一种含偏高岭土的高耐久自密实混凝土配合比设计方法与流程

本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种含偏高岭土的高耐久自密实混凝土配合比设计方法。

背景技术：

1、自密实混凝土是近年来建筑业领域最重要的发展之一，因为它在新拌和硬化状态下均具有许多优点。由于具有良好的流动性和填充性，自密实混凝土凭借自身重力便可填充模板的所有空间，且不发生离析泌水，从而形成高质量的混凝土结构。由于自密实混凝土需要大量的胶凝材料，配制自密实混凝土通常需要粉煤灰或者矿渣粉等矿物掺和料。偏高岭土作为一种高反应性矿物掺和料，添加偏高岭土不仅能增强混凝土的力学性能，而且能够提升自密实混凝土的渗透性、抗氯离子渗透能力等耐久性能，因此，偏高岭土越来越多地应用于自密实混凝土当中。

2、尽管偏高岭土能够增强自密实混凝土的各项性能，但工程技术人员在配制含有偏高岭土的自密实混凝土时仍具有一定的盲目性，这主要是因为一旦使用偏高岭土替代水泥，自密实混凝土的工作性能和力学性能将发生显著改变，其具体性能指标变得不明确。例如，一种自密实混凝土配合比设计方法(公开号为cn115028419b的中国发明专利)、一种基于砂浆流变特性的自密实混凝土配合比设计方法(公开号为cn109684783b的中国发明专利)、一种自密实混凝土拌合物配合比设计方法(公开号为cn105224727b的中国发明专利)均从不同角度给出了不同的自密实混凝土配合比设计方法，但这些方法都没有提及偏高岭土在自密实混凝土中的应用，且不适用含有偏高岭土的自密实混凝土配合比设计。

3、因此，亟需一种含偏高岭土的高耐久自密实混凝土配合比设计方法指导含有偏高岭土的自密实混凝土配制过程。

技术实现思路

1、本发明针对目前对于含有偏高岭土的自密实混凝土配合比设计方法的盲目性和空白性，工程技术人员难以根据工程需求设计出含偏高岭土的自密实混凝土的难题，而提供一种含偏高岭土的高耐久自密实混凝土配合比设计方法。

2、本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种含偏高岭土的高耐久自密实混凝土配合比设计方法，包括以下步骤：

3、s1、根据工程需求确定自密实混凝土的抗压强度fcu,0和坍落扩展度值；

4、s2、确定配制自密实混凝土所需的粉体胶凝材料总量mbin，根据欧洲规范efnarc以及现有文献标准，单方混凝土中粉体胶凝材料总量mbin选定为500-600kg；

5、s3、确定偏高岭土替换水泥的比率γ、水泥用量mce和偏高岭土用量mmk；

6、s31、首先定义偏高岭土的效率系数k，k定义为不同替代比率γ下偏高岭土用量mmk等效水泥用量mce的倍数；因此，偏高岭土用量mmk与效率系数k的乘积即为当量水泥用量；

7、s32、28d龄期时偏高岭土的效率系数k与替代比率γ满足公式1，当偏高岭土替换水泥的比率γ处于5％-30％时，公式1才适用；

8、公式1，k＝0.00578·γ2-0.32011·γ+7.0238；

9、s33、水泥用量和偏高岭土用量通过公式2和公式3表示：

10、公式2，mce＝mbin·(1-γ)；

11、公式3，mmk＝mbin·γ；

12、s4、确定自密实混凝土所需的用水量mw；

13、s41、根据jgt/t 283-2012《自密实混凝土应用技术规程》，自密实混凝土抗压强度与水胶比存在以下关系：

14、公式4，

15、式中：为自密实混凝土水胶比；

16、fce为水泥的28d实测抗压强度，mpa；

17、α为粉煤灰或矿粉替代水泥的质量比率；

18、φ为矿物掺和料的胶凝系数；

19、s42、为了配制高强自密实混凝土，本发明不添加粉煤灰或矿粉，因此α＝0，公式4转换为以下公式：

20、公式5，

21、s43、令修正后的水胶比mw/(mce+k·mmk)与自密实混凝土水胶比相等，具体如下：

22、公式6，

23、因此，由公式6变形可确定用水量mw为：

24、公式7，

25、s5、确定减水剂剂量msp；

26、s51、按照s3和s4中确定的水泥用量mce、偏高岭土用量mmk和用水量mw配制掺有偏高岭土的水泥净浆；

27、s52、使用截锥圆模测定不同减水剂剂量下净浆的扩展度，通过分析净浆扩展度与流动时间的变化规律并观察净浆的流动状态来确定减水剂的用量；

28、s53、选取净浆扩展度较大且流动时间较短的减水剂剂量配制自密实混凝土；

29、s54、减水剂的剂量是根据减水剂与胶凝材料的质量比确定，当减水剂与胶凝材料的质量比为β，按照公式8计算减水剂剂量：

30、公式8，msp＝mbin·β；

31、s6、确定粗骨料用量mca和细骨料用量mfa；

32、s61、按照绝对体积法配制自密实混凝土，假设配制的自密实混凝土总体积为1m3，各原材料的关系则满足公式9：

33、公式9，vfa+vca+vsp+vw+vce+vmk+vair＝1m3；

34、式中：vfa、vca、vsp、vw、vce、vmk和vair分别为细骨料的体积、粗骨料的体积、减水剂体积、水的体积、水泥的体积、偏高岭土的体积和空气的体积，m3；

35、s62、对于自密实混凝土而言，通常认为空气的体积为自密实混凝土总体积的2％，因此vair＝0.02m3；

36、由公式9可计算出细骨料与粗骨料的总体积为：

37、公式10，vfa+vca＝0.98m3-vsp-vw-vce-vmk；

38、s63、根据欧洲efnarc标准，细骨料总重量占骨料总重量的建议范围为48％-55％，假设细骨料总重量占骨料总重量的比例为λ，那么细骨料用量mfa与粗骨料用量mca之间满足：

39、公式11，

40、由公式12和公式13可以计算得到细骨料用量mfa与粗骨料用量mca；

41、公式12，

42、公式13，

43、s7、根据上述s1-s6计算出的自密实混凝土的各组分用量配置自密实混凝土并测试工作性能和抗压强度。

44、特别的，s7中包括以下步骤：

45、s71、首先按照各组分用量将所有固体成分，即水泥、偏高岭土、粗骨料和细骨料干混均匀，搅拌时间为2min，随后加入一半水，继续搅拌2min，最后加入另一半水和减水剂，并搅拌3min，确保搅拌均匀后，对自密实混凝土拌合物进行测试；

46、s72、首先检验自密实混凝土拌合物的工作性能，然后将拌合物倒入150mm×150mm×150mm的模具中，对模具进行振捣成型，然后在温度为20±4℃的环境中放置1d后拆模，拆模后将试块放置在温度为20±2℃、湿度为95％的环境中养护28d，然后测试自密实混凝土试件的28d抗压强度；

47、s73、若初次试配不满足预期要求，调整策略为：通过调整减水剂剂量、胶凝材料用量和砂率控制自密实混凝土的工作性能，通过调整水胶比和胶凝材料用量控制自密实混凝土的抗压强度。

48、特别的，偏高岭土的比表面积大于10000m2/kg。

49、特别的，水泥为p·o 42.5级普通硅酸盐水泥。

50、特别的，减水剂为聚羧酸减水剂。

51、特别的，细骨料为粒径小于4.75mm的普通水洗河砂。

52、特别的，粗骨料为连续级配的碎石，粒径分布范围为4.75mm-18mm。

53、特别的，混凝土抗压强度等级为c90时，每立方自密实混凝土的各组分用量为：粗骨料768.36kg、细骨料799.72kg、水泥495kg、偏高岭土55kg、水176.88kg、减水剂11.55kg。

54、特别的，混凝土抗压强度等级为c75时，每立方自密实混凝土的各组分用量为：粗骨料856.72kg、细骨料790.82kg、水泥450.5kg、偏高岭土79.5kg、水224.7kg、减水剂10.6kg。

55、特别的，混凝土抗压强度等级为c105时，每立方自密实混凝土的各组分用量为：粗骨料678.47kg、细骨料765.08kg、水泥456kg、偏高岭土114kg、水165.9kg、减水剂13.11kg。

56、本发明针对含有偏高岭土的自密实混凝土配合比设计的盲目性和空白性，通过引进偏高岭土的效率系数，提出了一种含偏高岭土的高耐久自密实混凝土配合比设计方法，有益效果如下：

57、1、本发明引入了偏高岭土的效率系数，使得工程技术人员能够根据工作性能和力学性能需求设计出满足工程需求的含偏高岭土的自密实混凝土，弥补了当前难以根据工程需求确定含偏高岭土的自密实混凝土强度的空缺；

58、2、本发明采用偏高岭土替代水泥，有效提升了自密实混凝土的强度指标与耐久性，降低了水泥的碳排放；

59、3、本发明提出的含偏高岭土的自密实混凝土配合比设计方法总体思路清晰，设计步骤简洁且易于遵循，避免了因反复试配导致的材料、时间和人力等方面的浪费，具有良好的实用性和可操作性。