一种自密实混凝土配合比优化方法

本发明涉及混凝土材料制备，具体为一种自密实混凝土配合比优化方法。

背景技术：

1、目前传统自密实混凝土配合比设计普遍依靠工程经验试配，尤其三元复掺矿物掺合料工况下，粉体、细骨料、粗骨料粒径交互作用复杂，现有颗粒堆积、流变调控技术存在多项短板：

2、1、传统dinger-funk颗粒堆积模型仅采用固定分布模数，仅对干燥固相颗粒计算，未考虑拌合后水、减水剂填充骨料空隙带来的湿堆积效应，理论最优级配与实际湿骨架密实度偏差大，胶凝材料用量偏高，增加成本与收缩开裂风险；

3、2、流变控制指标单一，仅设置3项屈服应力约束，缺少触变性、泵送黏度控制指标，无法兼顾现场长时间静置泌水、长距离泵送骨料团聚问题；同时未区分不同活性矿物掺合料对流变的影响，计算误差最高可达30%；

4、3、现有方法仅适配天然砂石骨料，无再生骨料吸水率补偿模块，再生骨料吸水会大幅降低拌合物流动性，无法直接用于建筑垃圾资源化低碳scc；

5、4、仅针对新拌工作性能开展验证，缺少硬化强度预判环节，若强度不满足结构设计要求，需要全部重新试配，试验周期长、原材料损耗大；

6、5、验证体系单一，仅开展净浆流变试验，缺少砂浆、混凝土两级递进校核，理论计算与现场实际拌合物性能存在明显偏差。

7、综上，现有自密实混凝土配比设计方法理论脱离工程、适配材料范围窄、性能控制维度不足，亟需一种自密实混凝土配合比优化方法解决上述问题。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题，本发明的目的在于提供一种自密实混凝土配合比优化方法，具备定量计算、试配量少、原生/再生骨料通用、流动抗离析强度同步可控、低碳节约的优点，解决了上述背景技术中所提及的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自密实混凝土配合比优化方法，包括如下步骤：

3、s1：原材料基础参数全维度测试：选取水泥、三种矿物掺合料、细骨料、两级配粗骨料为固相组分，同步测定各固相粒径分布曲线、表观密度、堆积空隙率、平均粒径、矿物掺合料28d活性指数；若采用再生骨料，额外测定再生骨料吸水率、附着砂浆含量；拟合各组分粒径分布函数；

4、s2：干湿耦合颗粒最紧密堆积优化：

5、s201：以各固相体积分数为变量构建干态混合粒径分布函数

6、；

7、s202：构建基础dinger-funk理想粒径分布函数，基于湿堆积密实度对分布模数q进行动态修正，修正后模数：

8、；

9、其中基础模数；湿堆积密实度由固相体积与固相+浆体总体积比值计算；

10、s203：在体积分数约束区间内，以实际分布与修正后理想分布拟合优度为目标优化求解，得到固相最优体积分数；所述约束条件同步限定总胶凝材料体积、砂率、两级粗骨料总占比；

11、s3：基准配合比折算与砂浆结构参数计算：

12、s301：固定固相最优体积比例，设定初始水胶体积比、减水剂胶体积比，折算包含水、减水剂的1m³混凝土基准体积分数；若使用再生骨料，引入吸水率补偿体积修正水用量；

13、s302：基于粗骨料平均粒径、粗骨料总堆积空隙率、砂浆总体积分数计算砂浆膜厚度；同步计算湿堆积密实度、砂浆内砂体积占比、砂最大堆积分数；

14、s4：多阶段流变参数测试与耦合修正计算：

15、s401：制备对应水胶比、减水剂掺量的净浆，采用上口36mm、下口60mm、高60mm标准截锥模具测试净浆扩展度、坍落度、200mm标准扩展时间，计算基础屈服应力、塑性黏度；

16、s402：引入三元矿物掺合料活性耦合修正系数，修正净浆有效屈服应力：

17、由粉煤灰、矿粉、硅灰活性指数与各自体积占比加权计算；

18、s403：测试净浆静置10min前后屈服应力差值，计算触变指数；

19、s5：五重流变阈值联合判定最优浆体参数：

20、需同时满足全部约束条件：

21、（1）自流阈值：，保障自重流动填充；

22、（2）静态悬浮阈值：，防止静置骨料下沉离析；

23、（3）骨料收敛阈值：，避免流动中粗骨料团聚堵塞钢筋；

24、（4）动态泵送黏度下限：，保障长距离泵送均匀性；

25、（5）触变性阈值：，抑制长时间静置泌水、泵送剪切变稀失控；

26、调整水胶比、减水剂掺量直至全部阈值满足，输出最优浆体体积参数；

27、s6：三级性能验证与强度校核：

28、s601：一级砂浆验证：采用上口70mm、下口100mm、高60mm砂浆截锥筒，砂浆扩展度控制，判定浆体适配性；

29、s602：二级混凝土工作性验证：制备混凝土测试坍落扩展度、j环扩展差值、v漏斗流出时间，满足国标自密实混凝土工作性能指标；

30、s603：三级硬化强度校核：基于胶凝材料总量、水胶比、矿物掺合料活性建立28d抗压强度预测模型，若预测强度低于结构设计强度，上调胶凝材料体积下限，返回s2重新优化颗粒配比；

31、s7：体积分数转质量配合比：依据各组分表观密度，将最优体积分数换算为每立方混凝土质量配合比，完成配合比优化。

32、作为本发明优选的，粗骨料公称粒径按构件工况分级管控：常规梁柱构件最大≤20mm；配筋密集、薄壁墙体构件≤16mm；预应力波纹管密集构件≤10mm。

33、作为本发明优选的，步骤s2遗传算法迭代终止条件，保障颗粒级配拟合精度。

34、作为本发明优选的，再生骨料采用吸水率补偿公式修正拌合用水，避免流动性衰减。

35、作为本发明优选的，五重流变阈值同步约束流动、抗离析、抗团聚、泵送稳定、静置抗泌水五大性能。

36、作为本发明优选的，强度校核不达标自动回流颗粒堆积优化环节，形成闭环迭代设计。

37、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

38、1、本发明采用湿堆积密实度动态修正dinger-funk分布模数，解决传统干颗粒模型与湿拌合工况脱节问题，提升了骨料骨架堆积密实度，降低了同等流动性能下胶凝材料用量，减少水泥消耗，低碳经济性显著；

39、2、构建五重流变联合判据，新增触变性、泵送黏度控制指标，配套矿物掺合料活性修正系数，适配粉煤灰、矿粉、硅灰三元复掺体系，降低了流变参数计算的误差，覆盖静置存储、自重填充、长距离泵送全施工工况；

40、3、增设再生骨料吸水率补偿计算模块，同时兼容天然砂石、建筑垃圾再生骨料两类原料，拓宽工艺适用范围，契合固废资源化低碳政策；

41、4、搭建净浆-砂浆-混凝土三级递进验证体系，内置28d抗压强度预测模型，强度不达标自动回流重新优化，实现新拌工作性能、硬化力学性能一体化闭环控制，降低了试配次数，节约试验材料与人工成本；

42、5、全流程参数标准化、公式化，可程序化开发配套计算工具，工程现场一键输入原材料参数即可输出最优单方质量配比，设计可重复性、工程稳定性大幅提升。