本發(fā)明屬于混凝土配合比設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種用高石粉含量石屑配制混凝土的配合比設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
：目前國內(nèi)建筑行業(yè)正處于快速發(fā)展時期，大面積的舊城改造和新建筑的開發(fā)，帶來了建筑材料資源不足的難題。長期以來，我國建筑細(xì)骨料以河砂為主，我國大部分地區(qū)河砂短缺，不僅在用砂高峰時砂的價格偏高，甚至沒有天然砂提供，在用砂缺口巨大的情況下，影響了城鎮(zhèn)化建設(shè)的進(jìn)程，甚至有些沿海地區(qū)使用海砂嚴(yán)重的影響了建筑的質(zhì)量安全。目前國內(nèi)外用其他細(xì)骨料取代河砂做了大量的研究，主要為機(jī)制砂，再生細(xì)骨料，以及石屑。石屑是生產(chǎn)碎石過程中篩出的副產(chǎn)品，每生產(chǎn)100噸碎石，大約產(chǎn)生20～30噸石屑。它作為采石場的廢棄物，既占用場地又污染環(huán)境，將石屑用于混凝土中取代河砂，既可充分利用社會資源，也可減少對河砂的需求量，減少過度采砂對河道的危害，具有很高的經(jīng)濟(jì)和社會效益。而一般的石屑級配較差，含有一部分大于4.75mm的碎石，而且石屑中含有大量石粉，造成石屑混凝土工作性能差，因此石屑混凝土的推廣應(yīng)用困難。而通過對石屑進(jìn)行加工，將大于4.75mm以上的碎石制成小于4.75mm以下的細(xì)骨料與原來小于4.75mm以下的石屑混合。這樣一方面能夠改善石屑的級配，另一方面將小石制備成石屑，使石屑中的骨料增加，粉體相對原來4.75mm以下的石屑減少，壓碎指標(biāo)變小。使石屑的性能變好，有利于石屑的推廣使用。但這種處理方法雖然使得石屑的級配變好,但仍存在石粉含量過高的問題，其石粉含量通常超過10.0％，不符合現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，而難以應(yīng)用?？紤]到高石粉含量石屑中含有大量石粉，能夠作為微細(xì)集料應(yīng)用，填充骨料的空隙，從而降低膠凝材料用量和成本。在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，提出本專利的配合比設(shè)計方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明主要在現(xiàn)有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上，采用密實(shí)設(shè)計原則，通過調(diào)整漿體富余系數(shù)，以及高石粉含量石屑取代膠凝材料，降低砂率等一系列步驟設(shè)計出一個合理的配合比。本發(fā)明通過以下方案實(shí)現(xiàn)：一種用高石粉含量石屑配制混凝土的配合比設(shè)計方法，包括如下步驟：(1)通過不同粒徑的多種石子緊密堆積試驗(yàn)，得到最小空隙率的石子搭配；(2)往步驟(1)搭配所得的石子中摻加高石粉含量石屑，通過緊密堆積試驗(yàn)，得到隨砂率增加，空隙率不明顯降低的最小砂率；(3)按步驟(1)、(2)所得的比例搭配高石粉含量石屑和石子，測定緊密堆積密度，以其為一立方米混凝土中的骨料用量，計算各骨料質(zhì)量和骨料空隙率；(4)骨料空隙扣除混凝土中的空氣體積，得到漿體需要填充的體積；(5)按設(shè)計要求的混凝土性能要求，參照河砂混凝土選擇膠凝材料組成和水膠比；(6)取一個大于1的漿體富余系數(shù)n，計算得到漿體的總體積，進(jìn)而計算得到膠凝材料和水的用量；(7)計算高石粉含量石屑的附加水量，所述附加水量等于高石粉含量石屑質(zhì)量乘以飽和面干吸水率乘以高石粉含量石屑飽和系數(shù)，附加水量不計入水膠比，不計入體積；(8)選擇外加劑摻量，外加劑中的水需計入水膠比中；(9)通過上述步驟，計算得到初步的混凝土計算配合比；(10)改變漿體富余系數(shù)n值，計算不同n值時的混凝土計算配合比；(11)進(jìn)行混凝土試配，根據(jù)混凝土工作性能，確定外加劑摻量和最低漿體富余系數(shù)n值；(12)在步驟(11)確定的混凝土配比的基礎(chǔ)上，進(jìn)行降低膠凝材料用量的混凝土實(shí)驗(yàn)，得出最優(yōu)膠凝材料系數(shù)nb；(13)通過改變砂率得到不同砂率時混凝土配合比；(14)選擇工作性能滿足要求的最低砂率配合比，作為優(yōu)選配合比；(15)測定混凝土容重，校核配合比，得到混凝土的最終配合比。進(jìn)一步地，所述的高石粉含量石屑是指將石屑全部破碎到小于4.75mm，石粉含量大于10.0％，且小于等于20.0％的石屑。進(jìn)一步地，如果實(shí)驗(yàn)所用的石子符合石子連續(xù)級配的規(guī)定，則不需要按步驟(1)進(jìn)行兩種或多種石子搭配使用。進(jìn)一步地，步驟(4)中所述空氣體積，對于引氣混凝土可取設(shè)計值的中值，非引氣混凝土取1.0～1.5％。進(jìn)一步地，步驟(6)中所述漿體富余系數(shù)n較優(yōu)取值范圍是1.05～1.15。進(jìn)一步地，步驟(7)中高石粉含量石屑飽和系數(shù)指高石粉含量石屑含水率與飽和面干吸水率的比值，其取值范圍是0％～100％。進(jìn)一步地，所述高石粉含量石屑飽和系數(shù)的取值范圍是10％～60％。進(jìn)一步地，步驟(12)中，所述進(jìn)行降低膠凝材料用量的混凝土實(shí)驗(yàn)，選擇最優(yōu)膠凝材料系數(shù)nb的步驟具體包括：取小于1的膠凝材料系數(shù)nb，降低膠凝材料用量，用高石粉含量石屑等體積取代膠凝材料和水的體積；進(jìn)行不同膠凝材料系數(shù)nb值的混凝土實(shí)驗(yàn)，通過測定混凝土的工作性能，選擇最優(yōu)膠凝材料系數(shù)nb。進(jìn)一步地，所述步驟(13)具體包括：保持膠凝材料、水用量不變進(jìn)行改變砂率的混凝土試驗(yàn)，其中水的用量不含高石粉含量石屑的附加水，改變砂率時，保持骨料總體積不變，最大砂率為步驟(12)所得的砂率，每次降低1～2％，測定混凝土的工作性能,得出不同砂率時混凝土配合比。進(jìn)一步地，步驟(13)中的骨料計算過程包括：初始的骨料用量由步驟(12)計算所得，后面降砂率的過程中，設(shè)計整體的砂石體積不變，通過按規(guī)律降低高石粉含量石屑的體積，其他骨料的體積相應(yīng)增加，得到不同的體積砂率時各種骨料的體積，再通過各種骨料的體積乘以各種骨料的表觀密度，即可得到各種骨料的質(zhì)量。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：(1)本發(fā)明的配合比設(shè)計方法針對高石粉含量石屑石粉含量高的特點(diǎn)，基于砂石骨料緊密堆積原理，將高石粉含量石屑中石粉作為微細(xì)集料加以利用，填充骨料空隙，從而有效降低膠凝材料用量。(2)在砂石骨料緊密堆積的基礎(chǔ)上，考慮到加入漿體后會進(jìn)一步撥開骨料，從而使得骨料之間的空隙較緊密堆積時增加，有可能用細(xì)骨料取代膠凝材料、用石子取代細(xì)骨料，因此進(jìn)一步引入降低膠凝材料系數(shù)和砂率的配合比設(shè)計步驟，進(jìn)一步提高混凝土中粗骨料用量，減少高石粉含量石屑用量，從而改善混凝土性能，降低減水劑用量，進(jìn)一步降低混凝土成本。具體實(shí)施方式本發(fā)明提供了強(qiáng)度等級c30高石粉含量石屑混凝土配合比設(shè)計方法，下面通過具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。準(zhǔn)備原材料：水泥：采用p·ⅱ42.5r硅酸鹽水泥，密度為3140kg/m3；礦渣粉：使用s95級礦粉，密度為2840kg/m3；粉煤灰：使用ⅲ級粉煤灰，密度為2220kg/m3；高石粉含量石屑：表觀密度為2620kg/m3，飽和面干吸水率為1.4％，石粉含量15.0％；石子：使用大、小石搭配，大石粒徑5-20mm，表觀密度為2660kg/m3，小石為粒徑5-10mm的瓜米石，表觀密度為2650kg/m3。減水劑：自制聚羧酸減水劑，固含量為20％。配合比設(shè)計一種用高石粉含量石屑配制混凝土的配合比設(shè)計方法，包括如下步驟：s1、確定大小石混合比例，即通過不同粒徑的多種石子緊密堆積試驗(yàn)，得到最小空隙率的石子搭配：利用四分法將不同質(zhì)量比例的大、小石混合，參照《建設(shè)用卵石、碎石》(gb/t14685-2011)中石子的緊密密度試驗(yàn)。測得緊密堆積密度最大時大小石的搭配比例為最佳比例。由表2-1可見小石和大石最佳混合比例為2：8。表2-1大、小石混合緊密堆積密度小石：大石0:101:91.5：8.52:82.5:7.53:7uw(kg/m3)149015081525153815351532s2、測定不同砂率下骨料的密堆積密度，即往步驟s1搭配所得的石子中摻加高石粉含量石屑，通過緊密堆積試驗(yàn)，得到較小空隙率對應(yīng)的砂率，具體包括：利用四分法取樣，以高石粉含量石屑填充粗骨料的方式，測得不同砂率混合料相應(yīng)的堆積密度u’w。具體操作方法參照《建設(shè)用卵石、碎石》(gb/t14685-2011)中石子的緊密密度試驗(yàn)。所得數(shù)據(jù)見表2-2，得到隨砂率增加，空隙率不明顯降低的最小砂率為40％。表2-2高石粉含量石屑填石子緊密堆積密度砂率36％38％40％42％44％46％48％γm(kg/m3)1819183618641865186918681866s3、計算各骨料質(zhì)量和骨料空隙率，即按步驟s1、s2所得的比例搭配高石粉含量石屑和石子，測定緊密堆積密度為1864kg/m3，以其為一立方米混凝土中的骨料用量，計算各骨料質(zhì)量和骨料空隙率。得各骨料的質(zhì)量及骨料空隙率如下表2-3所示。表2-3各骨料的質(zhì)量及骨料空隙率骨料類型大石小石高石粉含量石屑骨料空隙率m(kg/m3)89522474629.47％s4、計算漿體體積，即骨料空隙扣除混凝土中的空氣體積，得到漿體需要填充的體積。本實(shí)施例設(shè)定漿體中的氣體含量設(shè)定為1.5％，骨料空隙扣除混凝土中的空氣體積，因此可得漿體的體積比為27.97％。s5、按設(shè)計要求的混凝土性能要求，參照河砂混凝土選擇膠凝材料組成和水膠比。本實(shí)例配制c30混凝土，要求混凝土坍落度大于180mm,1h坍落度損失小于30mm，強(qiáng)度滿足c30混凝土要求。按設(shè)計要求的混凝土性能要求，參照河砂混凝土，選擇膠凝材料組成為70％水泥、20％礦粉和10％粉煤灰，水膠比為0.50。s6、計算膠凝材料和水的用量，具體為：取漿體富余系數(shù)n為1.10，計算得到漿體的總體積比30.77％，即漿體量為307.7升，進(jìn)而計算得到膠凝材料和水的用量如下表2-4所示。表2-4膠凝材料和水的用量材料類型膠材用量水泥礦粉粉煤灰水m(kg/m3)366.9256.873.436.7183.5s7、計算高石粉含量石屑的附加水量，具體包括：取高石粉含量石屑飽和系數(shù)為100％，高石粉含量石屑飽和面干吸水率為1.4％，高石粉含量石屑的附加水量等于高石粉含量石屑質(zhì)量乘以飽和面干吸水率乘以高石粉含量石屑飽和系數(shù)，因此算得附加水用量為10.4kg/m3。s8、選擇外加劑摻量，初步選擇外加劑的摻量為1.1％，外加劑中的水需計入水膠比中。s9、計算得到初步的混凝土計算配合比，如下表2-5所示。表2-5混凝土的初步計算配合比s10、計算不同n值時的混凝土計算配合比，即通過改變漿體富余系數(shù)n值，計算不同n值時的混凝土計算配合比如下表2-6所示。表2-6不同n值時的混凝土計算配合比s11、進(jìn)行混凝土試配，根據(jù)混凝土工作性能，確定外加劑摻量和最低漿體富余系數(shù)n值。不同漿體富余系數(shù)下混凝土工作性能見下表2-7，通過數(shù)據(jù)可以確定外加劑摻量為1.1％和最低漿體富余系數(shù)n值為1.10。表2-7不同n值時的混凝土工作性能s12、確定膠凝材料系數(shù)nb值，即在步驟s11確定的混凝土配比的基礎(chǔ)上，進(jìn)行降低膠凝材料用量的混凝土實(shí)驗(yàn),取的膠凝材料系數(shù)nb為1.00、0.95、0.90。其配合比和工作性能見下表2-8所示，通過混凝土的工作性能，得出最優(yōu)膠凝材料系數(shù)nb為0.95。表2-8不同nb值時的混凝土配合比和工作性能s13、通過改變砂率得到不同砂率時混凝土配合比，具體包括：保持膠凝材料、水(不含高石粉含量石屑的附加水)用量不變，進(jìn)行改變砂率的混凝土試驗(yàn)；每次降低2％，得出不同砂率時混凝土配合比如下表2-9所示。表2-9不同砂率時混凝土計算配合比s14、確定最低砂率，即選擇工作性能滿足要求的最低砂率配合比，作為優(yōu)選配合比，通過下表2-10不同砂率下混凝土的工作性能所示，得出39.3％為最低砂率。表2-10不同砂率時的混凝土工作性能s15、測定混凝土容重，校核配合比，得到混凝土的最佳配合比。通過步驟s14測定砂率39.3％時混凝土容重，校核配合比，得到混凝土的最終配合比和工作性能如下表2-11。表2-11高石粉含量石屑混凝土配合比表2-12河砂與高石粉含量石屑混凝土對比數(shù)據(jù)注:水泥440元/t，礦渣320元/t，粉煤灰180元/t，碎石40元/t，河砂60元/t，高石粉含量石屑25元/t，河砂和高石粉含量石屑所用聚羧酸減水劑2400元/t。通過表格的對比分析可以得出：本方法設(shè)計出的高石粉含量石屑混凝土在工作性能和強(qiáng)度能夠滿足規(guī)范要求，差不多與河砂相當(dāng)；但比河砂節(jié)省了9.5％的膠凝材料和15.2％的混凝土單方造價。以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的實(shí)施例，但本發(fā)明專利的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明專利的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁12