一种基于配合比设计的纤维增强自密实混凝土分布均匀化调控方法技术

一种基于配合比设计的纤维增强自密实混凝土分布均匀化调控方法，它属于高性能混凝土优化设计领域。本发明专利技术解决了FR

【技术实现步骤摘要】
一种基于配合比设计的纤维增强自密实混凝土分布均匀化调控方法


[0001]本专利技术属于高性能混凝土优化设计领域，具体涉及一种纤维增强自密实混凝土分布均匀化调控方法。

技术介绍

[0002]作为一种水泥基复合材料，纤维增强自密实混凝土(Fiber
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reinforced self
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compacting concrete，FR
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SCC)以高流动性为前提，以高强度及高密实性著称，具有自密实、比强度高、资源消耗小、高耐久性等特点，不但能够满足21世纪土木工程高层、超高层建筑、工业厂房等大型工程超远程泵送的需求，在高侵蚀环境下的石油、核电、海洋及军事等工程设施中也有着广阔的应用前景，是未来混凝土技术发展的主要方向。全方位提升传统自密实混凝土(SCC)性能的重要手段之一是在基体中掺加钢纤维，生成新型的钢纤维增强FR
‑
SCC。由于钢纤维能够有效桥接基体裂缝、限制裂缝扩展，增强材料延性及抗裂能力，同时提高抗拉与抗弯强度，使材料整体性能得到改善。成型过程中，由于FR
‑
SCC的高流动性造成的钢纤维空间分布的不可控性(钢纤维沉降)对材料性能影响显著，且大量掺加的钢纤维大幅提高建造成本，严重制约其结构应用。
[0003]综合FR
‑
SCC研究现状，现有研究局限于试验室中理想情况下，以钢纤维在FR
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SCC基体中均匀、随机分布为假设对FR
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SCC进行力学性能评价，以此结果对FR/>‑
SCC结构的承载能力和耐久性进行评估可能存在一定的安全隐患。实际上，钢纤维的密度是混凝土密度的3倍以上。由于FR
‑
SCC的高流动性，钢纤维在新拌基体中具有向下沉降的趋势，具体的空间分布情况与其新拌性能密切相关。在许多情况下，钢纤维在FR
‑
SCC基体中并不总是能均匀分布，而具体的纤维分布状态或沉降速率很难通过配合比确定。当纤维在基体内分布不均匀时，其对混凝土性能的增强效果将会减少甚至消失，以至于产生更多的局部缺陷。大截面构件内部纤维分布的变化将极大地影响结构的承载能力及整体性能。均匀的纤维分布恰恰减少了这些缺陷的最大尺寸，最大程度发挥纤维在基体内的有利作用。
[0004]综上所述，解决FR
‑
SCC钢纤维分布不可控的问题，对保证材料性能是十分必要的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为解决FR
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SCC钢纤维分布不可控的问题，而提出了一种通过建立原材料配合比与FR
‑
SCC新拌浆体中钢纤维分布的关系，实现FR
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SCC内钢纤维的随机、均匀化分布的方法。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
[0007]一种基于配合比设计的纤维增强自密实混凝土分布均匀化调控方法，所述方法具体包括以下步骤：
[0008]步骤一、根据预设的原材料质量配合比制备FR
‑
SCC浆体，其中，制备FR
‑
SCC浆体的原材料包括水泥、矿渣粉、硅灰、粉煤灰、骨料、减水剂、钢纤维和水；
[0009]步骤二、利用步骤一中制备的FR
‑
SCC浆体，通过成型和养护来制备FR
‑
SCC试件；
[0010]再对制备好的试件进行切割，切割后对断面进行处理获得FR
‑
SCC试件断面；
[0011]步骤三、获取FR
‑
SCC试件断面图像，并对获取的图像进行处理和分析，获得试件不同深度位置纤维面积含量；并根据试件不同深度位置的纤维面积含量，计算试件从浇筑面至底部的钢纤维分布系数α；
[0012]步骤四、根据预设的水胶比计算水胶比当量参数Ψ，根据预设的砂石比和胶砂比计算骨胶比当量参数Z，根据预设的减水剂掺量计算减水剂当量掺量ω
SP
；
[0013]所述水胶比是指原材料中，水的质量与胶凝材料总质量的比值，胶凝材料包括水泥、矿渣粉、硅灰和粉煤灰；
[0014]所述胶砂比是指原材料中，胶凝材料总质量与骨料中含砂质量的比值；
[0015]所述砂石比是指原材料中，骨料中含砂质量与骨料中含石质量的比值；
[0016]步骤五、不断改变预设的原材料质量配合比，且对于每一组原材料质量配合比，均重复一次步骤一至步骤四的过程；
[0017]根据每次获得的Ψ、Z、ω
SP
和预设的钢纤维掺量ω
f
，对每次获得的钢纤维分布系数α进行拟合，初步获得钢纤维分布系数拟合曲面方程α＝α(Ψ,Z,ω
SP
,ω
f
)；
[0018]再对初步获得的钢纤维分布系数拟合曲面方程进行插值，最终得到不同参数变量下的纤维分布系数拟合曲面方程；
[0019]步骤六、根据工程要求得到相应的钢纤维分布系数，利用钢纤维分布系数和拟合曲面方程反推出水胶比当量参数、骨胶比当量参数、减水剂当量掺量和钢纤维掺量，再根据反推出的当量参数和当量掺量来分别确定对应的水胶比、胶砂比、砂石比和减水剂掺量，进而获得满足工程要求的原材料质量配合比。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]本专利技术提出了一种基于配合比设计的纤维增强自密实混凝土分布均匀化调控方法，本专利技术通过分析钢纤维在新拌FR
‑
SCC浆体内的沉降机理，采用断面图像分析法，对不同配合比的FR
‑
SCC试件内钢纤维分布情况进行量化分析，建立各原材料参数
‑
钢纤维分布系数之间的关系，实现通过原材料参数调控钢纤维向随机、均匀化分布。
附图说明
[0022]图1为本专利技术方法的流程图；
[0023]图2为试件的切割示意图；
[0024]图中，d为试件的直径，L为试件的高度；
[0025]图3为试件断面图像的处理流程图。
具体实施方式
[0026]具体实施方式一、结合图1说明本实施方式。本实施方式所述的一种基于配合比设计的纤维增强自密实混凝土分布均匀化调控方法，所述方法具体包括以下步骤：
[0027]步骤一、根据预设的原材料质量配合比制备新拌FR
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SCC浆体，其中，制备FR
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SCC浆体的原材料包括水泥、矿渣粉、硅灰、粉煤灰、骨料(含砂、石)、减水剂、钢纤维和水；
[0028]步骤二、利用步骤一中制备的FR
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SCC浆体，通过成型和养护来制备FR
‑
SCC试件；
[0029]再对制备好的试件进行切割，切割后对断面进行处理获得干净平整的FR
‑
SCC试件断面；
[0030]步骤三、获取FR
‑
SCC试件断面图像，并对获取的图像进行处理和分析，获得试件不同深度位置纤维面积含量；并根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于配合比设计的纤维增强自密实混凝土分布均匀化调控方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：步骤一、根据预设的原材料质量配合比制备FR
‑
SCC浆体，其中，制备FR
‑
SCC浆体的原材料包括水泥、矿渣粉、硅灰、粉煤灰、骨料、减水剂、钢纤维和水；步骤二、利用步骤一中制备的FR
‑
SCC浆体，通过成型和养护来制备FR
‑
SCC试件；再对制备好的试件进行切割，切割后对断面进行处理获得FR
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SCC试件断面；步骤三、获取FR
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SCC试件断面图像，并对获取的图像进行处理和分析，获得试件不同深度位置纤维面积含量；并根据试件不同深度位置的纤维面积含量，计算试件从浇筑面至底部的钢纤维分布系数α；步骤四、根据预设的水胶比计算水胶比当量参数Ψ，根据预设的砂石比和胶砂比计算骨胶比当量参数Z，根据预设的减水剂掺量计算减水剂当量掺量ω
SP
；所述水胶比是指原材料中，水的质量与胶凝材料总质量的比值，胶凝材料包括水泥、矿渣粉、硅灰和粉煤灰；所述胶砂比是指原材料中，胶凝材料总质量与骨料中含砂质量的比值；所述砂石比是指原材料中，骨料中含砂质量与骨料中含石质量的比值；步骤五、不断改变预设的原材料质量配合比，且对于每一组原材料质量配合比，均重复一次步骤一至步骤四的过程；根据每次获得的Ψ、Z、ω
SP
和预设的钢纤维掺量ω
f
，对每次获得的钢纤维分布系数α进行拟合，初步获得钢纤维分布系数拟合曲面方程α＝α(Ψ,Z,ω
SP
,ω
f
)；再对初步获得的钢纤维分布系数拟合曲面方程进行插值，最终得到不同参数变量下的纤维分布系数拟合曲面方程；步骤六、根据工程要求得到相应的钢纤维分布系数，利用钢纤维分布系数和拟合曲面方程反推出水胶比当量参数、骨胶比当量参数、减水剂当量掺量和钢纤维掺量，再根据反推出的当量参数和当量掺量来分别确定对应的水胶比、胶砂比、砂石比和减水剂掺量，进而获得满足工程要求的原材料质量配合比。2.根据权利要求1所述的一种基于配合比设计的纤维增强自密实混凝土分布均匀化调控方法，其特征在于，所述步骤一的具体过程为：步骤一一、将预设质量配合比的水泥、矿渣粉、硅灰、粉煤灰、骨料、减水剂、钢纤维和水分别进行称重，称重后将水泥、矿渣粉、硅灰、粉煤灰和骨料倒入搅拌锅内；步骤一二、将减水剂与水混合均匀后，将混合物加入搅拌锅内，再低速搅拌2分钟，且在低速搅拌过程中逐步均匀向搅拌锅内加入钢纤维，钢纤维全部加入后，再继续高速搅拌2分钟，获得FR
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SCC浆体。3.根据权利要求2所述的一种基于配合比设计的纤维增强自密实混凝土分布均匀化调控方法，其特征在于，所述低速搅拌的速率为80～120转/分，高速搅拌的速率为180～220转/分。4.根据权利要求3所述的一种基于配合比设计的纤维增强自密实混凝土分布均匀化调控方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：步骤二一、将步骤一中制备的FR
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SCC浆体一次性倒入模具、至浆体高于试模口1
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2mm，在浆体倒入模具的过程中，同时利用抹刀沿模具侧壁插捣浆体；
步骤二二、将步骤二一处理后的模具保持竖直，并移动至水平地面上，利用塑料薄膜将模具上口封好，获得试模；步骤二三、对步骤二二中所得试件进行养护：将试模置于20℃以上的室温条件下静置24小时后，再取下塑料薄膜并进行脱模；试件脱模后，继续养护7天以上；步骤二四、待步骤二三中所得试件成型后，利用切割机对试件进行切割；步骤二五、从步骤二四切割后的试件中选取出中间部分试件，对选取出试件的断面进行粗磨、细磨和剖光处理后，获得处理后的FR
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SCC试件断面。5.根据权利要求4所述的一种基于配合比设计的纤维增强自密实混凝土分布均匀化调控方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程为：步骤三一、采用超景深照相机采集试件同一断面不同位置的图像，并对采集的图像进行拼接，生成整个断面图像；步骤三二、将步骤三一中生成的图像输入图像处理软件进行尺寸校正，获得尺寸校正后的图像；步骤三三、将步骤三二得到的尺寸校正后图像转换为灰度图像，并对灰度图像进行对比度增强，获得对比度增强后的图像；步骤三四、将步骤三三得到的对比度增强后图像转换为仅有黑白二色的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王睿，林锦辉，任振洋，
申请(专利权)人：深圳市建筑工务署工程管理中心，
类型：发明
国别省市：