[發明專利]一種自密實混凝土拌合物配合比設計方法

在審

• 申請號: 201510577964.7
• 申請日: 2015-09-11
• 公開（公告）號: CN105224727A
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發明（設計）人: 湯寄予;高丹盈;趙軍;陳剛;陳瑞龍;徐俊娟;金星;崔來浩
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;C04B28/04
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時立新

1.一種自密實混凝土拌合物配合比設計方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

（1）確定性能設計目標，具體包括欲制備的自密實混凝土拌合物的自密實性能等級，和欲制備的自密實混凝土的強度等級；

（2）確定自密實混凝土的配制強度和水膠比，依據行業標準《JGJ 55 普通混凝土配合比設計規程》計算自密實混凝土配制強度fcu,0；

按下述公式1計算水膠比；

公式1，；

式中：mw為每立方米自密實混凝土拌合物中用水量，kg；mb為每立方米自密實混凝土拌合物中膠凝材料的質量，kg；fcu,0為依據現行行業標準計算所得自密實混凝土配制強度；fb為水泥28d實測抗壓強度，MPa；

（3）確定骨料的最密級配及不同堆積狀態的空隙率，步驟和原則如下：

A．根據構件截面形狀的復雜程度及配筋情況，確定粗骨料的最大粒徑D；同時對粗細骨料分別進行篩分，獲得粗細骨料的級配曲線；

B．如實際工程中骨料料源充足且可供選擇，即可由多種粗細骨料混合搭配時，根據下述公式3設計骨料的初始目標級配：

公式3，，di≤D；

式中：di為某一級顆粒的粒徑，mm；Pi為di顆粒的通過率，%；D為最大顆粒粒徑，mm；k為級配指數，取值0.40~0.60；

在上述公式3基礎上，按公式4計算連續級配骨料混合料中粒徑為di一級顆粒的篩余百分含量，即在級配骨料混合料中的百分含量，

公式4，，；

式中：d2i為大于i的相鄰一級顆粒粒徑，mm；

在上述公式3和公式4的基礎上，對k取值不同時設計數條初始目標級配曲線，按以下公式5求解滿足某條目標級配曲線的各種骨料的組成，

公式5，；

式中：m為級配顆粒的粒級數；n為骨料種類數；xj為第j種骨料在連續級配骨料混合料中的含量百分率；Psj為由篩分試驗得到第j種骨料在第s號篩上的篩余百分率，其中s=i；

根據上述方程組計算結果，采用不同種類的粗細骨料組合分別按計算的配合比組合結果組成符合初始目標級配曲線的骨料混合料，并進行實際堆積密度試驗，通過試驗結果的對比，確定骨料混合料達到最密堆積狀態的實際最密級配；

C．如實際工程中骨料料源有限，即僅有一種粗骨料和一種細骨料時，所述骨料的最密級配指砂率，按如下公式6確定最密堆積狀態的砂率，

公式6，；

式中：Pfa為砂率，即砂子的體積占整個骨料體積的百分率，%；Mx為砂細度模數，取值在2.5～3.1之間；Dmax為粗骨料的公稱最大粒徑，在9.5～20mm之間；

砂率Pfa控制在40~55%之間；

以上述公式6所計算的初始砂率為中心，上下調整砂率，組成數組不同的骨料混合料進行堆積密度試驗，通過試驗結果的對比，確定達到最密堆積狀態的實際砂率；

D．確定最密級配骨料混合料的堆積空隙率，根據步驟B、步驟C的結果，對滿足最密堆積級配或最密堆積砂率要求的骨料混合料進行松散堆積密度和最密堆積密度試驗；

松散堆積密度和最密堆積密度試驗，分別按《JTG E42 公路工程集料試驗規程》中規定的自然堆積密度和振實密度試驗方法進行測試；

滿足最密堆積級配要求或最密堆積砂率要求的骨料混合料的松散堆積空隙率VCAloos和最密堆積空隙率VCAclos分別由以下公式7和公式8計算獲得：

公式7，；

公式8，；

式中：ρloos為粗細骨料混合料的自然堆積密度，kg/m3；ρa為粗細骨料混合料的合成表觀密度，kg/m3；ρclos為粗細骨料混合料的振實堆積密度或干搗實密度，kg/m3；

（4）確定膠凝材料和拌合水的用量，

滿足工作性和經濟性要求的膠凝材料漿體的單方最小體積Vp,min可由如下公式9確定，

公式9，Vp,min≥VCAloos ；

兼顧工作性、強度和經濟性要求的拌合物中膠凝材料單方最大體積Vb,max可由如下公式10確定，

公式10，Vb,max≤VCAclos；

將拌合物要達到的自密實性能等級與各種材料用量建立聯系，即：

自密實性能滿足《JGJT283 自密實混凝土應用技術規程》規定的坍落擴展度達到SF1級要求的膠凝材料漿體單方體積如下公式11所示，

公式11，Vp,min=VCAloos ；

根據如下公式12確定膠凝材料的單方總質量：

公式12，

式中，βi為礦物摻合料的質量分數；

根據下述公式13確定拌和水的單方總質量：

公式13， ；

根據下述公式14確定水泥的單方質量：

公式14， ；

根據下述公式15確定礦物摻合料的單方質量：

公式15，；

上述公式中：ρw為拌合水的表觀密度，kg/m3；ρc為水泥的表觀密度，kg/m3；ρi為第i種礦物摻合料的表觀密度，kg/m3；

自密實性能滿足《JGJT283 自密實混凝土應用技術規程》規定的坍落擴展度達到SF3級要求的膠凝材料初始總體積如下述公式16所示，

公式16，；

根據如下公式17確定膠凝材料的初始總質量：

公式17， ；

根據下述公式18確定拌和水的初始總體積：

公式18，；

根據下述公式19確定膠凝材料的單方總質量：

公式19，；

根據下述公式20確定拌和水的單方總質量：

公式20，；

根據下述公式21確定水泥的單方質量：

公式21，；

根據下述公式22確定礦物摻合料的單方質量：

公式22，；

自密實性能滿足《JGJT283 自密實混凝土應用技術規程》規定的坍落擴展度達到SF2級要求的膠凝材料單方總質量根據下述公式23計算，

公式23，；

根據如下公式24確定拌和水的單方總質量：

公式24， ；

根據如下公式25確定水泥的單方質量：

公式25， ；

根據如下公式26確定礦物摻合料的單方質量：

公式26， ；

膠凝材料的用量在400～650kg/m3之間，水泥用量應滿足相應規范或者標準對耐久性要求的限值，在350～500kg/m3，用水量不應超過200kg/m3；

（5）確定骨料的用量，

根據步驟（4）的計算結果，依據拌合物要達到的不同自密實性能等級確定骨料的相應用量；

（5.1）坍落擴展度滿足自密實性能等級SF1的骨料用量計算

A．對由多種粗細骨料組配的滿足連續級配要求的骨料混合料，骨料的單方總質量ma,SF1按如下公式27計算：

公式27，；

按公式28計算單粒徑顆粒di的單方質量；

公式28，；

B．對僅由一種粗骨料和一種細骨料組配的骨料混合料單方質量的計算：

按如下公式29確定細骨料的單方用量：

公式29，；

按如下公式30確定粗骨料的單方用量：

公式30， ；

式中：ma,SF1為每立方米自密實混凝土拌合物中細骨料的質量，kg；mca,SF1為每立方米自密實混凝土拌合物中粗骨料的質量，kg；ρfa為細骨料的表觀密度，kg/m3；ρca為粗骨料的表觀密度，kg/m3；

（5.2） 坍落擴展度滿足自密實性能等級SF3的骨料用量計算

A．對由多種粗細骨料組配的滿足連續級配要求的骨料混合料，骨料的單方總質量ma,SF3按如下公式31計算：

公式31， ；

按公式32計算單粒徑顆粒di的單方質量；

公式32，；

B．對僅由一種粗骨料和一種細骨料組配的骨料混合料單方質量的計算：

按如下公式33確定細骨料的單方用量：

公式33，；

按如下公式34確定粗骨料的單方用量：

公式34， ；

（5.3）坍落擴展度滿足自密實性能等級SF2的骨料用量計算

A．對由多種粗細骨料組配的滿足連續級配要求的骨料混合料，骨料的單方總質量ma,SF2按如下公式35計算：

公式35，；

按公式36計算單粒徑顆粒di的單方質量；

公式36，；

B．對僅由一種粗骨料和一種細骨料組配的骨料混合料單方質量的計算：

按如下公式37確定細骨料的單方用量：

公式37， ；

按如下公式38確定粗骨料的單方用量：

公式38， ；

（6）確定外加劑用量，

按如下公式39對自密實混凝土中外加劑用量進行計算確定：

公式39， ；

式中：mad為每立方自密實混凝土中外加劑用量，kg；

βad為外加劑摻量，以占膠凝材料總量的質量百分數表示，%；

（7）確定拌合水的實際添加量，

當所采用的外加劑為液體類型時，需要將其所含水量扣除，因而自密實混凝土的實際用水量mw依據如下公式40進行計算確定：

公式40， ；

式中：mw為滿足實際自密實各項性能要求的每立方自密實混凝土拌合水的實際添加質量，kg；α為液體外加劑的固含量，%；mwt為前述mwt,mid、mwt,max或mwt,min的值；

分別稱取上述步驟（2）~步驟（7）所確定的自密實混凝土中粗細骨料、凝膠材料、水、外加劑的用量，按照粗細骨料、膠凝材料、外加劑和水的投料順序，攪拌均勻后，即可用于實際工程。