[发明专利]一种通过优化致密填充粒径分布提高材料颗粒填充密度的方法

说明书

本发明属于建筑材料领域，具体明涉及一种通过优化致密填充粒径分布改善水泥浆、砂浆、混凝土配合比设计，进而提高材料颗粒填充密度的方法。本发明比较分析了实际生产的掺加不同种类不同掺量矿物掺合料的水泥浆胶凝材料试样、砂浆固体材料试样、不同细骨料占比的混凝土骨料试样的粒径分布与优化致密填充粒径分布模型吻合度，并实验测量了相应水泥浆胶凝材料试样、砂浆固体材料试样、混凝土骨料试样的填充密度，表明了颗粒粒径分布越接近优化致密填充粒径分布模型，其填充密度越高，证明了优化致密填充粒径分布模型在水泥浆、砂浆、混凝土配合比优化中的有效作用。

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种通过优化致密填充粒径分布改善水泥浆、砂浆、混凝土配合比设计，进而提高材料颗粒填充密度的方法。

背景技术

新拌混凝土和硬化混凝土的性能与其组成的固体颗粒粒径分布状况及填充密度密切相关。若能提高混凝土固体颗粒填充密度，需要填充固体颗粒间空隙的水量和水泥浆量将可以减少，从而提供更多的富余水量和富余浆量来提高新拌混凝土的流动性。除能提高混凝土的流动性外，混凝土固体颗粒填充密度的提高亦能使混凝土的微观结构更加致密，从而提高强度。

混凝土固体颗粒填充密度的提高需要通过优化固体颗粒的粒径分布来实现，理论上最优化的粒径分布为连续分布并使较小的颗粒填充较大颗粒间的空隙。早在1930年代，已有研究者(Andreasen and Andersen 1930,Furnas 1931)提出适用于混凝土和砂浆的致密填充粒径分布模型。

然而，目前的粒径分布模型并不能顾及颗粒大小比细骨料细的颗粒，包括胶凝材料和细骨料中的粉体部分(粉体部分为颗粒粒径小于75微米的部分)。Kwan et al.(2014)研究表明粉体部分可提高填充密度，为混凝土材料的重要部分。

与粒径连续分布的致密填充粒径分布模型不同，普通混凝土中的水泥、细骨料、粗骨料等固体组成材料的粒径分布并非如致密填充粒径分布模型一样的连续分布。普通混凝土固体颗粒粒径分布存在着粒径范围大致为50～500微米(介于水泥和细骨料之间)和小于5微米(细于水泥颗粒)的两档空缺。为达至理想的连续颗粒分布，此两档空缺需要由颗粒粒径合适的掺和料填充。

目前，常用的骨料致密填充粒径分布模型主要有以下三个：

(1)Andreasen and Andersen模型：

其中CPFT为累计体积分数，D为颗粒大小，D_L为最大颗粒大小，m为致密填充模型分布系数。

(2)Furnas模型：

通过探索砂浆骨料的填充密度，Furnas(1931)提出了顾及颗粒最小粒径的Furnas模型：

其中D_S为最小粒径，r为致密填充模型分布系数,其他符号意义与式(1)一致。

(3)Funk and Dinger模型，亦称Modified Andreasen and Andersen模型：

Funk and Dinger(1994)改善了Andreasen and Andersen模型，提出下式(3)：

式(2)和式(3)考虑了最小颗粒粒径的作用，为较成熟精确的填充密度模型。虽然模型式(2)和式(3)为不同研究人员独立提出的成果，但通过比较式(2)和式(3)可以看出只要把式(2)中的r取为e^m，或者把式(3)中的m取为ln(r)，该两模型完全一样。

然而，上述公式仍然存在缺陷，现有技术缺乏优化的致密填充粒径分布模型，提高混凝土固体颗粒填充密度基本靠经验性的不断试错，缺乏科学的方法作指导。

发明内容