[发明专利]一种含粗骨料超高性能纤维增强混凝土的设计方法

权利要求书

1.一种含粗骨料超高性能纤维增强混凝土的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定原材料固体组分水泥、石英砂、钢纤维、掺和料以及粗骨料类型；

选取混凝土的两个性能指标S和P，确定影响S和P的两个关键因素，利用两因素两水平的中心组合点试验设计方法设计多个实验组；

将各实验组的两个关键因素代入颗粒紧密堆积理论模型方程，得到多组初始配合比；

按不同初始配合比制备混凝土，并测试性能指标S和P；分别建立S和P与两个关键因素的多项式回归方程；

对两个多项式回归方程联合求解，得到两个关键因素的优选值；

将两个关键因素的优选值代入颗粒紧密堆积理论模型方程，确定原材料中各固体组分的比例为基本配合比；

在基本配合比条件下，添加不同量的黏度改性材料，制备不同黏度的混凝土；

分别向不同黏度的混凝土中加入固定量的钢纤维，测试混凝土的性能指标S和P；根据测试结果优选出S和P均满足性能要求的混凝土。

2.根据权利要求1所述的含粗骨料超高性能纤维增强混凝土的设计方法，其特征在于：所述固体组分中，水泥为强度等级在42.5以上的普通硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥；石英砂为20～70目连续级配的石英砂，其二氧化硅含量≥90％；钢纤维为抗拉强度≥1900MPa的镀铜钢纤维；掺和料包括硅灰、微珠、偏高岭土以及矿粉；粗骨料为玄武岩骨料。

3.根据权利要求1所述的含粗骨料超高性能纤维增强混凝土的设计方法，其特征在于：所述颗粒紧密堆积理论模型方程为：

其中，D_i代表颗粒的粒径；P(D_i)代表小于D_i的颗粒累积分数(％)；D_max代表颗粒的最大粒径；D_min代表颗粒的最小粒径；q代表紧密堆积系数；i为自然数。

4.根据权利要求1所述的含粗骨料超高性能纤维增强混凝土的设计方法，其特征在于：所述性能指标S为初始流动度或弹性模量，所述性能指标P为抗压强度、抗折强度或抗拉强度。

5.根据权利要求4所述的含粗骨料超高性能纤维增强混凝土的设计方法，其特征在于：影响性能指标S和P的关键因素为堆积系数q和粗骨料最大粒径D。

6.根据权利要求1所述的含粗骨料超高性能纤维增强混凝土的设计方法，其特征在于：所述多项式回归方程为二阶多项式模型，二阶多项式模型的数学表达式为：

其中，Y代表性能目标值，β₀、β_i、β_ii依次为偏移项、线性偏移以及二阶偏移系数，β_ij代表交互作用的系数，x_i、x_j均代表各因素水平值，i、j、k均为自然数。

7.根据权利要求1所述的含粗骨料超高性能纤维增强混凝土的设计方法，其特征在于：所述黏度改性材料包括增黏成分和降黏成分，所述增黏成分为偏高岭土，所述降黏成分为降黏外加剂。

8.根据权利要求1所述的含粗骨料超高性能纤维增强混凝土的设计方法，其特征在于：在基本配合比条件下，添加不同量的黏度改性材料，制备黏度范围为30～60Pa·s的混凝土。

9.根据权利要求1所述的含粗骨料超高性能纤维增强混凝土的设计方法，其特征在于：分别向不同黏度的混凝土中加入体积掺量为2％的钢纤维，测试混凝土的性能指标S和P。