[发明专利]一种多因素参数法优化超高性能混凝土的方法

说明书

本发明公开了一种多因素参数法优化超高性能混凝土的方法，其目的在于克服材料混合比的不确定性对超高性能混凝土生产工艺及质量带来的不良影响，以达到产品的最佳性能。本发明在超高性能混凝土配制过程中，通过优化颗粒级配、确定最佳含水量和最优钢纤维含量、控制混合浆的粘稠度在合理的范围内等措施能有效地提高超高性能混凝土的强度和抗渗性。

技术领域

本发明涉及一种多因素参数法优化超高性能混凝土的方法，在超高性能混凝土配制过程中，优化颗粒级配、确定最佳含水量和最优钢纤维含量、控制混合浆的粘稠度在合理的范围内等措施能有效地提高超高性能混凝土的强度和抗渗性。

背景技术

超高性能混凝土是一种水泥基复合材料，以其显著的力学性能和卓越的耐久性在大跨度桥梁工程、超高层建筑、国防工程、海洋工程以及土木加固等领域具有广泛的应用前景。但是，目前生产的超高性能混凝土缺乏相关规范的指导，其材料混合的比例随意性较强，容易导致超高性能混凝土难以达到最佳的性能。

目前，国内外提出许多理论模型用来优化颗粒级配，但这些理论都是基于干燥条件，而超高性能混凝土是在流态或半流态的状态下拌制的，导致实际拌制的混合浆与理论设计模型有很大不同。最佳含水量是影响超高性能混凝土的密度、致密性和力学性能的关键因素之一，确定其在水泥浆混合物的值成为重要的技术指标。另外，混合浆的粘稠度和钢纤维的含量也是极大影响着超高性能混凝土的强度和抗渗性。

因此，如果以一种合理的非干燥态混合设计方法拌制水泥浆混合物，并考虑最佳含水量、最优纤维含量和合理的粘稠度等多种因素，将为超高性能混凝土的推广应用提供有效的技术保障，并填补国内生产工艺的技术空白。

发明内容

本发明的目的是克服材料混合比的不确定性对超高性能混凝土生产工艺及质量带来的不良影响，以达到产品的最佳性能。

本发明提出的设计超高性能混凝土的方法，其使用的材料包括：普通硅酸盐水泥、硅粉、石灰石粉、砂子、减水剂、水和钢纤维。

使用以下公式所示的模型来优化超高性能混凝土的材料骨架，并进一步计算水泥、硅粉、石灰石粉和砂子的配合比。

式中，D为颗粒直径，P(D)为小于D的颗粒分数，D_min和D_max分别为颗粒的最小和最大直径，q为分布模量。

说明书附图1显示了超高性能混凝土的骨料、混合物、目标曲线的粒度分布。

对于超高性能混凝土复合材料，随着含水量的增加，其密度呈现先增加后减小的趋势，最大密度所对应的含水量称之为最优含水量。最大含水量和最大密度是影响超高性能混凝土强度、抗渗性等性能的重要因素。采用如下步骤确定最佳含水量。

1) 预设一个水灰比，然后确定所需的水、水泥、硅粉、石灰石粉、砂子和减水剂的质量，放入不同的容器中备用；

2) 将水泥、硅粉、石灰石粉加入搅拌机中低速预搅60秒，然后将砂子加入搅拌机中低速搅拌60秒；

3) 将水和减水剂均匀缓慢倒入并搅拌至糊状，然后低速搅拌180秒；

4) 将糊状物倒入220毫升的圆柱形容器中，振动30次使其密实，然后称重；

5) 逐渐降低水灰比，重复步骤(1)到(4)，直到达到最大质量。通过下面公式计算最大密度。