混凝土最小空隙率配製理論計算方法與流程
2023-10-06 16:25:39
本發明涉及混凝土最小空隙率配製理論計算方法。
背景技術：
：砂的顆粒級配，即表示砂的顆粒搭配情況，在混凝土中砂粒之間的空隙是由水泥漿來填充，為達到節約水泥和提高強度的目的，就應儘量減少砂粒之間的空隙，如果是同樣的粗細的砂，空隙最大；兩種粒徑的砂搭配起來，空隙率就減少了；三種粒徑的砂搭配，空隙就更小了，由此可見，要想減少顆粒間的空隙，就必須有大小不同的顆粒搭配。在拌制混凝土時，這兩個因素(砂的粗細及顆粒級配)應同時考慮。當砂中含有較多的粗砂，並以適當的中砂及少量細沙填充其空隙，則可以達到空隙率及總表面積均較小，這樣的砂比較理想，不僅水泥漿用量較小，而且還可以提高混凝土的密實性與強度。可見控制砂的粗細程度和顆粒級配有很大的技術經濟意義，因而它是評定砂質量的重要指標。混凝土空隙率的大小直接影響到混凝土的施工性、耐久性及強度。技術實現要素：本發明提供一種混凝土最小空隙率配製理論計算方法，採用此方法配置出來的混凝土具有高施工性、高耐久性、高強度。為了達到上述目的，本發明採用以下技術方案實現：一種混凝土最小空隙率配製理論計算方法，具體包括如下步驟：1)計算1.15mm顆粒以下人工砂與細河砂混合最小空隙率比率a％、b％(a1％、b1％)：由公式1：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)(1.15mm顆粒以下人工砂)b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)(細河砂)2)計算1.15mm顆粒以下人工砂與細河砂混合後的表觀密度ρ(ρA)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)3)計算1.15mm顆粒以上人工砂與碎石混合最小空隙率比率a％、b％(a2％、b2％)：由公式1：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)(1.15mm顆粒以上人工砂)b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)(碎石)4)計算1.15mm顆粒以上人工砂與碎石混合後的表觀密度ρ(ρB)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)5)記錄單位重量人工砂篩分實驗結果：1.15mm顆粒以上人工砂/1.15mm顆粒以下人工砂＝B％/A％6)計算人工砂與細河砂、碎石混合後的表觀密度ρ(d3)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)7)選定膠凝總量，選定其中水泥所佔的重量、礦物摻和料所佔的重量，計算水泥所佔比率、礦物摻和料所佔比率，計算水泥、礦物摻和料混合後的表觀密度ρ(d1)：①由公式1：計算水泥所佔比率：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)計算礦物摻和料所佔比率：b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)②水泥、礦物摻和料混合後的表觀密度ρ(d1)由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)8)確定用水量，計算膠凝材料佔素膠凝漿體百分比x％，計算素膠凝漿體密度d：①膠凝材料佔素膠凝漿體百分比：x％＝(C+F)/(C+F+W)②由式3：素膠凝漿體密度公式：x％/d1+(1-x％)/d2＝1/d9)計算素膠凝漿體與骨料(碎石G、人工砂X、細河砂S)的組合密度D(混凝土容重)：由推導公式4：y％/d+(1-y％)/d3＝1/Dy％＝(C+F+W)/D10)確定骨料用量(碎石G、人工砂X、細河砂S)：①骨料用量(E)：E＝混凝土容重(D)-膠凝材料(C+F)-用水量(W)②設人工砂為X，由第五步得：1.15mm顆粒以上人工砂+1.15mm顆粒以下人工砂＝B％*X+A％*X＝X③由第三步、②得碎石G：(碎石/1.15mm顆粒以上人工砂)*1.15mm顆粒以上人工砂＝(b2％/a2％)*(B％*X)④由第一步得細河砂為S：(細河砂/1.15mm顆粒以下人工砂)*1.15mm顆粒以下人工砂＝(b1％/a1％)*(A％*X)⑤由①②③④得E＝G+X+S，將數值代入可求人工砂XE＝(b2％/a2％)*(B％*X)+X+(b1％/a1％)*(A％*X)X＝E/(b2％/a2％*B％+1+b1％/a1％*A％)⑥由③④⑤得：碎石G＝(b2％/a2％)*(B％*X)細河砂S＝(b1％/a1％)*(A％*X)11)得配合比，根據實驗確定引氣型減水劑的用量，如下：水泥C：礦物摻和料F：碎石G：人工砂X：細河紗S：水W：引氣型減水劑J：2、根據權利要求1所述的一種混凝土最小空隙率配製理論計算方法，其特徵在於，步驟1-11所用關鍵公式：公式1:A、B兩種不同物質,鬆散密度分別為ρ1、ρ2，混合後最小空隙率，其中A、B兩種不同物質比率分別為:a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)、b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)；a％為A物質所佔比率，b％為B物質所佔比率；公式2:兩種物質密度分別為ρ1、ρ2，質量混合比為a％、b％，混合後的質量為M，則V1＝Ma％/ρ1，V2＝Ma％/ρ2，混合密度ρ＝M/(V1+V2)＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)；即ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)公式3：素膠凝漿體密度計算公式：x％/d1+(1-x％)/d2＝1/d其中：x％＝(C+F)/(C+F+W)x％膠凝材料佔素膠凝漿體百分比；(C：水泥用量Kg/m3、F：礦物摻和料Kg/m3、W：用水量Kg/m3)d1為膠凝材料表觀密度Kg/m3；d2為水密度1000Kg/m3；d素膠凝漿體密度Kg/m3；推導公式4：由公式3推導出素膠凝漿體與混合骨料(碎石+人工砂+細河砂)組合後混凝土密度D的推導公式4：y％/d+(1-y％)/d3＝1/D其中：y％＝(C+F+W)/Dy％為素膠凝漿體佔混凝土百分比；d素膠凝材料漿體密度Kg/m3；d3人工砂與細河砂、碎石混合後的表觀密度Kg/m3；C為單位體積混凝土水泥用量Kg/m3；F為單位體積混凝土礦物摻和料用量Kg/m3；W為單位體積混凝土水用量Kg/m3；D為混凝土容重Kg/m3；推導公式4證明：公式3：x％/d1+(1-x％)/d2＝1/d是將水作為載體，膠凝材料是素體，得d素膠凝漿體密度；推導公式4是將素膠凝漿體為載體，混合骨料(人工砂與細河砂、碎石混合體)為素體，得D混凝土容重；公式3轉化為公式4有如下規律：①：公式3：d2水(載體)密度，推導公式4：d素膠凝漿體(載體)密度；②：公式3：x％膠凝材料佔素膠凝漿體重量百分比，推導公式4：(1-y％)混合骨料(人工砂與細河砂、碎石混合)佔混凝土重量百分比；③：公式3：(1-x％)水(載體)佔素膠凝漿體重量百分比，推導公式4：y％為素膠凝漿體(載體)佔混凝土百分比；④：公式3：d1為膠凝材料表觀密度，推導公式4：d3為人工砂與細砂、碎石混合後的表觀密度；⑤：公式3：d素膠凝漿體密度，推導公式4：D為混凝土容重；由此，可證明推導公式4成立。與現有技術相比，本發明的有益效果是：1)採用此方法配置出來的混凝土施工性好；2)採用此方法配置出來的混凝土耐久性好；3)採用此方法配置出來的混凝土強度高；具體實施方式下面對本發明的具體實施方式作進一步說明：關鍵公式：公式1：A、B兩種不同物質,鬆散密度分別為ρ1、ρ2，混合後最小空隙率，其中A、B兩種不同物質比率分別為:a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)、b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)。a％為A物質所佔比率，b％為B物質所佔比率。驗證公式1：試驗一(表1)人工砂產地：遼陽，規格為：1.15顆粒以下人工砂，鬆散容重1505g/L。細河砂產地：遼陽，鬆散容重1365g/L。表1試驗一分析：1、由試驗一得序號11兩種物質混合的鬆散密度最大，得知：1.15mm顆粒以下人工砂所佔比率為：A/(A+C10)＝2880/(2880+2600)≈52.55％細河砂所佔比率為：C10/(A+C10)＝2600/(2880+2600)≈47.45％2、混合後最小空隙率按公式1計算結果如下：1.15mm顆粒以下人工砂所佔比率為：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)＝1505/(1505+1365)≈52.44％細河砂所佔比率為：b％＝ρ1/(ρ1+ρ2)＝1365/(1505+1365)≈47.56％實驗一結論：因分析1(實驗一)與分析2(公式1)結果相近，誤差小於0.5％，所以公式1成立。驗證公式1：試驗二表2人工砂產地：遼陽，規格為：1.15顆粒以上人工砂，鬆散容重1365g/L。碎石產地：遼陽，規格為：10mm～20mm，鬆散容重1380g/L。表2試驗二分析：1、由試驗二得序號11兩種物質混合的鬆散密度最大得知：1.15mm以上顆粒人工砂所佔比率為：B10/(B10+D)＝2600/(2600+2675)＝49.29％碎石所佔比率為：D/(B10+D)＝2675/(2600+2675)＝50.71％2、混合後最小空隙率按公式1計算結果如下：1.15mm以上顆粒人工砂比率為：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)＝1365/(1380+1365)＝49.73％碎石比率為：b％＝ρ1/(ρ1+ρ2)＝1380/(1365+1380)＝50.27％實驗二結論：因分析1(實驗二)與分析2(公式1)結果相近，誤差小於0.5％，所以公式1成立。公式2:兩種物質密度分別為ρ1、ρ2，質量混合比為a％、b％，混合後的質量為M，則V1＝Ma％/ρ1，V2＝Ma％/ρ2，混合密度ρ＝M/(V1+V2)＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)。即ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)公式3：素膠凝漿體密度計算公式：x％/d1+(1-x％)/d2＝1/d其中：x％＝(C+F)/(C+F+W)x％膠凝材料佔素膠凝漿體百分比。(C：水泥用量Kg/m3、F：礦物摻和料Kg/m3、W：用水量Kg/m3)d1為膠凝材料表觀密度Kg/m3。d2為水密度1000Kg/m3。d素膠凝漿體密度Kg/m3。推導公式4：由公式3推導出素膠凝漿體與混合骨料(碎石+人工砂+細河砂)組合後混凝土密度D的推導公式4：y％/d+(1-y％)/d3＝1/D其中：y％＝(C+F+W)/Dy％為素膠凝漿體佔混凝土百分比。d素膠凝材料漿體密度Kg/m3。d3人工砂與細河砂、碎石混合後的表觀密度Kg/m3。C為單位體積混凝土水泥用量Kg/m3。F為單位體積混凝土礦物摻和料用量Kg/m3。W為單位體積混凝土水用量Kg/m3。D為混凝土容重Kg/m3。推導公式4證明：公式3：x％/d1+(1-x％)/d2＝1/d是將水作為載體，膠凝材料是素體，得d素膠凝漿體密度。推導公式4是將素膠凝漿體為載體，混合骨料(人工砂與細河砂、碎石混合體)為素體，得D混凝土容重。公式3轉化為公式4有如下規律：①：公式3：d2水(載體)密度，推導公式4：d素膠凝漿體(載體)密度。②：公式3：x％膠凝材料佔膠凝漿體重量百分比，推導公式4：(1-y％)混合骨料(人工砂與細河砂、碎石混合)佔混凝土重量百分比。③：公式3：(1-x％)水(載體)佔素膠凝漿體重量百分比，推導公式4：y％為素膠凝漿體(載體)佔混凝土百分比。④：公式3：d1為膠凝材料表觀密度，推導公式4：d3為人工砂與細砂、碎石混合後的表觀密度。⑤：公式3：d素膠凝漿體密度，推導公式4：D為混凝土容重。由此，可證明推導公式4成立。方案一：採用水泥+礦物摻和料+碎石+人工砂+細河砂+水+引氣型減水劑方案二：採用水泥+礦物摻和料+碎石+人工砂+水+引氣型減水劑方案三：採用水泥+礦物摻和料+碎石+細河砂+水+引氣型減水劑優選地，方案一：混凝土最小空隙率配製理論計算方法，步驟如下：1)計算1.15mm顆粒以下人工砂與細河砂混合最小空隙率比率a％、b％(a1％、b1％)：由公式1：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)(1.15mm顆粒以下人工砂)b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)(細河砂)2)計算1.15mm顆粒以下人工砂與細河砂混合後的表觀密度ρ(ρA)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)3)計算1.15mm顆粒以上人工砂與碎石混合最小空隙率比率a％、b％(a2％、b2％)：由公式1：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)(1.15mm顆粒以上人工砂)b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)(碎石)4)計算1.15mm顆粒以上人工砂與碎石混合後的表觀密度ρ(ρB)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)5)記錄單位重量人工砂篩分實驗結果：1.15mm顆粒以上人工砂/1.15mm顆粒以下人工砂＝B％/A％6)計算人工砂與細河砂、碎石混合後的表觀密度ρ(d3)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)7)選定膠凝總量，選定其中水泥所佔的重量、礦物摻和料所佔的重量，計算水泥所佔比率、礦物摻和料所佔比率，計算水泥、礦物摻和料混合後的表觀密度ρ(d1)：①由公式1：計算水泥所佔比率：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)計算礦物摻和料所佔比率：b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)②水泥、礦物摻和料混合後的表觀密度ρ(d1)由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)8)確定用水量，計算膠凝材料佔素膠凝漿體百分比x％，計算素膠凝漿體密度d：①膠凝材料佔素膠凝漿體百分比：x％＝(C+F)/(C+F+W)②由式3：素膠凝漿體密度公式：x％/d1+(1-x％)/d2＝1/d9)計算素膠凝漿體與骨料(碎石G、人工砂X、細河砂S)的組合密度D(混凝土容重)：由推導公式4：y％/d+(1-y％)/d3＝1/Dy％＝(C+F+W)/D10)確定骨料用量(碎石G、人工砂X、細河砂S)：①骨料用量(E)：E＝混凝土容重(D)-膠凝材料(C+F)-用水量(W)②設人工砂為X，由第五步得：1.15mm顆粒以上人工砂+1.15mm顆粒以下人工砂＝B％*X+A％*X＝X③由第三步、②得碎石G：(碎石/1.15mm顆粒以上人工砂)*1.15mm顆粒以上人工砂＝(b2％/a2％)*(B％*X)④由第一步得細河砂為S：(細河砂/1.15mm顆粒以下人工砂)*1.15mm顆粒以下人工砂＝(b1％/a1％)*(A％*X)⑤由①②③④得E＝G+X+S，將數值代入可求人工砂XE＝(b2％/a2％)*(B％*X)+X+(b1％/a1％)*(A％*X)X＝E/(b2％/a2％*B％+1+b1％/a1％*A％)⑥由③④⑤得：碎石G＝(b2％/a2％)*(B％*X)細河砂S＝(b1％/a1％)*(A％*X)11)得配合比，根據實驗確定引氣型減水劑的用量，如下：水泥C：礦物摻和料F：碎石G：人工砂X：細河紗S：水W：引氣型減水劑J：實施例：1、實驗原材料：所用材料為PO42.5水泥，產地：鞍山冀東水泥廠，28天強度：49MPa，表觀密度：3100Kg/m3。礦碴微粉，產地：鞍鋼，微粉等級S75，表觀密度：2890Kg/m3。碎石粒徑10mm～20mm，產地：遼陽，鬆散密度：1380Kg/m3，表觀密度：2765Kg/m3。人工砂產地：鞍鋼大孤山鐵礦，細度模數3.926，表觀密度：2700Kg/m3，1.15mm顆粒以上人工砂鬆散密度：1285Kg/m3，1.15mm顆粒以下人工砂鬆散密度：1365Kg/m3。單位重量人工砂篩分實驗結果：1.15mm顆粒以上人工砂/1.15mm顆粒以下人工砂＝B％/A％＝72.73％/27.27％。細河砂產地：遼陽，細度模數1.169，鬆散密度：1365Kg/m3，表觀密度：2465Kg/m3。1.15mm顆粒以下97％。引氣型減水劑(聚羧酸)產地：鞍鋼礦山建設有限公司。2、實驗設備：混凝土試模，坍落度桶，SJD60型混凝土攪拌機、產地：瀋陽科威實驗儀器廠。SZ型混凝土含氣量測定儀。2000kN萬能實驗機，產地：瀋陽科威實驗儀器廠。方案一實施例：採用水泥+礦物摻和料+碎石+人工砂+細河砂+水+引氣型減水劑混凝土最小空隙率配製理論計算方法，步驟如下：1、1.15mm顆粒以下人工砂與細河砂混合最小空隙率比率a％、b％(a1％、b1％)：由公式1：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)a1％＝1365/(1365+1365)＝50％(1.15mm顆粒以下人工砂)b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)b1％＝1365/(1365+1365)＝50％(細河砂)2、1.15mm顆粒以下人工砂與細河砂混合後的表觀密度ρ(ρA)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)ρA＝2700×2465/(2465×50％+2700×50％)≈2577Kg/m33、1.15mm顆粒以上人工砂與碎石混合最小空隙率比率a％、b％(a2％、b2％)：由公式1：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)a2％＝1285/(1285+1380)≈48.22％(1.15mm顆粒以上人工砂)b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)b2％＝1380/(1285+1380)≈51.78％(碎石)4、1.15mm顆粒以上人工砂與碎石混合後的表觀密度ρ(ρB)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)ρB＝2700×2765/(2765×48.22％+2700×51.78％)≈2733Kg/m35、單位重量人工砂篩分實驗結果：1.15mm顆粒以上人工砂/1.15mm顆粒以下人工砂＝B％：A％＝72.73％/27.27％6、人工砂與細河砂、碎石混合後的表觀密度ρ(d3)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)d3＝2733×2577/(2733×27.27％+2577×72.73％)≈2689Kg/m37、選定膠凝總量345Kg/m3，其中水泥重量245Kg/m3、礦物摻和料(微粉)重量100Kg/m3，計算水泥所佔比率、礦物摻和料所佔比率，計算水泥、礦物摻和料混合後的表觀密度ρ(d1)：①由公式1：計算水泥所佔比率：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)＝245/(100+245)≈71.01％(水泥)計算礦物摻和料所佔比率：b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)＝100/(100+245)≈28.99％(微粉)②水泥、礦物摻和料混合後的表觀密度ρ(d1)由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)d1＝3100×2890/(2890×71.01％+3100×28.99％)≈3036Kg/m38、確定用水量180Kg/m3，計算膠凝材料佔素膠凝漿體百分比x％，計算素膠凝漿體密度d：①膠凝材料佔素膠凝漿體百分比：x％＝(C+F)/(C+F+W)＝(245+100)/(245+100+180)≈65.71％②由公式3：素膠凝漿體密度公式：x％/d1+(1-x％)/d2＝1/d65.71％/3036+(1-65.71％)/1000＝1/dd≈1788Kg/m39、計算素膠凝漿體與骨料(碎石G、人工砂X、細河砂S)的組合密度D(混凝土容重)：由推導公式4：y％/d+(1-y％)/d3＝1/Dy％＝(C+F+W)/D＝(245+100+180)/D＝525/D525/D/1788+(1-525/D)/2689＝1/DD≈2424Kg/m3(取2425Kg/m3)10、確定骨料用量(碎石G、人工砂X、細河砂S)：①、骨料用量(E)：E＝混凝土容重-膠凝總量-用水量＝2425-345-180＝1900Kg/m3②、設人工砂為X，由第五步得：1.15mm顆粒以上人工砂+1.15mm顆粒以下人工砂＝B％×X+A％×X＝X③、由第三步、②得碎石G：碎石/1.15mm顆粒以上人工砂×1.15mm顆粒以上人工砂＝b2％/a2％×A％×X＝51.78％/48.12％×72.73％×X≈0.7826X④、由第一步得細河砂為S：細砂/1.15mm顆粒以下人工砂×1.15mm顆粒以下人工砂＝b1％/a1％×B％×X＝50％/50％×27.27％×X≈0.2727X⑤、由①②③④得E＝G+X+S，將數值代入可求人工砂XE＝b2％/a2％×A％×X+X+b1％/a1％×B％XX＝E/(b2％/a2％×A％+1+b1％/a1％×B％)＝1900/(0.7826X+X+0.2727×X)≈924Kg/m3(取925Kg/m3)⑥、由③④⑤得：碎石G＝b2％/a2％×A％×X＝0.7826×924≈723Kg/m3(取725Kg/m3)細河砂S＝b1％/a1％×B％×X＝0.2727×924≈252Kg/m3(取250Kg/m3)11、得配合比，實驗確定引氣型減水劑的用量，如下表3：表3(單位：Kg/m3)水泥C：微粉F：碎石G：人工砂X：細河紗S：水W：引氣型減水劑J2451007259252501806.9方案二實施例：採用水泥+礦物摻和料+碎石+人工砂+水+引氣型減水劑混凝土最小空隙率配製理論計算方法，步驟如下：1、1.15mm顆粒以下人工砂與細河砂混合最小孔隙率比率a％、b％(a1％、b1％)：由公式1：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)＝0b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)＝02、1.15mm顆粒以下人工砂與細河砂混合後的表觀密度ρ(ρA)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)＝03、1.15mm顆粒以上人工砂與碎石混合最小空隙率比率a％、b％(a2％、b2％)：由公式1：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)a2％＝1285/(1285+1380)＝48.22％(1.15mm以上人工砂)b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)b2％＝1380/(1285+1380)＝51.78％(碎石)4、1.15mm顆粒以上人工砂與碎石混合後的表觀密度ρ(ρB)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)ρB＝2700×2765/(2765×48.22％+2700×51.78％)≈2765Kg/m35、單位重量人工砂篩分實驗結果：1.15mm顆粒以上人工砂/1.15mm顆粒以下人工砂＝B％/A％＝72.73％/27.27％6、人工砂與細河砂、碎石混合後的表觀密度ρ(d3)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)d3＝2765×2700/(2700×72.73％+2733×27.27％)≈2747Kg/m37、選定膠凝總量345Kg/m3，選定其中水泥所佔的重量245Kg/m3、礦物摻和料所佔的重量100Kg/m3，計算水泥所佔比率、礦物摻和料所佔比率，計算水泥、礦物摻和料混合後的表觀密度ρ(d1)：①由公式1：計算水泥所佔比率：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)＝245/(100+245)≈71.01％(水泥)計算礦物摻和料所佔比率：b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)＝100/(100+245)≈28.99％(微粉)②水泥、礦物摻和料混合後的表觀密度ρ(d1)由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)d1＝3100×2890/(2890×71.01％+3100×28.99％)≈3036Kg/m38、確定用水量，計算膠凝材料佔素膠凝漿體百分比x％，計算素膠凝漿體密度d：①膠凝材料佔素膠凝漿體百分比：x％＝(C+F)/(C+F+W)＝(245+100)/(245+100+180)≈65.71％②由式3：素膠凝漿體密度公式：x％/d1+(1-x％)/d2＝1/d65.71％/3036+(1-65.71％)/1000＝1/dd≈1788Kg/m39、計算素膠凝漿體與骨料(碎石G、人工砂X、細河砂S)的組合密度D(混凝土容重)：由推導公式4：y％/d+(1-y％)/d3＝1/Dy％＝(C+F+W)/D＝(245+100+180)/D＝525/D525/D/1788+(1-525/D)/2747＝1/DD≈2465Kg/m3取2465Kg/m310、確定骨料用量(碎石G、人工砂X、細河砂S)：①、骨料用量(E)：E＝混凝土容重-膠凝總量-用水量＝2465-345-180＝1940Kg/m3②、設人工砂為X，由第五步得：1.15mm顆粒以上人工砂+1.15mm顆粒以下人工砂＝B％×X+A％×X＝X③、由第三步、②得碎石G：(碎石/1.15mm顆粒以上人工砂)×1.15mm顆粒以上人工砂＝(b2％/a2％)×(B％×X)＝(51.78％/48.22％)×(72.73％×X)＝0.7810X④、由第一步得細河砂為S：(細砂/1.15mm顆粒以下人工砂)×1.15mm顆粒以下人工砂＝(b1％/a1％)×(A％×X)＝0⑤、由①②③④得E＝G+X+S，將數值代入可求人工砂X：E＝(b2％/a2％)×(B％×X)+X+(b1％/a1％)×(A％×X)X＝E/(b2％/a2％×B％+1+X+0)＝1940/(0.7810X+X+0)≈1089Kg/m3(取1090Kg/m3)⑥、由③④⑤得：碎石G＝(b2％/a2％)×(B％×X)＝0.7810×1089≈850Kg/m3(取850Kg/m3)細河砂S＝011、得配合比，實驗確定引氣型減水劑的用量，如下表4：表4(單位：Kg/m3)水泥C：微粉F：碎石G：人工砂X：細河紗S：水W：引氣型減水劑J245100850109001806.9實際用水量：230Kg/m3方案三實施例：採用水泥+礦物摻和料+碎石+細河砂+水+引氣型減水劑混凝土最小空隙率配製理論計算方法，步驟如下：1、單位重量碎石與細河砂最小空隙率：由公式1：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)＝1365/(1365+1380)＝49.73％(細河砂)b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)＝1380/(1365+1380)＝50.27％(碎石)6、細河砂、碎石混合後的表觀密度ρ(ρc)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)＝2765×2465/(2465×50.27％+2765×49.73％)≈2607Kg/m37、選定膠凝總量345Kg/m3，選定其中水泥所佔的重量245Kg/m3、礦物摻和料所佔的重量100Kg/m3，計算水泥所佔比率、礦物摻和料所佔比率，計算水泥、礦物摻和料混合後的表觀密度ρ(d1)：①由公式1計算水泥所佔比率：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)＝245/(100+245)＝71.01％(水泥)計算礦物摻和料所佔比率：b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)＝100/(100+245)＝28.99％(微粉)②水泥、礦物摻和料混合後的表觀密度ρ(d1)由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)d1＝3100×2890/(2890×71.01％+3100×28.99％)＝3036Kg/m38、確定用水量，計算膠凝材料佔素膠凝漿體百分比x％，計算素膠凝漿體d3：①膠凝材料佔素膠凝漿體百分比：x％＝(C+F)/(C+F+W)＝(245+100)/(245+100+180)＝65.71％②由式3：素膠凝漿體密度公式：x％/d1+(1-x％)/d2＝1/d65.71％/3036+(1-65.71％)/1000＝1/d3d＝1788Kg/m39、計算素膠凝漿體與骨料(碎石G、人工砂X、細河砂S)的組合密度D(混凝土容重)：由推導公式4：y％/d+(1-y％)/d3＝1/Dy％＝(C+F+W)/D＝(245+100+180)/D＝525/D525/D/1788+(1-525/D)/2607＝1/DD＝2367Kg/m3取2365Kg/m310、確定骨料用量(碎石G、人工砂X、細河砂S)：①、骨料用量(E)：E＝混凝土容重-膠凝總量-用水量＝2365-345-180＝1840Kg/m3②、得碎石G：碎石佔骨料比例×骨料用量＝b％×E＝50.27％×1840＝925Kg/m3③、得細河砂為S：細砂佔骨料比例×骨料用量＝a％×E＝49.73％×1840＝915Kg/m311、得配合比，實驗確定引氣型減水劑的用量，如下(表5)：表5(單位：Kg/m3)水泥C：微粉F：碎石G：細河紗S：水W：引氣型減水劑J2451009259151806.9實際用水量：220Kg/m3實施例混凝土最小空隙率配製理論計算方法性能指標見(表6)。表6實施例編號坍落度mm拓展度mm含氣量％7天強度代表值Mpa28天強度代表值Mpa實施例12105605.524.0MPa38.3MPa實施例21805208.516.2MPa24.6MPa實施例31804502.518.0MPa26.0MPa性能分析：實施例1、以適當的人工砂及少量細河沙填充其空隙，則可以達到空隙率及總表面積均較小，施工性好，含氣量5.5％(為使混凝土具有較好的抗凍性，其最佳含氣量約為5～6％之間)，強度較其他值高。實施例2：人工砂較粗，單獨使用時空隙率大，混凝土中砂粒之間的空隙是由水泥漿來填充，導致混凝土施工性差，用水量高，含氣量高，達到8.5％，強度低。實施例3：細河砂較細，單獨使用時比表面積大，導致施工性差，用水量較高，含氣量低，達到2.5％，強度較低。結論：由上表可看出方案一實施例效果最好，最小空隙率配製理論計算方法計算混凝土配合比，混凝土採用適量的碎石、人工砂、細河砂進行混合，當人工砂較粗時，以適量細河沙填充其空隙，則可以達到空隙率及總表面積均較小，這樣的砂比較理想，不僅水泥漿用量較小，而且還可以提高混凝土的密實性與強度。可見該混凝土最小空隙率配製理論計算方法計算混凝土配合比，能使混凝土空隙率最小，混凝土性能達到高施工性、高耐久性及高強度性。應用實例一：(工程名稱：風水溝尾礦壩，施工部位：混凝土防水面板)所用材料為PO42.5水泥，產地：冀東水泥廠，28天強度49MPa，表觀密度：3100Kg/m3。礦碴微粉，產地：鞍鋼，微粉等級S75，表觀密度：2890Kg/m3。碎石粒徑5mm～20mm，產地：鞍鋼大孤山鐵礦，鬆散密度：1330Kg/m3，表觀密度：2700Kg/m3。人工砂產地：鞍鋼大孤山鐵礦，細度模數：3.93表觀密度：2700Kg/m3，1.15mm顆粒以上人工砂，鬆散密度：1285Kg/m3，1.15mm顆粒以下人工砂，鬆散密度ρ1＝1365Kg/m3。單位重量人工砂篩分實驗結果：1.15mm顆粒以上人工砂/1.15mm顆粒以下人工砂＝B％/A％＝72.73％/27.27％細河砂產地為：遼陽，細度模數：1.16鬆散密度：1365Kg/m3表觀密度：2465Kg/m3引氣型減水劑：產地：鞍鋼礦建。應用實例計算以混凝土等級C25為例：(按照混凝土最小空隙率配製理論計算方法計算)，計算如下：混凝土最小空隙率配製理論計算方法，步驟如下：1、1.15mm顆粒以下人工砂與細河砂混合最小空隙率比率a％、b％(a1％、b1％)：由公式1：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)a1％＝1365/(1365+1365)＝50％(1.15mm顆粒以下人工砂)b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)b1％＝1365/(1365+1365)＝50％(細河砂)2、1.15mm顆粒以下人工砂與細河砂混合後的表觀密度ρ(ρA)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)ρA＝2700×2465/(2465×50％+2700×50％)≈2577Kg/m33、1.15mm顆粒以上人工砂與碎石混合最小空隙率比率a％、b％(a2％、b2％)：由公式1：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)a2％＝1285/(1285+1330)≈49.14％(1.15mm顆粒以上人工砂)b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)b2％＝1330/(1285+1330)≈50.86％(碎石)4、1.15mm顆粒以上人工砂與碎石混合後的表觀密度ρ(ρB)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)ρB＝2700×2700/(2700×49.14％+2700×50.86％)＝2700Kg/m35、單位重量人工砂篩分實驗結果：1.15mm顆粒以上人工砂/1.15mm顆粒以下人工砂＝B％/A％＝72.73％/27.27％6、人工砂與細河砂、碎石混合後的表觀密度ρ(d3)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)d3＝2700×2577/(2577×72.73％+2700×27.27％)≈2665Kg/m3取2665Kg/m37、選定膠凝總量345Kg/m3，其中水泥重量245Kg/m3、礦物摻和料(微粉)重量100Kg/m3，計算水泥所佔比率、礦物摻和料所佔比率，計算水泥、礦物摻和料混合後的表觀密度ρ(d1)：①由公式1：計算水泥所佔比率：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)＝245/(100+245)≈71.01％(水泥)計算礦物摻和料所佔比率：b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)＝100/(100+245)≈28.99％(微粉)②水泥、礦物摻和料混合後的表觀密度ρ(d1)由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)d1＝3100×2890/(2890×71.01％+3100×28.99％)≈3036Kg/m38、確定用水量180Kg/m3，計算膠凝材料佔素膠凝漿體百分比x％，計算素膠凝漿體密度d：①膠凝材料佔素膠凝漿體百分比：x％＝(C+F)/(C+F+W)＝(245+100)/(245+100+180)≈65.71％②由式3：素膠凝漿體密度公式：x％/d1+(1-x％)/d2＝1/d65.71％/3036+(1-65.71％)/1000＝1/dd≈1788Kg/m39、計算素膠凝漿體與骨料(碎石G、人工砂X、細河砂S)的組合密度D(混凝土容重)：由推導公式4：y％/d+(1-y％)/d3＝1/Dy％＝(C+F+W)/D＝(245+100+180)/D＝525/D525/D/1788+(1-525/D)/2665＝1/DD≈2407Kg/m3(取2405Kg/m3)10、確定骨料用量(碎石G、人工砂X、細河砂S)：①、骨料用量(E)：E＝混凝土容重-膠凝總量-用水量＝2405-345-180＝1880Kg/m3②、設人工砂為X，由第五步得：1.15mm以上人工砂+1.15mm以下人工砂＝B％×X+A％×X＝X③、由第三步、②得碎石G：碎石/1.15mm以上人工砂×1.15mm以上人工砂＝b2％/a2％×B％×X＝50.86％/49.12％×72.73％×X≈0.7531X④、由第一步得細河砂為S：細砂/1.15mm以下人工砂×1.15mm以下人工砂＝b1％/a1％×A％×X＝50％/50％×27.27％×X≈0.2727X⑤、由①②③④得E＝G+X+S，將數值代入可求人工砂XE＝b2％/a2％×A％×X+X+b1％/a1％×B％×XX＝E/(b2％/a2％×A％+1+b1％/a1％×B％)＝1880/(0.7531X+X+0.2727×X)≈928Kg/m3取925Kg/m3⑥、由③④⑤得：碎石G＝b2％/a2％×A％×X＝0.7531×928≈699Kg/m3取700細河砂S＝b1％/a1％×B％×X＝0.2727×928≈253Kg/m3取25511、得配合比，實驗確定引氣型減水劑的用量，如下表7：表7(單位：Kg/m3)水泥C：微粉F：碎石G：人工砂X：細河紗S：水W：引氣型減水劑J2451007009252551806.9應用實例一混凝土性能表8：表8應用實例二：所用材料為PO42.5水泥，產地：冀東水泥廠，28天強度49MPa，表觀密度：3100Kg/m3。礦碴微粉，產地：鞍鋼，微粉等級S75，表觀密度：2890Kg/m3。碎石粒徑10mm～20mm，產地：遼陽，鬆散密度：1380Kg/m3，表觀密度：2765Kg/m3。人工砂產地：遼陽，細度模數：3.101表觀密度：2765Kg/m3，1.15mm顆粒以上人工砂，鬆散密度：1365Kg/m3，1.15mm顆粒以下人工砂，鬆散密度ρ1＝1505Kg/m3。單位重量人工砂篩分實驗結果：1.15mm顆粒以上人工砂/1.15mm顆粒以下人工砂＝B％/A％＝52.47％/47.53％。細河砂產地為：遼陽，細度模數：1.16鬆散密度：1365Kg/m3表觀密度：2465Kg/m3引氣型減水劑：產地：鞍鋼礦建應用實例計算以混凝土等級C25為例：(按照混凝土最小空隙率配製理論計算方法)，計算如下：混凝土最小空隙率配製理論計算方法，步驟如下：1、1.15mm顆粒以下人工砂與細河砂混合最小空隙率比率a％、b％(a1％、b1％)：由公式1：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)a1％＝1365/(1365+1505)≈47.56％(細河砂)b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)b1％＝1505/(1365+1505)≈52.44％(1.15mm以下人工砂)2、1.15mm顆粒以下人工砂與細河砂混合後的表觀密度ρ(ρA)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)ρA＝2765×2465/(2765×47.56％+2465×52.44％)≈2614Kg/m33、1.15mm顆粒以上人工砂與碎石混合最小空隙率比率a％、b％(a2％、b2％)：由公式1：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)a2％＝1365/(1365+1380)≈49.73％(1.15mm以上人工砂)b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)b2％＝1380/(1365+1380)≈50.27％(碎石)4、1.15mm顆粒以上人工砂與碎石混合後的表觀密度ρ(ρB)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)ρB＝2765×2765/(2765×49.73％+2765×50.27％)≈2765Kg/m35、單位重量人工砂篩分實驗結果：1.15mm顆粒以上人工砂/1.15mm顆粒以下人工砂＝B％/A％＝52.47％/47.53％6、人工砂與細河砂、碎石混合後的表觀密度ρ(d3)：由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)d3＝2765×2614/(2765×47.53％+2614×52.47％)≈2691Kg/m37、選定膠凝總量345Kg/m3，其中水泥重量245Kg/m3、礦物摻和料(微粉)重量100Kg/m3，計算水泥所佔比率、礦物摻和料所佔比率，計算水泥、礦物摻和料混合後的表觀密度ρ(d1)：①由公式1：計算水泥所佔比率：a％＝ρ1/(ρ1+ρ2)＝245/(100+245)≈71.01％(水泥)計算礦物摻和料所佔比率：b％＝ρ2/(ρ1+ρ2)＝100/(100+245)≈28.99％(微粉)②水泥、礦物摻和料混合後的表觀密度ρ(d1)由公式2：ρ＝ρ1ρ2/(ρ2a％+ρ1b％)d1＝3100×2890/(2890×71.01％+3100×28.99％)≈3036Kg/m38、確定用水量180Kg/m3，計算膠凝材料佔素膠凝漿體百分比x％，計算素膠凝漿體密度d：①膠凝材料佔素膠凝漿體百分比：x％＝(C+F)/(C+F+W)＝(245+100)/(245+100+180)≈65.71％②由式3：素膠凝漿體密度公式：x％/d1+(1-x％)/d2＝1/d65.71％/3036+(1-65.71％)/1000＝1/dd≈1788Kg/m39、計算素膠凝漿體與骨料(碎石G、人工砂X、細河砂S)的組合密度D(混凝土容重)：由推導公式4：y％/d+(1-y％)/d3＝1/Dy％＝(C+F+W)/D＝(245+100+180)/D＝525/D525/D/1788+(1-525/D)/2691＝1/DD≈2426Kg/m3(取2425Kg/m3)10、確定骨料用量(碎石G、人工砂X、細河砂S)：①、骨料用量(E)：E＝混凝土容重-膠凝總量-用水量＝2425-345-180＝1900Kg/m3②、設人工砂為X，由第五步得：1.15mm顆粒以上人工砂+1.15mm顆粒以下人工砂＝B％×X+A％×X＝X③、由第三步、②得碎石G：碎石/1.15mm顆粒以上人工砂×1.15mm顆粒以上人工砂＝b2％/a2％×B％×X＝50.27％/49.73％×52.47％×X≈0.5304X④、由第一步得細河砂為S：細河砂/1.15mm顆粒以下人工砂×1.15m顆粒m以下人工砂＝b1％/a1％×A％×X＝47.56％/52.44％×47.53％X≈0.4311X⑤、由①②③④得E＝G+X+S，將數值代入可求人工砂XE＝b2％/a2％×A％×X+X+b1％/a1％×B％×XX＝E/(b2％/a2％×A％+1+b1％/a1％×B％)＝1900/(0.5304X+X+0.4311×X)≈969Kg/m3(取970Kg/m3)⑥、由③④⑤得：碎石G＝b2％/a2％×A％×X＝0.5304×969≈514Kg/m3取515細河砂S＝b1％/a1％×B％×X＝0.4311×969≈418Kg/m3取41511、得配合比，實驗確定引氣型減水劑的用量，如下(表9)：表9(單位：Kg/m3)水泥C：微粉F：碎石G：人工砂X：細河紗S：水W：引氣型減水劑J2451005159704151806.9應用實例二：鞍鋼礦建攪拌廠實際應用混凝土例表(表10)表10鞍鋼礦建攪拌廠實際應用混凝土混凝土性能表，表11：表11以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本
技術領域：
的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。當前第1頁1 2 3