[發明專利]一種通過優化致密填充粒徑分布提高材料顆粒填充密度的方法

有效

• 申請號: 201710875825.1
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN108585635B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 陳嘉健;吳沛林
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C04B7/26;C04B20/00;G05D11/00
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 劉興亮

本發明屬于建筑材料領域，具體明涉及一種通過優化致密填充粒徑分布改善水泥漿、砂漿、混凝土配合比設計，進而提高材料顆粒填充密度的方法。本發明比較分析了實際生產的摻加不同種類不同摻量礦物摻合料的水泥漿膠凝材料試樣、砂漿固體材料試樣、不同細骨料占比的混凝土骨料試樣的粒徑分布與優化致密填充粒徑分布模型吻合度，并實驗測量了相應水泥漿膠凝材料試樣、砂漿固體材料試樣、混凝土骨料試樣的填充密度，表明了顆粒粒徑分布越接近優化致密填充粒徑分布模型，其填充密度越高，證明了優化致密填充粒徑分布模型在水泥漿、砂漿、混凝土配合比優化中的有效作用。

技術領域

本發明屬于建筑材料領域，具體涉及一種通過優化致密填充粒徑分布改善水泥漿、砂漿、混凝土配合比設計，進而提高材料顆粒填充密度的方法。

背景技術

新拌混凝土和硬化混凝土的性能與其組成的固體顆粒粒徑分布狀況及填充密度密切相關。若能提高混凝土固體顆粒填充密度，需要填充固體顆粒間空隙的水量和水泥漿量將可以減少，從而提供更多的富余水量和富余漿量來提高新拌混凝土的流動性。除能提高混凝土的流動性外，混凝土固體顆粒填充密度的提高亦能使混凝土的微觀結構更加致密，從而提高強度。

混凝土固體顆粒填充密度的提高需要通過優化固體顆粒的粒徑分布來實現，理論上最優化的粒徑分布為連續分布并使較小的顆粒填充較大顆粒間的空隙。早在1930年代，已有研究者(Andreasen and Andersen 1930,Furnas 1931)提出適用于混凝土和砂漿的致密填充粒徑分布模型。

然而，目前的粒徑分布模型并不能顧及顆粒大小比細骨料細的顆粒，包括膠凝材料和細骨料中的粉體部分(粉體部分為顆粒粒徑小于75微米的部分)。Kwan et al.(2014)研究表明粉體部分可提高填充密度，為混凝土材料的重要部分。

與粒徑連續分布的致密填充粒徑分布模型不同，普通混凝土中的水泥、細骨料、粗骨料等固體組成材料的粒徑分布并非如致密填充粒徑分布模型一樣的連續分布。普通混凝土固體顆粒粒徑分布存在著粒徑范圍大致為50～500微米(介于水泥和細骨料之間)和小于5微米(細于水泥顆粒)的兩檔空缺。為達至理想的連續顆粒分布，此兩檔空缺需要由顆粒粒徑合適的摻和料填充。

目前，常用的骨料致密填充粒徑分布模型主要有以下三個：

(1)Andreasen and Andersen模型：

其中CPFT為累計體積分數，D為顆粒大小，D_L為最大顆粒大小，m為致密填充模型分布系數。

(2)Furnas模型：

通過探索砂漿骨料的填充密度，Furnas(1931)提出了顧及顆粒最小粒徑的Furnas模型：

其中D_S為最小粒徑，r為致密填充模型分布系數,其他符號意義與式(1)一致。

(3)Funk and Dinger模型，亦稱Modified Andreasen and Andersen模型：

Funk and Dinger(1994)改善了Andreasen and Andersen模型，提出下式(3)：

式(2)和式(3)考慮了最小顆粒粒徑的作用，為較成熟精確的填充密度模型。雖然模型式(2)和式(3)為不同研究人員獨立提出的成果，但通過比較式(2)和式(3)可以看出只要把式(2)中的r取為e^m，或者把式(3)中的m取為ln(r)，該兩模型完全一樣。

然而，上述公式仍然存在缺陷，現有技術缺乏優化的致密填充粒徑分布模型，提高混凝土固體顆粒填充密度基本靠經驗性的不斷試錯，缺乏科學的方法作指導。

發明內容