[發明專利]一種含粗骨料超高性能纖維增強混凝土的設計方法

有效

• 申請號: 202011561224.1
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112668176B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 陳露一;張志豪;鄭麗;于德偉;黃有強;蔡昱;韋鵬亮
• 申請（專利權）人: 中鐵大橋局集團有限公司;中鐵大橋科學研究院有限公司;中鐵橋研科技有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;C04B28/04;C04B28/06
• 代理公司: 武漢智權專利代理事務所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 馬麗娜

本發明涉及一種含粗骨料超高性能纖維增強混凝土的設計方法，先確定原材料固體組分水泥、石英砂、鋼纖維、摻和料以及粗骨料類型；再選取兩個性能指標S和P以及兩個關鍵因素，利用兩因素兩水平的中心組合點試驗設計方法設計多個實驗組，代入顆粒緊密堆積理論模型方程，得到多組初始配合比；按不同初始配合比制備混凝土，并測試性能指標S和P；分別建立S和P與兩個關鍵因素的多項式回歸方程，聯合求解，得到兩個關鍵因素的優選值；將優選值代入顆粒緊密堆積理論模型方程，確定基本配合比；在基本配合比條件下，制備不同黏度的混凝土；分別向不同黏度的混凝土中加入固定量的鋼纖維，測試混凝土的性能指標S和P，優選出滿足性能要求的混凝土。

技術領域

本發明屬于工程材料領域，具體涉及一種含粗骨料超高性能纖維增強混凝土的設計方法。

背景技術

超高性能纖維增強混凝土是一種結合了高性能混凝土基體和纖維增強材料性能的新型建筑材料，其性能上表現為超高的力學性能和優異的耐久性能。

超高性能纖維增強混凝土一經問世便引起廣泛關注，優異的性能決定了其在增強建筑結構力學穩定性、延長結構服役壽命、降低建筑全周期成本和能耗方面具有獨特優勢。超高性能纖維增強混凝土超高的韌性可以滿足橋面鋪裝對混凝土抗拉強度的要求，與正交異性板鋼橋面結合形成的組合橋面可以顯著提高橋面剛度，降低正交異性板的應力幅，提高鋼橋面板疲勞壽命，一舉解決鋼橋面鋪裝層損壞和鋼橋面板疲勞開裂兩大技術難題。

為了獲得致密的內部結構，制備超高性能纖維增強混凝土時往往剔除粗骨料，采用顆粒最緊密堆積理論將細集料與超細粉體結合，從而實現性能的提升。含有粗骨料的超高性能纖維增強混凝土具有高彈性模量、低收縮以及低成本的特點，在工程應用領域同樣具有廣泛的應用空間，然而目前還沒有制備含粗骨料的超高性能纖維增強混凝土的科學設計方法，制備還是以試驗、經驗為主，導致制備的粗骨料超高性能纖維增強混凝土表現出性能的相對多樣性和不可控性。

發明內容

本發明實施例提供一種含粗骨料超高性能纖維增強混凝土的設計方法，以解決相關技術中缺少制備含粗骨料超高性能纖維增強混凝土的科學設計方法的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供的一種含粗骨料超高性能纖維增強混凝土的設計方法，包括如下步驟：

確定原材料固體組分水泥、石英砂、鋼纖維、摻和料以及粗骨料類型；

選取混凝土的兩個性能指標S和P，確定影響S和P的兩個關鍵因素，利用兩因素兩水平的中心組合點試驗設計方法設計多個實驗組；

將各實驗組的兩個關鍵因素及水泥、摻和料和石英砂的粒徑參數代入顆粒緊密堆積理論模型方程，得到多組初始配合比；

按不同初始配合比制備混凝土，并測試性能指標S和P；分別建立S和P與兩個關鍵因素的多項式回歸方程；

對兩個多項式回歸方程聯合求解，得到兩個關鍵因素的優選值；

將兩個關鍵因素的優選值代入顆粒緊密堆積理論模型方程，確定原材料中各固體組分的比例為基本配合比；

在基本配合比條件下，添加不同量的黏度改性材料，制備不同黏度的混凝土；

分別向不同黏度的混凝土中加入固定量的鋼纖維，測試混凝土的性能指標S和P；根據測試結果優選出S和P均滿足性能要求的混凝土。

在上述技術方案的基礎上，固體組分中，水泥為強度等級在42.5以上的普通硅酸鹽水泥或硫鋁酸鹽水泥；石英砂為20～70目連續級配的石英砂，二氧化硅含量≥90％；鋼纖維為抗拉強度≥1900MPa的鍍銅鋼纖維；摻和料包括硅灰、微珠、偏高嶺土以及礦粉；粗骨料為玄武巖骨料。

在上述技術方案的基礎上，顆粒緊密堆積理論模型方程為：