[发明专利]一种基于骨架结构的高强、高透水混凝土配合比设计方法

说明书

本发明属于混凝土的技术领域，公开了一种基于骨架结构的高强、高透水混凝土配合比设计方法。方法：1)确定混凝土抗压强度及透水系数的目标值；2)依据抗压强度，设定基体强度、接触区浆体总面积；3)依据透水系数和接触区浆体总面积，计算接触点数目，确定骨料平均粒径并修正接触点数目；4)根据接触区浆体总面积与修正接触点数目，计算接触区浆体平均面积，再根据浆体包裹层厚度、骨料平均粒径确定骨料间浆体厚度并计算浆体/骨料比；5)调控水泥浆体组成，使浆体实际强度≥设定基体强度；6)依据浆体/骨料比、骨料粒径和水泥浆体组成，得混凝土配比。本发明的方法能高效、快速地设计满足性能需求的混凝土，实现混凝土性能的可控设计。

技术领域

本发明属于建筑材料的技术领域，具体涉及一种基于骨架结构的高强、高透水混凝土配合比设计方法。

背景技术

随着城镇化进程不断推进，基础设施逐年增加，逐渐削弱了城市地表的渗透能力，导致城市内涝、热岛效应等城市环境问题日趋严峻。为此，国家提出了“海绵城市”的构想，以期提升城市抵御内涝等自然灾害的能力，同时实现雨水资源合理利用。作为“海绵城市”建设用关键材料，透水混凝土由骨料、胶凝材料、水、外加剂等原材料拌合而成，具有良好的透水、透气性能，被认为是传统不透水路面铺装材料的理想替代者。

透水混凝土的结构可视为骨料通过表面包裹的浆体相互粘接而形成的网络结构，骨料以“点接触”的方式通过浆体相互粘接，因而透水混凝土的骨架结构可以认为是由多个接触点构成的，接触点数目、接触点处骨料间的粘接宽度(接触区宽度)、骨料间浆体厚度以及基体(硬化水泥浆体)强度共同决定了透水混凝土的力学和透水性能。相较于骨料，基体的强度和界面的强度普遍较低，导致透水混凝土破坏通常始于基体或骨料-基体界面处，因而通过优化浆体组成提升基体及界面强度，可有效提升透水混凝土的力学性能；其次，单位体积透水混凝土中接触点(承受荷载的结构单元)数目主要取决于骨料粒级，影响着透水混凝土内部的应力分布，并且间接影响着孔隙大小等参数，可见接触点数目的选择对透水混凝土性能的影响至关重要；此外，接触区宽度、骨料间浆体厚度直接反映了骨料间浆体的有效粘接面积，同样显著影响着透水混凝土的力学、透水性能。

在工程应用过程中，现有配合比设计方法多关注原材料种类与用量，依据经验设计透水混凝土配合比，往往需要进行大量试配试验。虽然一些研究指出在配合比设计过程中应着重关注透水混凝土的骨架结构，但尚未建立起骨架结构与力学、透水性能间的量化关系，难以按照性能需求有效设计透水混凝土配比。目前，透水混凝土力学性能普遍较差(＜30MPa)且难以兼顾透水性能，很大程度上限制了这种材料的广泛应用，而其根本原因在于配合比设计过程缺乏理论指导。由此可见，阐明透水混凝土骨架结构与性能之间的关系，并据此合理选择浆体组成、骨料粒径以及浆体/骨料比例，方能实现透水混凝土性能的可控设计，配制性能满足要求的高强、高透水混凝土。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提出一种基于骨架结构的高强、高透水混凝土配合比设计方法，以期简化透水混凝土配合比设计过程、提高设计效率，为透水混凝土的设计和性能预测提供理论依据。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于骨架结构的高强、高透水混凝土配合比设计方法，包括以下步骤：

第一步：确定透水混凝土28d抗压强度F_C-28及透水系数k₁₅的目标值；