一种高性能混凝土配比的设计方法与流程

1.本发明涉及一种混凝土制备领域内的配比的设计方法。


背景技术：

2.混凝土（concrete），简称为"砼（t
ó
ng）"：是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水（可含外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。而现有技术中，混凝土在配制时，往往通过经验等方式进行，其配制出的混凝土往往不能满足要求，需要反复配制，耽误时间，费时费力。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种高性能混凝土配比的设计方法，改良配制方法，能够快速的将所需要求的混凝土配比设计出来，省时省力，节约成本。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种高性能混凝土配比的设计方法，步骤1，混凝土配制强度的确定；步骤2，混凝土水灰比的确定；步骤3，混凝土用水量的确定；步骤4，混凝土水泥用量的确定；步骤5，混凝土掺合料用量的确定；步骤6，混凝土外加剂用量的确定；步骤7，混凝土砂率的确定；步骤8，混凝土配合比的试配、调整与确定。
5.与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过对混凝土每一个成分的用量精确计算，从而一步一步的将所需要的符合要求的混凝土的配比设计出来，从而快速的进行试配和调整，并最终在较短的周期内将其配比确定并投入使用，改良配制方法，能够快速的将所需要求的混凝土配比设计出来，省时省力，节约成本。
6.作为本发明的进一步改进，步骤1具体内容如下，混凝土配置的强度按照下式计算得出，f=k 1.645σ其中，f为混凝土配制强度，单位mpa，σ为混凝土强度标准差，单位mpa， k为混凝土立方体抗压强度标准值，单位mpa。
7.这样先确定好混凝土的配置强度，建立初步的配置数据。
8.作为本发明的进一步改进，步骤2具体内容如下，混凝土的强度与水泥强度成正比，与水灰比成反比。那么，则有：f=a
×
e/w/c式中f为混凝土配制强度，单位mpa；e为水泥28d抗压强度实测值，单位mpa；a为经验系数，取值为04～0.45；w/c为水灰比；那么水灰比w/c=a
×
c/f。
9.这样可以通过配置强度来推算出混凝土的水灰比。
10.作为本发明的进一步改进，步骤3具体内容如下，混凝土用水量是指混凝土的和易性良好，坍落度和扩展度能够达到标准时的单方
用水量，能够影响混凝土用水量的因素包括以下几点：1、混凝土中整个颗粒的级配情况，若颗粒级配好，则孔隙少，游离水少，使得混凝土用水量低；反之，则用水量高；2、混凝土中吸水性材料的含量情况，若吸水性材料的含量低，则混凝土用水量低；反之，则用水量高；3、混凝土中表面活性剂的含量情况，若混凝土中表面活性剂的含量高，则混凝土用水量低；反之，则用水量高。
11.这样可以推算出混凝土的用水量。
12.作为本发明的进一步改进，步骤4的具体内容如下，水灰比已知，用水量已知，则水泥用量可以用如下公式得出；m=o/w/c其中，m为每立方米混凝土的用水量，单位kg；o为每立方米混凝土的水泥用量，单位kg；w/c 为水灰比。
13.这样可以通过水灰比推算出水泥的用量。
14.作为本发明的进一步改进，步骤5包括如下内容，混凝土的掺合料用量应按下列公式计算：h=o
×b×
c式中h为每立方米混凝土掺合料的用量，单位kg；o为每立方米混凝土的水泥用量，单位kg ；b为混凝土掺合料的取代率，取值范围：10%～50%；c为混凝土掺合料的取代系数，取值范围：0.8～2.0。
15.取代后的混凝土水泥用量l应为：l=o
×
（1-b）。
16.这样可以推算出混凝土掺合料的用量。
17.作为本发明的进一步改进，步骤6的具体内容如下，选取的外加剂的减水率不低于20%，凝结时间为12-14小时，外加剂用量y的算法如下，y=（l h）
×
d其中d为外加剂掺量，单位为%，l为混凝土水泥用量，h为每立方米混凝土掺合料的用量。
18.这样可以推算出掺合料的用量。
19.作为本发明的进一步改进，步骤7的具体内容如下，混凝土砂率按照如下情况选取：差0.01水胶比,砂率差0.5%；差0.1砂细度模数,砂率差1%；砂含泥量或石粉含量为4%时，含泥量或石粉含量每提高或降低1%，则砂率降低或提高1%；粗骨料粒径为5mm～31.5mm时，粗骨料粒径越大，砂率越小；反之，则越大；粗骨料粒径为5mm～19.0mm时，砂率提高5%；粗骨料粒径为5mm～9.5mm时，砂率提高10%；混凝土坍落度180mm时，坍落度越大，砂率则越大；反之，则越小；坍落度每增大或减小20mm～30mm，砂率则提高或降低1%。
20.这样可以推算出砂率的大小，从而方便知道混凝土的细集料和粗集料的用量。
21.作为本发明的进一步改进，步骤8的具体内容如下，按计算的配合比进行试拌，以检查拌合物的性能；当试拌得出的拌合物坍落度不
能满足要求，或和易性不好时，应在保证水灰比不变的条件下相应调整用水量、外加剂掺量或砂率，直到符合要求为止；然后提出混凝土强度试验用的基准配合比；掺合料的掺量应根据混凝土的和易性、凝结时间，以及强度进行调整与确定；可将基准配合比的水灰比分别增加和减少0.05，其中高强混凝土为0.02，再设计两个对比配合比，然后进行试配、调整并校正。将3个配合比分别制作成试件，标准养护到28d时试压；最后，选取最合理、最经济的配合比作为确定的设计配合比。
22.这样通过三次配比的调整，将这三次的结果作为对比，从而确定出最合理、最经济的配合比作为确定的设计配合比。
具体实施方式
23.一种高性能混凝土配比的设计方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，混凝土配制强度的确定；混凝土配置的强度按照下式计算得出，f=k 1.645σ其中，f为混凝土配制强度，单位mpa，σ为混凝土强度标准差，单位mpa， k为混凝土立方体抗压强度标准值，单位mpa。
24.步骤2，混凝土水灰比的确定；混凝土的强度与水泥强度成正比，与水灰比成反比。那么，则有：f=a
×
e/w/c式中f为混凝土配制强度，单位mpa；e为水泥28d抗压强度实测值，单位mpa；a为经验系数，取值为04～0.45；w/c为水灰比；那么水灰比w/c=a
×
c/f。
25.步骤3，混凝土用水量的确定；混凝土用水量是指混凝土的和易性良好，坍落度和扩展度能够达到标准时的单方用水量，能够影响混凝土用水量的因素包括以下几点：1、混凝土中整个颗粒的级配情况，若颗粒级配好，则孔隙少，游离水少，使得混凝土用水量低；反之，则用水量高；2、混凝土中吸水性材料的含量情况，若吸水性材料的含量低，则混凝土用水量低；反之，则用水量高；3、混凝土中表面活性剂的含量情况，若混凝土中表面活性剂的含量高，则混凝土用水量低；反之，则用水量高。
26.步骤4，混凝土水泥用量的确定；水灰比已知，用水量已知，则水泥用量可以用如下公式得出；m=o/w/c其中，m为每立方米混凝土的用水量，单位kg；o为每立方米混凝土的水泥用量，单位kg；w/c 为水灰比。
27.步骤5，混凝土掺合料用量的确定；混凝土的掺合料用量应按下列公式计算：h=o
×b×c式中h为每立方米混凝土掺合料的用量，单位kg；o为每立方米混凝土的水泥用量，单位kg ；b为混凝土掺合料的取代率，取值范围：10%～50%；c为混凝土掺合料的取代系数，取值范围：0.8～2.0。
28.取代后的混凝土水泥用量l应为：l=o
×
（1-b）。
29.步骤6，混凝土外加剂用量的确定；选取的外加剂的减水率不低于20%，凝结时间为12-14小时，外加剂用量y的算法如下，y=（l h）
×
d其中d为外加剂掺量，单位为%，l为混凝土水泥用量，h为每立方米混凝土掺合料的用量。
30.步骤7，混凝土砂率的确定；混凝土砂率按照如下情况选取：差0.01水胶比,砂率差0.5%；差0.1砂细度模数,砂率差1%；砂含泥量或石粉含量为4%时，含泥量或石粉含量每提高或降低1%，则砂率降低或提高1%；粗骨料粒径为5mm～31.5mm时，粗骨料粒径越大，砂率越小；反之，则越大；粗骨料粒径为5mm～19.0mm时，砂率提高5%；粗骨料粒径为5mm～9.5mm时，砂率提高10%；混凝土坍落度180mm时，坍落度越大，砂率则越大；反之，则越小；坍落度每增大或减小20mm～30mm，砂率则提高或降低1%。
31.步骤8，混凝土配合比的试配、调整与确定。
32.按计算的配合比进行试拌，以检查拌合物的性能；当试拌得出的拌合物坍落度不能满足要求，或和易性不好时，应在保证水灰比不变的条件下相应调整用水量、外加剂掺量或砂率，直到符合要求为止；然后提出混凝土强度试验用的基准配合比；掺合料的掺量应根据混凝土的和易性、凝结时间，以及强度进行调整与确定；可将基准配合比的水灰比分别增加和减少0.05，其中高强混凝土为0.02，再设计两个对比配合比，然后进行试配、调整并校正。将3个配合比分别制作成试件，标准养护到28d时试压；最后，选取最合理、最经济的配合比作为确定的设计配合比。
33.本发明中，σ是检验混凝土生产质量水平的标准之一。其值应由搅拌站提供的近期生产混凝土的强度统计值计算。当无历史资料时，其值应符合下列规定：当混凝土强度等级为c10和c15级时，σ应不小于2.0mpa；当混凝土强度等级为c20和c25级时，σ应不小于2.5mpa；当混凝土强度等级大于或等于c30级时，σ应不小于3.0mpa。
34.经验系数a的取值，一般为0.40~0.45。可以根据28d时的混凝土强度实测值和水泥强度实测值反过来进行推定、验证。应该根据混凝土的各种原材料、拌合物性能等，确定不同的a值，用于指导混凝土水灰比的确定。
35.在一般情况下，对含泥量为3%的天然砂中砂，其混凝土每立方米用水量可假定为185kg；对石粉含量为5%的机制砂中砂，其混凝土每立方米用水量可假定为195kg（掺用掺量合适的外加剂和掺合料等）。此处为5mm～31.5mm连续级配的碎石。一般来讲，含泥量（或石粉含量）降低或提高1%，其每立方米混凝土用水量可相应降低或提高3kg～5kg。对于其他的影响因素，其混凝土用水量应按上述三点并结合假定值进行相应的调整与确定。
36.一般常用的掺合料有粉煤灰、超细矿渣粉和硅灰等。混凝土掺合料用量的确定应符合以下两点：1.必须满足各类工程和各种施工工艺的要求；2.必须满足混凝土的和易性、
凝结时间和强度的要求。根据以上两点，并结合水泥的品种、强度等级、实测强度和大气温度，以及掺合料的质量确定掺合料的最佳掺量。一般可采用等量取代法、超量取代法和外加法。在一般情况下，掺用两种或两种以上的掺合料比掺用单一的掺合料效果要好，可以改善其细微颗粒的级配。在此要注意的是，比表面积大的掺合料的掺量应大，比表面积小的掺合料的掺量应小，要追求胶凝材料中颗粒的最佳级配。
37.确定外加剂的最佳掺量。若掺量高，则气泡多、沉淀扒底、离析、泌水、凝结时间长（或不凝固）；若掺量低，则料稠、料黏、流动性差、坍落度损失大。在此，应该判断区分是减水组分或是缓凝组分的多与少。应按照“外加剂掺量定混凝土的坍落度”的理论，进行混凝土外加剂用量的确定与使用。即若需要较大坍落度的混凝土，则增大外加剂的掺量；反之，则降低外加剂的掺量。
38.关于泵送混凝土最佳砂率确定的几点补充：1.配制泵送混凝土宜优先选用ⅱ区砂。当采用ⅰ区砂时，应提高砂率；当采用ⅲ区砂时，应降低砂率。2.在多数情况下，砂的颗粒级配是不符合规定的。若0.60mm以上颗粒超标，则应提高砂率，可按每超标10%，提高砂率1%计算；若0.60mm以下颗粒超标，则应降低砂率，可按每超标10%，降低砂率1%计算。3.通过0.30mm筛孔的颗粒含量不应少于15%，通过0.15mm筛孔的颗粒含量不应少于5%。如果这两部分颗粒较少时，可掺加粉煤灰或超细矿渣粉等掺合料予以弥补。4.若ⅱ级以下粉煤灰用量比较大（黏性大）时，则应适当降低砂率。5.自卸的混凝土（特别是路面混凝土）应降低砂率。总之，追求最佳砂率，再加上以上所述的追求胶凝材料颗粒的最佳级配，即是追求混凝土中整个颗粒的最佳级配，即是追求混凝土拌合物最佳的和易性。此时，混凝土的性能最好、强度最高。
39.本发明不局限于上述实施例，在本公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。