[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

说明书

本发明涉及一种含粗骨料超高性能纤维增强混凝土的设计方法，先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；再选取两个性能指标S和P以及两个关键因素，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，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，联合求解，得到两个关键因素的优选值；将优选值代入颗粒紧密堆积理论模型方程，确定基本配合比；在基本配合比条件下，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，优选出满足性能要求的混凝土。

技术领域

本发明属于工程材料领域，具体涉及一种含粗骨料超高性能纤维增强混凝土的设计方法。

背景技术

超高性能纤维增强混凝土是一种结合了高性能混凝土基体和纤维增强材料性能的新型建筑材料，其性能上表现为超高的力学性能和优异的耐久性能。

超高性能纤维增强混凝土一经问世便引起广泛关注，优异的性能决定了其在增强建筑结构力学稳定性、延长结构服役寿命、降低建筑全周期成本和能耗方面具有独特优势。超高性能纤维增强混凝土超高的韧性可以满足桥面铺装对混凝土抗拉强度的要求，与正交异性板钢桥面结合形成的组合桥面可以显著提高桥面刚度，降低正交异性板的应力幅，提高钢桥面板疲劳寿命，一举解决钢桥面铺装层损坏和钢桥面板疲劳开裂两大技术难题。

为了获得致密的内部结构，制备超高性能纤维增强混凝土时往往剔除粗骨料，采用颗粒最紧密堆积理论将细集料与超细粉体结合，从而实现性能的提升。含有粗骨料的超高性能纤维增强混凝土具有高弹性模量、低收缩以及低成本的特点，在工程应用领域同样具有广泛的应用空间，然而目前还没有制备含粗骨料的超高性能纤维增强混凝土的科学设计方法，制备还是以试验、经验为主，导致制备的粗骨料超高性能纤维增强混凝土表现出性能的相对多样性和不可控性。

发明内容

本发明实施例提供一种含粗骨料超高性能纤维增强混凝土的设计方法，以解决相关技术中缺少制备含粗骨料超高性能纤维增强混凝土的科学设计方法的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种含粗骨料超高性能纤维增强混凝土的设计方法，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及水泥、掺和料和石英砂的粒径参数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。

在上述技术方案的基础上，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，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。

在上述技术方案的基础上，颗粒紧密堆积理论模型方程为：