动相与固相颗粒质量之比；(4)确定单位混凝土的原材料质量以及水的质量作为混凝土的配合比。本发明专利技术考虑到所有固体颗粒的堆积密度、比表面积及分散状态，具有较高的可靠性，大大减少了因原材料特征变化所带来的不适性。大大减少了因原材料特征变化所带来的不适性。
【技术实现步骤摘要】
基于湿润状态多级分散的混凝土配合比设计方法及系统
[0001]本专利技术属于混凝土
，更具体地，涉及一种基于湿润状态多级分散的混凝土配合比设计方法及系统。
技术介绍
[0002]混凝土因其实用性、可塑性、高性能和经济性等优点，已被广泛应用于建筑和建筑材料。开发出一种能平衡各种性能的混凝土配合比仍然是一种值得研究的问题。另外随着现代基础设施需求的不断增加，高性能混凝土的使用越来越普遍，对混凝土的强度、和易性、长期稳定性等性能提出了更高的综合要求，因此需要精度更高、效率更高及可靠性强的配合比设计方法。
[0003]混凝土配合比设计大多采用经验公式，先建立胶凝材料、骨料和水的相对含量之间的粗略联系，然后进行试验，得到合适的配合比。目前，混凝土配合比设计，对原料性能界定时，皆采用干堆积模型。这种设计方法在混凝土生产中往往存在不足之处，干堆积模型不能准确的体现出不同批次的原料具有不同的物理化学特性，无法准确根据原材料性质的不同对混凝土配合比做出精准的调整。特别是随着河沙资源的短缺以及人们对混凝土可持续发展意识的逐步提高，机制砂逐渐取代河沙成为混凝土可持续发展的必然趋势。机制砂因由机械破碎而成，由于制砂工艺的不同导致机制砂的级配和比表面积不一，这些特征对机制砂混凝土的性能影响尤其显著，与河沙制备的混凝土相比，机制砂混凝土易离析、泌水且粘度较大，干堆积模型和湿堆积模型的模拟结果差异较大。
[0004]在现阶段，人们普遍认为颗粒堆积理论是现代混凝土设计中最重要的理论之一。颗粒堆积理论通过优化固体颗粒的级配来改善混凝土性能，从而提高混凝土基体的填充密度，减少水泥和水的用量，改善体积稳定性和降低成本。除颗粒级配外，颗粒的比表面积，特别是细颗粒如粉体和细骨料，对新拌混凝土的流变性有显著影响。一般认为，较小的颗粒比表面积有助于润湿和填充颗粒空隙所需的水或浆体，从而可以致使更多的水或浆体用于分散颗粒，减小范德华力和颗粒间摩擦力，最终可改善混凝土的工作性能。
[0005]考虑到新拌混凝土是在湿润条件下进行的，而在湿状态下细颗粒(胶凝材料或细骨料)之间存在相互间作用力，传统的干堆积的方法往往低估了细骨料颗粒的堆积密度，则细颗粒的堆积密度的测试需要在湿润状态下进行。在实际工程中，混凝土的配合比设计未考虑到固体颗粒的特征及固体颗粒的分散状态对混凝土性能的影响，难以适应在固体颗粒特征变化后，对混凝土配合比做出精准的调整以满足混凝土工作性能和力学性能，设计出的混凝土配合比不能很好的满足混凝土工作性能和力学性能的要求。
技术实现思路
[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于湿润状态多级分散的混凝土配合比设计方法及系统，其目的在于通过综合考虑混凝土中不同粒径等级的固相颗粒在湿润状态下的分散情况，根据混凝土的工作性能要求(如流动性)和力学性能要求
(如抗压强度和坍落度)，由此解决现有技术中对混凝土设计时未考虑浸润状态下的固相颗粒分散状态对混凝土工作性能以及力学性能的影响，导致设计出的混凝土不能很好的满足混凝土工作性能和力学性能的要求的技术问题。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于湿润状态多级分散的混凝土配合比设计方法，其包括以下步骤：
[0008](1)获取待设计配合比的混凝土性能要求以及原材料理化性能，并根据分散体系的固相颗粒粒径范围，确定固相颗粒由微观到宏观各级别的分散体系的固相颗粒和流动相原材料成分，其中相邻级别的分散体系中，固相颗粒较微观的分散体系作为固相颗粒较宏观的分散体系的流动相；
[0009](2)对于各级分散体系，根据步骤(1)获取的混凝土性能要求以及该级别分散体系的原材料理化性能，确定该级别分散体系的分散系数；所述分散系数，为该级分散体系中固相颗在流动相中的平均分散距离；
[0010](3)由微观到宏观的顺序对于各级别分散体系，根据步骤(1)获取的该级分散系数采用湿润状态下流动相填充固相颗粒表面的湿润状态下堆积模型，确定其流动相与固相颗粒质量之比；
[0011](4)根据步骤(3)获取的各级别分散体系的流动相与固相颗粒质量之比，确定单位混凝土的原材料质量以及水的质量作为所述混凝土的配合比。
[0012]优选地，所述混凝土配合比设计方法，其所述混凝土性能要求，包括混凝土工作性能要求和混凝土力学性能要求；所述原材料理化性能，包括粒径范围、比表面积、以及与混凝土性能要求相关的原材料其他理化性能。
[0013]优选地，所述混凝土配合比设计方法，其混凝土的固相颗粒按照粒径等级，包括：胶凝材料、细骨料和粗骨料；胶凝材料，粒径范围0
‑
150μm；细骨料，粒径范围150um
‑
4500um；粗骨料，粒径范围4500um
‑
26000μm；
[0014]固相颗粒由微观到宏观各级别：净浆分散体系的固相颗粒为胶凝材料，流动相为水；砂浆分散体系的固相颗粒为细骨料，流动相为净浆；混凝土分散体系的固相颗粒为粗骨料，流动相为砂浆。
[0015]优选地，所述混凝土配合比设计方法，其步骤(3)所述在湿润状态下堆积模型中，流动相包括填充形成固相颗粒密集堆积状态的部分和填充形成固相颗粒分散距离的部分；其中填充形成固相颗粒密集堆积状态的部分由固相颗粒堆积密度最大时的固相颗粒与流动相比例确定，填充形成固相颗粒分散距离的部分由该级别分散体系的分散系数和固相颗粒的比表面积确定。
[0016]优选地，所述混凝土配合比设计方法，其步骤(3)所述流动相与固相颗粒质量之比计算方法如下：
[0017](3
‑
1)确定质量为M
s
的固相颗粒形成固相颗粒密集堆积状态所需的填充形成固相颗粒密集堆积状态的部分流动相质量
[0018](3
‑
2)确定质量为M
s
的固相颗粒形成分散体系状态所需的填充形成固相颗粒分散距离的部分流动相质量M
′
m
：
[0019][0020]其中，ρ为流动相密度，即流动相各原料密度以体积占比为权重的加权平均值；SD为分散体系的分散系数；A为固相颗粒的比表面积；
[0021](2
‑
3)计算流动相与固相颗粒质量之比P为：
[0022][0023]优选地，所述混凝土配合比设计方法，其所述固相颗粒密集堆积状态即固相颗粒堆积密度最大时的堆积状态。
[0024]优选地，所述混凝土配合比设计方法，其采用体积法确定单位混凝土中各级别的固相颗粒以及水的质量；优选方案，原料中的减水剂用量根据混凝土中胶凝材料原材料的用量确定。
[0025]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种混凝土配合比设计系统，其包括：
[0026]混凝土性能获取模块，用于获取待设计配合比的混凝土性能要求以及原材料理化性能，并根据分散体系的固相颗粒粒径范围，确定固相颗粒由微观到宏观各级别的分散体系的固相颗粒和流动相原材料成分，其中相邻级别的分散体系中本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于湿润状态多级分散的混凝土配合比设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取待设计配合比的混凝土性能要求以及原材料理化性能，并根据分散体系的固相颗粒粒径范围，确定固相颗粒由微观到宏观各级别的分散体系的固相颗粒和流动相原材料成分，其中相邻级别的分散体系中，固相颗粒较微观的分散体系作为固相颗粒较宏观的分散体系的流动相；(2)对于各级分散体系，根据步骤(1)获取的混凝土性能要求以及该级别分散体系的原材料理化性能，确定该级别分散体系的分散系数；所述分散系数，为该级分散体系中固相颗在流动相中的平均分散距离；(3)由微观到宏观的顺序对于各级别分散体系，根据步骤(1)获取的该级分散系数采用湿润状态下流动相填充固相颗粒表面的湿润状态下堆积模型，确定其流动相与固相颗粒质量之比；(4)根据步骤(3)获取的各级别分散体系的流动相与固相颗粒质量之比，确定单位混凝土的原材料质量以及水的质量作为所述混凝土的配合比。2.如权利要求1所述的混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述混凝土性能要求，包括混凝土工作性能要求和混凝土力学性能要求；所述原材料理化性能，包括粒径范围、比表面积、以及与混凝土性能要求相关的原材料其他理化性能。3.如权利要求1所述的混凝土配合比设计方法，其特征在于，混凝土的固相颗粒按照粒径等级，包括：胶凝材料、细骨料和粗骨料；胶凝材料，粒径范围0
‑
150μm；细骨料，粒径范围150um
‑
4500um；粗骨料，粒径范围4500um
‑
26000μm；固相颗粒由微观到宏观各级别：净浆分散体系的固相颗粒为胶凝材料，流动相为水；砂浆分散体系的固相颗粒为细骨料，流动相为净浆；混凝土分散体系的固相颗粒为粗骨料，流动相为砂浆。4.如权利要求1所述的混凝土配合比设计方法，其特征在于，步骤(3)所述在湿润状态下堆积模型中，流动相包括填充形成固相颗粒密集堆积状态的部分和填充形成固相颗粒分散距离的部分；其中填充形成固相颗粒密集堆积状态的部分由固相颗粒堆积密度最大时的固相颗粒与流动相比例确定，填充形成固相颗粒分散距离的部分由该级别分散体系的分散系数和固相颗粒的比表面积确定。5.如权利要求4所述的混凝土配合比设计方法，其特征在于，步骤(3)所述流动相与固相颗粒质量之比计算方法如下：(3
‑
1)确定质量为M
s
...
【专利技术属性】
技术研发人员：水中和，郑武，高旭，刘贤平，鲍洁，
申请(专利权)人：湖北合力久盛混凝土有限公司，
类型：发明
国别省市：
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