致密堆积混凝土配合比设计方法研究

( 1)
式中, F 、!F 分别代表混合骨料在最大堆积密度状 态下粉煤灰的重量( kg m3) 及粉煤灰比重( kg m3 ) ; S 、!S 分别代表混合骨料在最大堆积密度状态下石 子的重量( kg m3 ) 及石子比重( kg m3 ) ; G 、!G 分别
代表混合骨料在最大堆积密度 状态下砂子的 重量
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2007 年 第 28 卷 第 5 期
1. 2 混凝土各用料的计算方法
1) 结合不同粉煤灰、砂、石骨料特性, 通过致密
系数 、 的确定, 会得到粉煤灰与石致密堆积的 最大堆积密度 0。由最大堆积密度可求得骨料在
致密堆积状态下的空隙 V V 。
V V = 1-
F !F
+
S !S
+
G !G
( 2)
=
F+ S ( F+ S) +
G
( 3)
设水泥浆体富裕系数为 n , n 值可以根据不同
施工需要变化, 一般情况下, n 值介于 1~ 1. 5 之间。
则水泥浆体 V P 可用下式计算
VP = n VV
( 4)
则混凝土中骨料的体积为
2. 1 原材料 水泥: 河北省鹿泉市第三水泥厂生产的强度等
致密堆积混凝土表观密度达到了 2 540 kg m3, 比普通混凝土的表观密度要大, 从直观层面上证明 了混凝土的密实性。另外从试件的微观结构上也发 现, 配制出的混凝土整体结构实密, 特别是 CSH 凝 胶结构非常密实。
从扫描电镜图片发现混凝土内部的 CH 含量很 少, 没有发现 AFt 。CH 溶解度较高, 容易造成水溶 性腐蚀, 使耐久性降低。CH 也容易与 外界的硫酸 盐离子反应引发硫酸盐侵蚀, 从而导致混凝土耐久 性遭到破坏。采用致密堆积理论设计出的混凝土, 由于水泥和和用水量的减少及粉煤灰的大量掺入, 使混凝土内部 CH 量减少, 提高了混凝土对环境侵 蚀的抵抗作用, 增强了混 凝土结构的长期 耐久性。 图 3 为水胶比 W B= 0. 37, 龄期 14 d 的混凝土试件 扫描电镜照片。
表 5 混凝土坍落度、抗压强度试验结果
编号 浆体富裕系数 n
水胶比 W B 水灰比 W C
1 1. 30 0. 33 0. 47
2 1. 30 0. 37 0. 54
3 1. 30 0. 41 0. 61
坍落度
0 min 30 min
20 0
24 0
1 90
20 0
21 0
1 90
60 min
19 0
1 致密堆积混凝土配合比设计方法计 算步骤和相关参数
致密堆积混凝土配合比设计模型是混凝土中砂
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的空隙由粉煤灰来填充, 充分发挥粉煤灰的微集料 效应, 并确定粉煤灰填充砂的致密系数; 石的空隙由 砂与粉煤灰来填充, 并确定砂与粉煤灰填充石的致 密系数。利用骨料致密堆积后的最小空隙结合水泥 浆体富裕系数、水胶比来确定水泥用量与用水量。 1. 1 确定骨料致密堆积系数
粉煤灰: 普通 ∀级粉煤灰。
F = S ! 1-
3) 水泥、矿渣和用水量的计算
VP =
W !W
+
C !C
+
W Sl !Sl
当矿渣取代水泥重量为 ∀, 则
( 8)
减水剂: 石家庄建工搅拌站研究所研制的高效
减水剂。
2. 2 致密堆积系数 、 的确定
( 9)
确定致密系数 和 , 试验数据分别见表 2 与
表 3; 实验曲线图分别见图 1 与图 2。
关键词: 致密 堆积; 配合比; 粉煤灰
Research on Dense Packing Concrete Mix Proportion
WA NG Chang rui , YA O Shao w ei , GA O Zhen guo
( Department of M aterial Science and Engineering, Shijiazhuang Railw ay Institute, Shijiazhuang 050043, China)
依据该配合比设计方法设计出的混凝土各龄期 强度均能满足规范要求, 且后期耐久性良好, 适宜推 广。
参考文献
级为 42. 5 MP a 钱山牌普通硅酸盐水泥。其胶砂强 度如表 1 所示。
表 1 水泥胶砂强度
抗压强度 M Pa
抗折强度 M Pa
3d
28 d
3d
28 d
Va =
1-
VP =
F !F
+
S !S
+
G !G
( 5)
将式( 2) 和式( 3) 带入式( 5) 中可求出各骨料的用量
S= 1-
Va
1 !F
21 0
1 70
3d
23. 8 17. 5 13. 1
抗压强度
7d
32
27. 6 21. 8
28 d 表观密度 ( kg m- 3 )
53. 2 2 540
44. 2 2 540
36. 0 2 540
该混凝土并没有因为低水泥用量而影响到各龄 期强度, 这主要原因有以下几个方面。1) 混凝土结 构致密, 孔隙率低, 大量粉煤灰的掺入使混凝土内部 的孔隙进一步下降, 结构进一步密实, 从而提高了混 凝土强度。2) 混凝土较低的水泥用量和用水量, 使 水泥浆体主要起到界面粘结作用, 不过多的填充骨 料空隙。同时因骨料致密堆积, 使得混凝土内部浆 体厚度层降低, 改善了混凝土界面过渡区结构, 使混 凝土强度效应得到提高。3) 低水胶比充分保证了混 凝土的 28 d 强度。使水泥的强度效益得到提高。 2. 5 微观结构分析
( kg m3 ) 及砂子比重( kg m3 ) 。
2) 由致密系数 、 的定义知
W sl =
∀ 1- ∀
C
( 10)
假设混凝土的设计强度所需的水胶比为 #, 则
W B = W ( C + WF + W Sl) = # ( 11) 由式( 9) 、式( 10) 、式( 11) 可以计算出水泥的用量
C=
2 100
2 090
60 2 085
80 1 965
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图 1 粉煤灰填充砂的曲线图
图 2 粉煤灰 砂填充石的曲线图
2. 3 混凝土中各材料的用量 根据致密堆积系数 、 及致密堆积混 凝土配
合比方法得到本次实验中各材料的使用量。见表 4
表 4 混凝土配合料的用量
编号
1
2
3
浆体富裕 系数 n
VP -
#W F !W
# !W
+
1 !C
+
∀ ( 1 - ∀)
# !W
+
1 !Sl
( 12)
W = ( C + W F + W Sl) #
( 13)
式中, !W 、!sl、!C 分别代表 水、矿 渣和水泥 的比重 ( kg m3) 。
2 致密堆积理论混凝土配合比设计方 法实际应用
= F ( F+ S)
1. 30 1. 30 1. 30
水胶比 W B
0. 33 0. 37 0. 41
水灰比 W C
0. 47 0. 54 0. 61
用水量 kg
1 43
151 158
水泥 kg
3 07
282 260
粉煤灰 kg
1 27
127 127
砂 kg
8 51
851 851
石 kg
9 78
978 978
2. 4 和易性与抗压强度分析 从表 5 可以看出, 粉煤灰的取代量分别达到了
利用四分法取样将砂和粉煤灰混合, 以粉煤灰 取代砂的方式, 求出混合料的最大堆积密度, 确定粉 煤灰取代砂的致密堆积系数 。原理依据是: 粉煤 灰的比重比砂要小很多, 从材料科学上讲, 密度小的 材料填充密度大的材料, 其曲线会表示为一个具有 最大值的抛物线形式图。
粉煤灰与砂的致密系数 确定后, 固定 值, 然后按同样方式, 求出粉煤灰和砂填充粗骨料( 石) 的致密堆积系数 。从材料性质上来讲, 砂与石比 重接近, 不会呈现出很明显的抛物线形式图, 但是当 粉煤灰与砂填满石的空隙时, 曲线会出现最大堆积 密度的拐点。
+
1 !S
+
1-
1 ( 6) !G
G= S!
1-
( 7)
22. 9
47. 4
6. 2
9. 2
细骨料: 河砂, 细度模数 M K = 2. 85。通过大量 实验得出致密堆积混凝土设计, 砂的细度模数 M K 在 2. 8~ 3. 1 之间为最佳。
粗骨料: 碎 石, 5~ 20 mm 连续级配, 表观密度 0 = 2 710 kg m3 , 堆积密度 0= 1 510 kg m3 。
41% 、45% 和 49% , 远大于普通混凝土 15% 的掺入 量, 而混凝土的 28 d 强度并未受到影响, 其中 W B
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为 0. 33 的混凝土在水泥用量仅为 307 kg 的情况下 竟达到了 53. 2 MP a。并且随着粉煤灰的掺入混凝 土的和易性也非常良好, 坍落度基本都在 200 m m 左右, 并且 损失小, 混凝 土粘聚性和保 水性也非常 好。
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致密堆积混凝土配合比设计方法研究
王长瑞, 姚少巍, 高振国 ( 石家庄铁道学院材料分院, 石家庄 050043)
摘 要: 从骨 料致密填充理论观点出发, 探讨了混凝土骨 料的致密 堆积方 法及致 密堆积 系数的 确定, 并给出 了配