一种基于固相表面填充层定制的混杂钢纤维自密实混凝土配合比二次设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于固相表面填充层定制的混杂钢纤维自密实混凝土配合比二次设计方法，在无纤维自密实混凝土的基础配合比上，引入钢纤维并通过二次设计包络曲线进行二次配合比设计，最终得到钢纤维自密实混凝土的最终配合比。该设计方法可囊括不同纤维直径、骨料体系等材料变化性，并可实现纤维的混杂掺入，减少了材料、纤维掺量造成的拌合物工作性能波动，大幅提升稳定性，优化了新拌自密实混凝土的工作性能控制，极大减少配比调试数量，可实现自密实纤维混凝土的快速调配，对于实际工程中纤维混凝土的应用和配合比的针对性定制具有指导性作用。制具有指导性作用。制具有指导性作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于固相表面填充层定制的混杂钢纤维自密实混凝土配合比二次设计方法


[0001]本专利技术涉及建筑材料
，尤其涉及一种基于固相表面填充层定制的混杂钢纤维自密实混凝土配合比二次设计方法。

技术介绍

[0002]自密实混凝土的概念最早是由H.Okamura教授于1986年提出，通过固定骨料体积、调节水灰比和外加剂含量参数，并结合流变实验调配可拌制出满足流变特性而无需拌制的自密实混凝土，现如今，自密实混凝土配合比设计形成了经典的5大配比理论体系，分别为：1)通过配比参数调整以及工作性能测试的经验性配比方法；2)基于抗压强度和配比建议区间的配比设计方法；3)基于骨料颗粒填充填充率理论、填充密实程度的配比设计方法；4)基于实验数据的统计分析模型；5)基于过剩浆体性能和厚度的浆体流变学模型，以上理论体系在规范、指南层面，对于自密实混凝土配合比，多提供经验性的配比参考区间。
[0003]而仅通过砂石骨料增强的混凝土/自密实混凝土，韧性不足，在受拉荷时易脆断崩裂，特别是应用于装配式地下结构时，在接头、角隅等应力集中部位，非常容易出现破损开裂，导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于固相表面填充层定制的混杂钢纤维自密实混凝土配合比二次设计方法，其特征在于：包括以下步骤：1)获取原材料的性能参数并确定无纤维自密实混凝土基础配合比参数；2)采用实验测试和/或可压缩填充模型计算无纤维自密实纤维混凝土表面填充层厚度；3)引入钢纤维、骨料混合堆积体空隙绘制钢纤维自密实混凝土固相表面填充层二次设计包络曲线；4)根据二次设计包络曲线过程进行二次配合比计算及调整。2.根据权利要求1所述的一种基于固相表面填充层定制的混杂钢纤维自密实混凝土配合比二次设计方法，其特征在于：所述原材料包括：钢纤维、骨料、水泥、粉煤灰、矿渣、硅灰、外加剂和水；所述原材料的性能参数包括：粗骨料表观密度ρ
ca
、粗骨料堆积密度ρ
c
′
a
、粗骨料体系填充率PD
ca
、细骨料体系填充率PD
fa
、粗骨料体系空隙率P
void
‑
ca
、细骨料体系空隙率P
void
‑
fa
、细骨料表观密度ρ
fa
、细骨料堆积密度ρ
f
′
a
、粗骨料级配参数、细骨料级配参数、粗骨料形态参数、细骨料形态参数、钢纤维容重ρ
f
，钢纤维形态参数、水泥表观密度ρ
ce
、粉煤灰表观密度ρ
fla
、矿渣表观密度ρ
slag
、硅灰表观密度ρ
si
、水的密度ρ
w
和外加剂配置后的密度ρ
sp
。3.根据权利要求2所述的一种基于固相表面填充定制的混杂钢纤维自密实混凝土配合比二次设计方法，其特征在于：所述粗骨料体系填充率PD
ca
和粗骨料体系空隙率P
void
‑
ca
的计算过程为：式1：式2：式3：P
void
‑
ca
＝1
‑
PD
ca
；所述细骨料填充率PD
fa
和细骨料骨架体系空隙率P
void
‑
fa
的计算过程为：式4：式5：式6：P
void
‑
fa
＝1
‑
PD
fa
式1～6中：ρ
c
′
a
为粗骨料容积密度，量纲为kg/m3；W
ca
为粗骨料重量，量纲为kg；PD
ca
为粗骨料填充率，无量纲；Vol
C
为测试所用容器的体积，量纲为m3；Vol
ca
为测试容器填满后的粗骨料的绝对体积，量纲为m3；P
void
‑
ca
为粗骨料骨架体系空隙率，无量纲；W
fa
为粗骨料重量，量纲为kg；PD
fa
为粗骨料填充率，无量纲；Vol
C
为测试所用容器的体积，量纲为m3；Vol
ca
为容器中骨料的绝对体积，量纲为m3；P
void
‑
fa
为骨架体系空隙率，无量纲；所述粗骨料级配参数的计算过程为：将粒径大于5mm的粗骨料划分为2～3个区间，确定各粒径区间的体积占比h
i
，用以表示粗骨料的级配分布；所述细骨料级配参数的计算过程为：将直径0.08～5mm的骨料分为6个区间，计算各区间的累积筛余率，即粒径为D
i
颗粒的通过百分数，记为p
i
，并多次重复取平均值，其中，p
i
采用Funk
‑
Dinger公式拟合：式7：
式7中：p
i
为各区间的累积筛余率，量纲为％；D
min
为细骨料中颗粒最小的粒径，量纲为m；D
max
为细骨料中颗粒最大的粒径，量纲为m；q为需拟合的级配指数，无量纲；D
i
为粒径区间i的筛孔粒径；所述粗骨料形态参数和细骨料形态参数的计算过程为：
①
采用Heywood颗粒理论计算尺寸比例，计算过程为：式8：式9：式10：
②
采用离散法计算粗骨料的比表面积，计算过程为：式11：
③
采用连续法计算细骨料的比表面积，计算过程为：式12：式8～12中：L为骨料长度，量纲为m；B为骨料宽度，量纲为m；T为骨料厚度，量纲为m；m和n为投影尺寸比例系数，无量纲；d
p
为投影直径相对于筛分直径的放大系数，无量纲；s
ca
为粗骨料比表面积，量纲为m
‑1；f为形状面积系数，无量纲；k为形状体积系数，无量纲；h
i
为各粒径区间占比，无量纲；D
i
为粒径区间i的筛孔粒径，量纲为m；p
i
为各区间的累积筛余率，量纲为％；s
fa
为细骨料的比表面积，量纲为m
‑1；所述钢纤维形态参数包括：纤维长度、纤维直径和纤维比表面积，其中，纤维长度和纤维直径通过测量即得，纤维比表面积的计算过程为：式13：式13中：s
f
为钢纤维比表面积，量纲为m
‑1；d
f
为纤维直径，量纲为m
‑1。4.根据权利要求1所述的一种基于固相表面填充层定制的混杂钢纤维自密实混凝土配合比二次设计方法，其特征在于：所述无纤维自密实混凝土基础配合比参数包括：粗骨料的绝对体积V
ca
和质量m
ca
，细骨料的绝对体积V
fa
和质量m
fa
，浆体的体积V
lp
，胶凝材料的重量m
b
，水泥的重量m
ce
，粉煤灰的重量m
fla
，粒化高炉矿渣的重量m
slag
，硅灰的重量m
si
，水的重量m
w
。5.根据权利要求1所述的一种基于固相表面填充定制的混杂钢纤维自密实混凝土配合比二次设计方法，其特征在于：所述无纤维自密实纤维混凝土骨料表面填充层计算包括：分别计算骨料混合堆积体空隙率P
void
‑
a
、骨料混合堆积体空隙体积U
void
‑
a
、粗骨料表面过剩砂层填充层厚度t
s
和粗细混合骨料表层的过剩浆体填充层厚度t
p
。6.根据权利要求5所述的一种基于固相表面填充定制的混杂钢纤维自密实混凝土配合比二次设计方法，其特征在于：所述骨料混合堆积体空隙P
void
‑
a
采用交互作用修正的CPM模型计算；
所述粗骨料表面过剩砂层填充层厚度t
s
的计算过程为：式14：U
ca
＝V
ca
/PD
ca
；式15：U
fa
＝V
fa
/PD
fa
；式16：U
void
‑
ca
＝P
void
‑
ca
·
U
ca
；式17：U
EF
‑
fa
＝U
fa
‑
U
void
‑
ca
；式18：t
s
＝U
EF
‑
fa
/(V
ca
·
s
ca
)；式14～18中：U
ca
为粗骨料松散堆积体积，量纲为m3；V
ca
为粗骨料的绝对体积，量纲为m3；V
fa
为细骨料的绝对体积，量纲为m3；U
fa
为细骨料松散堆积体积，量纲为m3；P
void
‑
ca
为粗骨料骨架体系空隙率，无量纲；U
EF
‑
fa
为过剩砂层填充层堆积体积，量纲为m3；t
s
为粗骨料表面过剩砂层填充层厚度，量纲为m；所述骨料混合堆积体的空隙体积U
void
‑
a
的计算方法和所述粗细混合骨料表层的过剩浆体填充层厚度t
p
的计算过程为：式19：U
a
＝U
EF
‑
fa
+U
ca
式20：U
void
‑
a
＝U
a
·
P
void
‑
a
式21：式19～21中：V
ca
为粗骨料绝对体积，量纲为m3；V
fa
为细骨料绝对体积，量纲为m3；P
void
‑
a
为粗细混合骨料颗粒堆积空隙率，无量纲；s
ca
为粗骨料比表面积，量纲为m
‑1；s
fa
为细骨料比表面积，量纲为m
‑1；V
lp
为浆体体积，量纲为m3；t
p
为粗细混合骨料表层的过剩浆体填充层厚度，量纲为m。7.根据权利要求6所述的一种基于固相表面填充定制的混杂钢纤维自密实混凝土配合比二次设计方法，其特征在于：所述交互作用修正的CPM模型的计算过程为：
①
确定细骨料在骨料体系中的绝对体积占比d
fa
‑
vol
：式22：
②
计算粒径区间i的体积占比y
i
：式23：对于粗骨料，y
i
＝h
i
·
(1
‑
d
fa
‑
vol
)；式24：对于细骨料，y
i
＝(p
i
‑
p
i
‑1)
·
d
fa
‑
vol
；式23～24中：i为细骨料粒径区间；h
i
为粗骨料粒径区间；
③
计算各粒径区间的虚拟填充率β
i
：式25：
④
计算虚拟骨架体系的虚拟填充率γ：式26：a＝1
‑
(1
‑
s)
5.0
‑
1.9
·
s
·
(1
‑
s)
3.1
；式27：b＝1
‑
(1
‑
s)
1.9
‑
2.1
·
s
·
(1
‑
s)
10.5
‑
0.2
·
(1
‑
s)
7.6
；式28：
⑤
计算骨料颗粒骨架实际填充率Φ：
式29：式30：P
void
‑
a
＝1
‑
Φ；式25～30中：β
i
为粒径区间i的虚拟填充率，无量纲；α
i
为骨料各粒径区间骨料的松散填充率，无量纲；K为骨架压实系数，无量纲，s＝D
j
/D
i
为颗粒粒径区间j和i的平均粒径之比，a
ij
和b
ij
分别为颗粒粒径区间i与j之间的松动效应系数和壁效应系数；n为划分的总粒径区间数量。8.根据权利要求1所述的一种基于固相表面填充定制的混杂钢纤维自密实混凝土配合比二次设计方法，其特征在于：所述钢纤维自密实混凝土固相表面填充层二次设计包络曲线包括以下参数：钢纤维表面过剩砂层填充层的相对厚度T
sf
和纤维外掺后的固相表面过剩浆体填充层缩放系数T
pf
两个二次配合比参数。9.根据权利要求8所述的一种基于固相表面填充定制的混杂钢纤维自密实混凝土配合比二次设计方法，其特征在于：所述钢纤维表面过剩砂层填充层的相对厚度T
sf
和纤维外掺后的固相表面过剩浆体填充层缩放系数T
pf
的定义为：T
sf
为钢纤维表层过剩砂层填充层厚度t
sf
相对于无纤维自密实混凝土粗骨料表面过剩砂层填充层厚度t
s
的比值；T
pf
为掺入钢纤维后固相组分表面过剩浆体填充层厚度t
pf
相对于粗细混合骨料表层的过剩浆体填充层厚度t
p
的比值；所述钢纤维自密实混凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷明锋，刘凌晖，龚琛杰，李水生，甘淑清，张虎，施成华，杨子汉，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：