基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，包括：(1)計(jì)算單摻水泥時(shí)，滿(mǎn)足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度的用水量W及第一水泥用量Cf；(2)計(jì)算滿(mǎn)足目標(biāo)氯離子滲透性的第二水泥用量CD；(3)計(jì)算強(qiáng)度活性Kf，抗氯離子滲透性活性KD；(4)計(jì)算礦物摻和料用量FA以及水泥用量C；(5)計(jì)算混凝土配合比。本發(fā)明中提供的基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，將氯離子滲透性指標(biāo)作為目標(biāo)性能參與到配合比設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)出同時(shí)滿(mǎn)足強(qiáng)度以及氯離子滲透性雙指標(biāo)的混凝土配合比。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及建筑材料的制作技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙 指標(biāo)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于混凝土這一建筑材料認(rèn)識(shí)不斷加深，結(jié)合 考慮可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)理念以及對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，采用粉煤灰等礦物摻合料作為混凝土 原材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在實(shí)際工程當(dāng)中。并且近年來(lái)混凝土的耐久性問(wèn)題逐漸被引起重 視。其中，由于濱海環(huán)境下氯離子的侵蝕導(dǎo)致鋼筋銹蝕的問(wèn)題尤為突出，氯離子滲透性影響 混凝土的耐久性。但由于粉煤灰及水泥對(duì)混凝土的性能影響不同，如何合理調(diào)整礦物摻合 料的比例以達(dá)到既能滿(mǎn)足混凝土工程實(shí)際要求的強(qiáng)度，同時(shí)又能滿(mǎn)足混凝土在濱海環(huán)境下 抵抗氯離子侵蝕的能力是混凝土配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
[0003] 目前工程中采用的混凝土配合比設(shè)計(jì)方法大多按照J(rèn)GJ55-2011《普通混凝土配合 比設(shè)計(jì)規(guī)程》的要求執(zhí)行。但該方法主要是以強(qiáng)度為控制指標(biāo)的混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，對(duì) 于耐久性的配合比設(shè)計(jì)，規(guī)范中僅僅通過(guò)限定最大水膠比及最小膠凝材料用量來(lái)改善混凝 土的耐久性，并未把耐久性的指標(biāo)融入到配合比設(shè)計(jì)當(dāng)中，既該方法不能以定量的耐久性 指標(biāo)作為混凝土配合比設(shè)計(jì)的依據(jù)。
[0004] 除了既有的規(guī)范JGJ55-2011，還有一種以改善混凝土的密實(shí)性來(lái)提高混凝土耐久 性性能的配合比設(shè)計(jì)方法，陳建奎教授2000年提出了高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的全計(jì)算 法，此方法首先提出混凝土的體積模型，并通過(guò)體積模型推導(dǎo)出單位用水量及砂率的計(jì)算 公式。其改進(jìn)了傳統(tǒng)配合比設(shè)計(jì)采用的絕對(duì)體積法，但全計(jì)算法認(rèn)為混凝土中各組分具有 體積加和性，此方法未考慮礦物摻合料的活性；由于粉煤灰及礦粉等礦物摻合料隨齡期的 不同，其反應(yīng)程度不同。故在進(jìn)行全計(jì)算法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)并未考慮材料的化學(xué)屬性，假 定了礦物摻合料的化學(xué)屬性、物理性能與水泥一致。
[0005] 基于此，傳統(tǒng)配合比設(shè)計(jì)方法未能將混凝土的耐久性指標(biāo)融入配合比設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng) 中，難以達(dá)到混凝土的強(qiáng)度及耐久性雙重控制的要求。因此利用礦物摻合料如粉煤灰與水 泥活性不同這一特點(diǎn)將粉煤灰活性的概念引入配合比設(shè)計(jì)當(dāng)中，從而實(shí)現(xiàn)同時(shí)控制強(qiáng)度及 耐久性的配合比設(shè)計(jì)方法具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的主要目的為提供一種基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝土配合比設(shè) 計(jì)方法，將氯離子滲透性指標(biāo)作為目標(biāo)性能參與到配合比設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)出同時(shí)滿(mǎn)足強(qiáng)度 以及氯離子滲透性雙指標(biāo)的混凝土配合比。
[0007] 本發(fā)明提出一種基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，包括以 下步驟：
[0008] (1)計(jì)算單摻水泥時(shí)，滿(mǎn)足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度的用水量W及第一水泥用量Cf;
[0009] (2)計(jì)算滿(mǎn)足目標(biāo)氯離子滲透性的第二水泥用量Cd;
[0010] 將滿(mǎn)足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度的用水量W及目標(biāo)氯離子擴(kuò)散系數(shù)指標(biāo)Dm1代入混凝土 28d 氯離子擴(kuò)散系數(shù)與水灰比的關(guān)系模型中，反算出滿(mǎn)足目標(biāo)氯離子滲透性的水泥用量，記為 第二水泥用量Cd;
[0011] (3)計(jì)算強(qiáng)度活性Kf，抗氯離子滲透性活性Kd ;
[0012] 利用28d礦物摻和料對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度及氯離子滲透性計(jì)算與相同質(zhì)量水泥所產(chǎn)生的強(qiáng) 度的比值以及氯離子滲透性的比值，記為強(qiáng)度活性K f，抗氯離子滲透性活性Kd;
[0013 ](4)計(jì)算礦物摻和料用量FA以及水泥用量C;
[0014]建立同時(shí)滿(mǎn)足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)的膠凝材料計(jì)算方程組：
[0015] C+Kf X FA=Cf ^ C+Kd X FA = Cd
[0016] 所述膠凝材料包括所述水泥以及礦物摻和料，計(jì)算礦物摻和料用量FA以及水泥用 量C，即為同時(shí)滿(mǎn)足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)要求的膠凝材料用量；
[0017] (5)根據(jù)同時(shí)滿(mǎn)足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度及氯離子滲透性的用水量W、水泥用量C及礦物 摻和料用量FA，計(jì)算混凝土配合比。
[0018] 進(jìn)一步地，所述礦物摻和料包括粉煤灰、礦粉以及硅灰。
[0019] 進(jìn)一步地，所述礦物摻和料為粉煤灰時(shí)，分別建立粉煤灰強(qiáng)度活性Kf、抗氯離子滲 透性活性Kd與FA/C的關(guān)系函數(shù)，其中FA為粉煤灰用量，C為水泥用量;擬合得公式為：
[0020] Kf = 0.92-0.62X (FA/C) ^Kd = O.97-0.51 X (FA/C)〇
[0021 ]進(jìn)一步地，所述計(jì)算單摻水泥時(shí)，滿(mǎn)足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度的用水量W及第一水泥用量 Cf的計(jì)算公式為：
[0022]
[0023] fCU)〇 = fCU)k+1.645〇,
[0024] 其中，~與辦為回歸系數(shù)，根據(jù)粗骨料品種取值;fb為膠凝材料28d膠砂抗壓強(qiáng)度， f?, Q為混凝土強(qiáng)度配置值，f?, k為混凝土目標(biāo)強(qiáng)度值，用水量W根據(jù)混凝土的坍落度、粗骨料 的品種、尺寸以及外加劑的減水率β確定。
[0025] 進(jìn)一步地，所述混凝土的i丹落度為100mm-250mm的栗送混凝土。
[0026]進(jìn)一步地，單摻水泥時(shí)，fb計(jì)算公式為：
[0027] fb = rc*fce,g,
[0028] 其中，為富余系數(shù)，fce,g為水泥強(qiáng)度等級(jí)。
[0029]進(jìn)一步地，所述28d氯離子擴(kuò)散系數(shù)與水灰比的關(guān)系模型為：
[0030]
[0031] 其中a和b為根據(jù)水泥類(lèi)型進(jìn)行調(diào)整的模型參數(shù)；為目標(biāo)氯離子擴(kuò)散系數(shù)指 標(biāo)Drcm 〇
[0032]本發(fā)明中提供的基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，具有以 下有益效果：
[0033] 本發(fā)明中提供的基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，通過(guò)粉 煤灰活性K值對(duì)混凝土強(qiáng)度及氯離子滲透性的不同影響，首次提出粉煤灰針對(duì)不同混凝土 性能有不同活性，利用粉煤灰的活性值將粉煤灰等效成水泥，最終得到同時(shí)滿(mǎn)足強(qiáng)度及氯 離子滲透性的膠凝材料計(jì)算方程組，將氯離子滲透性指標(biāo)作為目標(biāo)性能參與到配合比設(shè)計(jì) 階段，設(shè)計(jì)出同時(shí)滿(mǎn)足強(qiáng)度以及氯離子滲透性雙指標(biāo)的混凝土配合比。同時(shí)，該設(shè)計(jì)方法也 適用于礦粉、硅灰等其他礦物摻合料的配合比設(shè)計(jì)。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法流 程不意圖。
[0035] 本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。 [0037]參照?qǐng)D1，為本發(fā)明實(shí)施例中基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝土配合比設(shè)計(jì) 方法流程示意圖。
[0038]本發(fā)明一實(shí)施例中提出一種基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝土配合比設(shè)計(jì) 方法，包括以下步驟：
[0039]步驟Sl，計(jì)算單摻水泥時(shí)，滿(mǎn)足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度的用水量W及第一水泥用量Cf; [0040]根據(jù)混凝土目標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)以及普通混凝土配合比設(shè)計(jì)方法JGJ55-2011《普通混凝 土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》要求，計(jì)算在單摻水泥時(shí)滿(mǎn)足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度的水灰比W/C，并得到滿(mǎn) 足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度的用水量W及第一水泥用量Cf。
[0041 ]上述計(jì)算在單摻水泥時(shí)滿(mǎn)足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度的水灰比W/C計(jì)算公式為：
[0042]
[0043]則上述計(jì)算單摻水泥時(shí)，滿(mǎn)足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度的用水量W及第一水泥用量Cf的計(jì) 算公式為：
[0044；
[0045] fCU)〇 = fCU)k+1.645〇,
[0046] 上述公式均為根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》得到。其 中，^與辦為回歸系數(shù)，根據(jù)粗骨料品種取值;f b為膠凝材料28d膠砂抗壓強(qiáng)度，可實(shí)測(cè)或通 過(guò)水泥強(qiáng)度等級(jí)乘以相應(yīng)富裕系數(shù);f?,o為混凝土強(qiáng)度配置值;f?,k為混凝土目標(biāo)強(qiáng)度值； 用水量W根據(jù)混凝土的坍落度、粗骨料的品種、尺寸以及外加劑的減水率β確定。
[0047] 上述混凝土的i丹落度為100mm-250mm的栗送混凝土。
[0048]單摻水泥時(shí)，fb計(jì)算公式為：
[0049] fb = rc*fce,g
[0050] 其中，r。為富余系數(shù)，fmg為水泥強(qiáng)度等級(jí)。
[0051 ]步驟S2，計(jì)算滿(mǎn)足目標(biāo)氯離子滲透性的第二水泥用量Cd ;
[0052]將滿(mǎn)足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度的用水量W及目標(biāo)氯離子擴(kuò)散系數(shù)指標(biāo)Dm1代入混凝土 28d 氯離子擴(kuò)散系數(shù)與水灰比的關(guān)系模型中，反算出滿(mǎn)足目標(biāo)氯離子滲透性的水泥用量，記為 第二水泥用量Cd。
[0053] 上述28d氯離子擴(kuò)散系數(shù)與水灰比的關(guān)系模型為：
[0054]
[0055]上述關(guān)系模型為施養(yǎng)杭2004年發(fā)表的文章《含多種因素的氯離子侵入混凝土的有 限差分計(jì)算模型》中的28d氯離子擴(kuò)散系數(shù)與水灰比的模型。其中a和b為根據(jù)水泥類(lèi)型進(jìn)行 調(diào)整的模型參數(shù);Dg.為目標(biāo)氯離子擴(kuò)散系數(shù)指標(biāo)DR?。目標(biāo)氯離子擴(kuò)散系數(shù)即為本實(shí)施 例中混凝土目標(biāo)氯離子滲透性所需要滿(mǎn)足的參數(shù)。在本實(shí)施例中，經(jīng)實(shí)驗(yàn)所得，a取0.352，b 取1.34:因此，第二水泥用暈Cd計(jì)算公式為：
[0056]
[0057]步驟S3，計(jì)算強(qiáng)度活性Kf，抗氯離子滲透性活性Kd ;
[0058]利用28d礦物摻和料對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度及氯離子滲透性計(jì)算與相同質(zhì)量水泥所產(chǎn)生的強(qiáng) 度的比值以及氯離子滲透性的比值，記為強(qiáng)度活性Kf，抗氯離子滲透性活性KD。
[0059] 進(jìn)一步地，上述礦物摻和料包括粉煤灰、礦粉以及硅灰，對(duì)不同礦物摻和料進(jìn)行配 合比設(shè)計(jì)時(shí)，只需根據(jù)不同礦物摻合料的活性值進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的調(diào)整即可。
[0060] 進(jìn)一步地，當(dāng)上述礦物摻和料為粉煤灰時(shí)，粉煤灰活性是相對(duì)于水泥而言，即為粉 煤灰反應(yīng)產(chǎn)生的貢獻(xiàn)與相同質(zhì)量水泥反應(yīng)產(chǎn)生的貢獻(xiàn)之間的比值。利用28d不同摻量粉煤 灰對(duì)應(yīng)的活性值與強(qiáng)度及氯離子滲透性，分別建立粉煤灰強(qiáng)度活性K f、抗氯離子滲透性活 性Kd與FA/C的關(guān)系函數(shù)，其中FA為粉煤灰用量，C為水泥用量;擬合得公式為：
[0061] Kf = 0.92-0.62X(FA/C)、KD = 0.97-0.51X (FA/C)
[0062] 步驟S4，計(jì)算礦物摻和料用量FA以及水泥用量C;
[0063]建立同時(shí)滿(mǎn)足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)的膠凝材料計(jì)算方程組：
[0064] C+Kf X FA=Cf ^ C+Kd X FA = Cd
[0065] 上述膠凝材料包括水泥以及礦物摻和料，計(jì)算礦物摻和料用量FA以及水泥用量C， 即為同時(shí)滿(mǎn)足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)要求的膠凝材料用量。
[0066] 上述方程中，C、FA為同時(shí)滿(mǎn)足強(qiáng)度及氯離子滲透性要求的水泥用量和粉煤灰用 量，既是所要求得的未知數(shù)。Cf、C D、Kf、KD通過(guò)步驟Sl-步驟S3已經(jīng)求得。方程組的意義在于： 假定單摻水泥時(shí)滿(mǎn)足目標(biāo)強(qiáng)度所需要的水泥用量為C f，滿(mǎn)足目標(biāo)氯離子滲透性所需要的水 泥用量為Cd，粉煤灰用量乘以對(duì)應(yīng)的活性值為等效水泥用量，利用粉煤灰對(duì)不同混凝土性 能所體現(xiàn)出的不同活性值將粉煤灰等效成水泥最終得到水泥用量平衡的方程組。將步驟S3 中得到的K f與Kd的計(jì)算模型帶入方程組有公式：
[0067]
[0068]
[0069] 計(jì)算調(diào)整后的水泥用量C及粉煤灰用量FA，此時(shí)的膠凝材料用量即可同時(shí)滿(mǎn)足強(qiáng) 度及氯離子滲透性的要求。
[0070] 步驟S5,根據(jù)同時(shí)滿(mǎn)足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度及氯離子滲透性的用水量W、水泥用量C及 礦物摻和料用量FA，計(jì)算混凝土配合比；
[0071] 根據(jù)同時(shí)滿(mǎn)足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度及氯離子滲透性的用水量W、水泥用量C及礦物摻和 料用量FA，以及JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中的質(zhì)量法分別計(jì)算砂石用量， 得到同時(shí)滿(mǎn)足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度及氯離子滲透性要求的雙指標(biāo)混凝土配合比。
[0072] 本發(fā)明實(shí)施例中提供的基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法， 通過(guò)粉煤灰活性K值對(duì)混凝土強(qiáng)度及氯離子滲透性的不同影響，首次提出粉煤灰針對(duì)不同 混凝土性能有不同活性，利用粉煤灰的活性值將粉煤灰等效成水泥，最終得到同時(shí)滿(mǎn)足強(qiáng) 度及氯離子滲透性的膠凝材料計(jì)算方程組，將氯離子滲透性指標(biāo)作為目標(biāo)性能參與到配合 比設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)出同時(shí)滿(mǎn)足強(qiáng)度以及氯離子滲透性雙指標(biāo)的混凝土配合比。同時(shí)，該設(shè)計(jì) 方法也適用于礦粉、硅灰等其他礦物摻合料的配合比設(shè)計(jì)。
[0073]上述混凝土粗細(xì)骨料、水泥、粉煤灰等原材料主要針對(duì)工程實(shí)際，均需符合JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》的要求。有其他特殊要求的原材料如再生骨料等不在此 研究范圍。
[0074]在一具體實(shí)施例中，靠海的陸上建筑外墻混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法如下：
[0075] 1、確定混凝土目標(biāo)強(qiáng)度及目標(biāo)氯離子滲透性性能：
[0076]某靠海的陸上建筑外墻根據(jù)GB/T 50476-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》屬于 海洋氯化物環(huán)境，其環(huán)境作用等級(jí)確定為m-D，按照設(shè)計(jì)使用年限為50年計(jì)算，滿(mǎn)足耐久性 要求的混凝土最低強(qiáng)度為C40,28d齡期氯離子擴(kuò)散系數(shù)要求< 10(單位I X 10-12m2/s)。既 根據(jù)本案例要求設(shè)計(jì)出同時(shí)滿(mǎn)足混凝土強(qiáng)度2 C40,氯離子滲透系數(shù)為< 10 X 10-12m2/s的 混凝土。本實(shí)施例中取混凝土抗壓強(qiáng)度為C40,氯離子滲透系數(shù)為10X10-12m 2/s進(jìn)行闡述。 [0077] 2、確定混凝土制備所采用的原材料：
[0078] 根據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，由于本實(shí)施例中混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度 等級(jí)為C40，故選取普通硅酸鹽水泥P. 0 42.5R，結(jié)合當(dāng)?shù)鼗炷林苽湓牧锨闆r選取粗骨 料直徑為5-31.5mm的碎石，粉煤灰為F類(lèi)Π級(jí)灰，減水劑采用減水率為30 %的聚羧酸高性能 減水劑?；炷撂涠雀鶕?jù)實(shí)際工程要求定為200mm。
[0079] 3、計(jì)算混凝土強(qiáng)度配置值：
[0080] 根據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》有公式：
[0081] fCU)〇>fcU)k+1.645〇
[0082] 本案例中fcu,k為40MPa，標(biāo)準(zhǔn)差σ取5MPa，計(jì)算得混凝土強(qiáng)度配置值f cu,o為48MPa。
[0083] 4、計(jì)算滿(mǎn)足目標(biāo)強(qiáng)度的用水量W及滿(mǎn)足強(qiáng)度的第一水泥用量Cf:
[0084] 根據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》水膠比計(jì)算公式：
[0085]
[0086]
[0087]
[0088] 上式中fcu,o為48MPa，當(dāng)粗骨料為碎石時(shí)，回歸系數(shù)(^與辦分別取〇. 53和0.2，fb為 膠凝材料28d膠砂抗壓強(qiáng)度，根據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》其計(jì)算方式為：
[0089] fb = rfrsf ce, f ce = rcf ce, g,
[0090] 當(dāng)只摻水泥時(shí)，rf、rs都取1，故有fb = Mfmg，其中，r。為富余系數(shù)，本實(shí)施例中取 1.16; fee,8為水泥強(qiáng)度等級(jí)，本實(shí)施例中水泥強(qiáng)度等級(jí)為為42.5;計(jì)算得fb= 1.16*42.5 = 49.3MPa。將以上數(shù)據(jù)分別帶入水灰比計(jì)算公式有：
[0091]
[0092] nj ZN里·W H、」?fàn)€疋與工H、」初、WW利 H、」lift神、尺寸以及外加劑的減水率β有 關(guān)，根據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》表5.2.1-2及公式mwQ = m' wQ(1 -β)，當(dāng)混 凝土坍落度要求為200mm時(shí)根據(jù)表5.2.1-2確定公式中m'wQ的取值為230，β為減水劑的減水 率取30%，計(jì)算得m wQ為161kg。公式中mwQ表示摻減水劑時(shí)滿(mǎn)足坍落度要求的單位用水量，既 本實(shí)施例中的用水量W= 161kg，單摻水泥時(shí)滿(mǎn)足強(qiáng)度的第一水泥用量Cf = 161/0.49 = 329kg〇
[0093] 5、確定單摻水泥時(shí)滿(mǎn)足目標(biāo)氯離子滲透性的第二水泥用量Cd:
[0094]根據(jù)本發(fā)明步驟S2中第二水泥用量Cd的計(jì)算公式，將用水量W= 161kg及28d氯離 子滲透性目標(biāo)值/>3. =10 (單位I X 10-12m2/s)代入公式計(jì)算得
[0095]
[0096]此時(shí)，滿(mǎn)足目標(biāo)強(qiáng)度的第一水泥用量Cf為329kg，滿(mǎn)足目標(biāo)氯離子滲透性的第二水 泥用量Cd為333kg。
[0097] 6、計(jì)算同時(shí)滿(mǎn)足目標(biāo)強(qiáng)度及氯離子滲透性要求的膠凝材料用量：
[0098]利用本發(fā)明步驟S4中的公式方程組：
[0099]
[0100]
[0101]
[0102]
[0103]
[0104] 解上述二元二次方程組得C = 284kg，F(xiàn)A = 56kg。
[0105] 7、計(jì)算混凝土配合比：
[0106]根據(jù)本實(shí)施例上述步驟中已得出用水量W為161kg，水泥用量C為284kg，粉煤灰用 量FA為56kg，故可知水膠比為161/(284+56) =0.47,根據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè) 計(jì)規(guī)程》5.4.2規(guī)定確定砂率為0.4;按照質(zhì)量法確定混凝土的容重為2400kg/m3，則砂的用 量為（2400-161-284-56)*0.4 = 759.61^，石子用量為（2400-161-284-56)*0.6 = 1139.41^; 最終同時(shí)滿(mǎn)足混凝土 28d抗壓強(qiáng)度40MPa，氯離子滲透系數(shù)為10X10-12m2/4^混凝土配合 比為：用水量W為161kg，水泥用量C為284kg，粉煤灰用量FA為56kg，砂用量760kg，石子用量 1139kg〇
[0107] 按照此配合比進(jìn)行混凝土配置并在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的情況下測(cè)得28d混凝土抗壓強(qiáng)度為 43.810^，達(dá)到28(1混凝土抗壓強(qiáng)度040的要求;實(shí)測(cè)28(1氯離子擴(kuò)散系數(shù)(通過(guò)此1方法檢測(cè)） 為9.13 X 10-12m2/s，滿(mǎn)足28d氯離子擴(kuò)散系數(shù)目標(biāo)上限值10 X 10-12m2/s的要求。由此說(shuō)明 根據(jù)該混凝土配合比設(shè)計(jì)方法制備的混凝土可同時(shí)滿(mǎn)足抗壓強(qiáng)度及氯離子滲透性的雙指 標(biāo)要求。
[0108] 在另一具體實(shí)施例中，橋墩混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法如下：
[01 09] 1、確定混凝土目標(biāo)強(qiáng)度及目標(biāo)氯離子滲透性性能：
[0110]某橋墩根據(jù)GB/T 50476-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》屬于海洋氯化物環(huán) 境，其環(huán)境作用等級(jí)確定為m-D，按照設(shè)計(jì)使用年限為50年計(jì)算，滿(mǎn)足耐久性要求的混凝土 最低強(qiáng)度為C40,28d齡期氯離子擴(kuò)散系數(shù)要求< 10(單位I X 10-12m2/s)。根據(jù)本實(shí)施例要 求設(shè)計(jì)出同時(shí)滿(mǎn)足混凝土目標(biāo)強(qiáng)度2 C40，目標(biāo)氯離子滲透系數(shù)為< 10 X 10-12!112/8的混凝 土。本實(shí)施例中取混凝土抗壓強(qiáng)度C45,氯離子滲透系數(shù)8X10-12m 2/s進(jìn)行闡述。
[0111 ] 2、確定混凝土制備所采用的原材料：
[0112]根據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，由于本案例中混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等 級(jí)為C45，故選取普通硅酸鹽水泥P.0 42.5R，結(jié)合當(dāng)?shù)鼗炷林苽湓牧锨闆r選取粗骨料 直徑為5-31.5_的碎石，粉煤灰為F類(lèi)Π級(jí)灰，減水劑采用減水率為30 %的聚羧酸高性能減 水劑?；炷撂涠雀鶕?jù)實(shí)際工程要求定為150_。
[0113] 3、計(jì)算混凝土強(qiáng)度配置值：
[0114] 根據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》有公式：
[0115] fcu,〇2fcu,k+1.645〇
[0116] 本案例中f?,k為45MPa，標(biāo)準(zhǔn)差σ取5MPa，計(jì)算得混凝土強(qiáng)度配置值為53MPa。
[0117] 4、計(jì)算滿(mǎn)足目標(biāo)強(qiáng)度的用水量W及滿(mǎn)足強(qiáng)度的第一水泥用量Cf:
[0118] 根據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》水膠比計(jì)算公式：
[0119]
[0120]
[0121]
[0122] 式中fcu,o為53MPa，當(dāng)粗骨料為碎石時(shí)，回歸系數(shù)(^與辦分別取〇. 53和0.2，fb為膠 凝材料28d膠砂抗壓強(qiáng)度，根據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》其計(jì)算方式為：
[0123] fb = rfrsfce,f ce - ref ce, g ?
[0124] 當(dāng)只摻水泥時(shí)，rf、rs都取I，故有fb = Mfmg，其中，r。為富余系數(shù)，本實(shí)施例中取 1.16; fee,8為水泥強(qiáng)度等級(jí)，本實(shí)施例中水泥強(qiáng)度等級(jí)為為42.5;計(jì)算得fb= 1.16*42.5 = 49.3MPa。將以上數(shù)據(jù)分別帶入水灰比計(jì)算公式有：
[0125]
[0126] 用爪重W的佛疋與、屁凝土的坍洛度、杻官科的品柙、尺寸以及外加劑的減水率β有 關(guān)，根據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中的表5.2.1-2&&SmwQ = m'wQ(l-i3)， 當(dāng)混凝土坍落度要求為150mm時(shí)根據(jù)表5.2.1-2確定公式中m'wQ的取值為220，β為減水劑的 減水率取30%，計(jì)算得m wQ為154kg。公式中mwQ表示摻減水劑時(shí)滿(mǎn)足坍落度要求的單位用水 量，既本實(shí)施例中的用水量W= 154kg，單摻水泥時(shí)滿(mǎn)足強(qiáng)度的第一水泥用量Cf = 154/0.45 = 342kg〇
[0127] 5、確定單摻水泥時(shí)滿(mǎn)足目標(biāo)氯離子滲透性的第二水泥用量Cd:
[0128] 根據(jù)本發(fā)明步驟S2中第二水泥用量Cd的計(jì)算公式，將用水量W= 154kg及28d氯離 子滲透性目標(biāo)值Dff =8 (單位I X l〇-12m2/s)代入公式計(jì)算得
[0129]
[0130] 此時(shí)，滿(mǎn)足目標(biāo)強(qiáng)度的第一水泥用量Cf為342kg，滿(mǎn)足目標(biāo)氯離子滲透性的第二水 泥用量Cd為374kg。
[0131] 6、計(jì)算同時(shí)滿(mǎn)足目標(biāo)強(qiáng)度及氯離子滲透性要求的膠凝材料用量：
[0132] 利用本發(fā)明實(shí)施例步驟S4中的公式方程組：
[0133]
[0134]
[0135]
[0136]
[0137]
[0138] 解上述二元二次方程組得C = 257kg，F(xiàn)A = 221kg。
[0139] 7、計(jì)算混凝土配合比：
[0140]根據(jù)本實(shí)施例上述步驟已得出用水量W為154kg，水泥用量C為257kg，粉煤灰用量 FA為221kg，故可知水膠比為157/(257+221) =0.32,根據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè) 計(jì)規(guī)程》5.4.2規(guī)定確定砂率為0.4;按照質(zhì)量法確定混凝土的容重為2400kg/m 3，則砂的用 量為（2400-154-257-221 )*0· 4 = 707.2kg，石子用量為（2400-154-257-221 )*0· 6 = 1139.41^;最終同時(shí)滿(mǎn)足混凝土28(1抗壓強(qiáng)度451〇^，氯離子滲透系數(shù)為10\10-121112/8的混 凝土配合比為：用水量W為154kg，水泥用量C為257kg，粉煤灰用量FA為221kg，砂用量707kg， 石子用量1061kg。
[0141]按照此配合比進(jìn)行混凝土配置并在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的情況下測(cè)得28d混凝土抗壓強(qiáng)度為 47.3MPa，達(dá)到28d混凝土抗壓強(qiáng)度C45的要求;實(shí)測(cè)28d氯離子擴(kuò)散系數(shù)(通過(guò)RCM方法檢測(cè)） 為7.5 X 10-12m2/s，滿(mǎn)足28d氯離子擴(kuò)散系數(shù)目標(biāo)上限值8 X 10-12m2/s的要求。由此說(shuō)明根 據(jù)該混凝土配合比設(shè)計(jì)方法制備的混凝土可同時(shí)滿(mǎn)足抗壓強(qiáng)度及氯離子滲透性的雙指標(biāo) 要求。
[0142]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用 本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān) 的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝±配合比設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括W 下步驟： (1) 計(jì)算單滲水泥時(shí)，滿(mǎn)足混凝±目標(biāo)強(qiáng)度的用水量W及第一水泥用量Cf; (2) 計(jì)算滿(mǎn)足目標(biāo)氯離子滲透性的第二水泥用量Cd; 將滿(mǎn)足混凝±目標(biāo)強(qiáng)度的用水量W及目標(biāo)氯離子擴(kuò)散系數(shù)化CM代入混凝±28d氯離子擴(kuò) 散系數(shù)與水灰比的關(guān)系模型中，反算出滿(mǎn)足目標(biāo)氯離子滲透性的水泥用量，記為第二水泥 用量Cd; (3) 計(jì)算強(qiáng)度活性Kf，抗氯離子滲透性活性Kd ; 利用28加廣物滲和料對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度及氯離子滲透性計(jì)算與相同質(zhì)量水泥所產(chǎn)生的強(qiáng)度的 比值W及氯離子滲透性的比值，記為強(qiáng)度活性Kf，抗氯離子滲透性活性Kd; (4) 計(jì)算礦物滲和料用量FAW及水泥用量C; 建立同時(shí)滿(mǎn)足混凝±目標(biāo)強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)的膠凝材料計(jì)算方程組： C+Kf X FA 二 Cf、化虹 X FA 二 Cd 所述膠凝材料包括所述水泥W及礦物滲和料，計(jì)算礦物滲和料用量FAW及水泥用量C， 即為同時(shí)滿(mǎn)足混凝±目標(biāo)強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)要求的膠凝材料用量； (5) 根據(jù)同時(shí)滿(mǎn)足混凝±目標(biāo)強(qiáng)度及氯離子滲透性的用水量W、水泥用量C及礦物滲和 料用量FA，計(jì)算混凝±配合比。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝±配合比設(shè)計(jì)方法，其 特征在于，所述礦物滲和料包括粉煤灰、礦粉W及娃灰。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝±配合比設(shè)計(jì)方法，其 特征在于，所述礦物滲和料為粉煤灰時(shí)，分別建立粉煤灰強(qiáng)度活性Kf、抗氯離子滲透性活性 Kd與FA/C的關(guān)系函數(shù)，其中FA為粉煤灰用量，C為水泥用量;擬合得公式為： Kf = 0.92-0.62 X (FA/C)、Kd = 0.97-0.51 X (FA/C)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝±配合比設(shè)計(jì)方法，其 特征在于，所述計(jì)算單滲水泥時(shí)，滿(mǎn)足混凝±目標(biāo)強(qiáng)度的用水量W及第一水泥用量Cf的計(jì)算 公式為：fcu'o = fcu'k+l .6450， 其中，aa與Qb為回歸系數(shù)，根據(jù)粗骨料品種取值;打?yàn)槟z凝材料28d膠砂抗壓強(qiáng)度，feu, 0為 混凝±強(qiáng)度配置值，f。。, k為混凝±目標(biāo)強(qiáng)度值，用水量W根據(jù)混凝±的巧落度、粗骨料的品 種、尺寸W及外加劑的減水率閒角定。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝±配合比設(shè)計(jì)方法，其 特征在于，所述混凝±的巧落度為100mm-250mm的累送混凝±。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝±配合比設(shè)計(jì)方法，其 特征在于，單滲水泥時(shí)，打計(jì)算公式為： fb = rc*fce,g, 其中，。為富余系數(shù)，fee, g為水泥強(qiáng)度等級(jí)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)度及氯離子滲透性雙指標(biāo)混凝±配合比設(shè)計(jì)方法，其 特征在于，所述28d氯離子擴(kuò)散系數(shù)與水灰比的關(guān)系模型為：其中a和b為根據(jù)水泥類(lèi)型進(jìn)行調(diào)整的模型參數(shù);為目標(biāo)氯離子擴(kuò)散系數(shù)指標(biāo)化CM。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105844007SQ201610163995
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月21日
【發(fā)明人】龍武劍, 張永旭, 彭武磊, 廖錦勛, 邢鋒, 王衛(wèi)侖, 羅啟靈
【申請(qǐng)人】深圳大學(xué)