C50輕集料混凝土配合比課程設(shè)計電子教案

C50輕集料混凝土配合比課程設(shè)計LC50輕集料砼1.輕集料砼概述1.1定義我國輕集料混凝土技術(shù)規(guī)程(JGJ-51-2002)規(guī)定，輕集料混凝土是指用輕粗骨料、輕砂(或普通砂)、水泥、和水配制而成的表觀密度不大于1950kg/m3的混凝土。輕骨料混凝土按其輕粗集料的種類可分為：天然輕集料混凝土、工業(yè)廢料輕集料混凝土和人造輕集料混凝土三大類。按用途可分為:保溫輕集料混凝土、結(jié)構(gòu)保溫輕集料混凝土、結(jié)構(gòu)輕集料混凝土[1]。輕骨料混凝土具有密度較小、相對強度高以及保溫、抗凍性能好等優(yōu)點，降低結(jié)構(gòu)自重，具有技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢。1.2研究現(xiàn)狀澳大利亞新南威爾士大學(xué)OKayali和MNHaque（1999）對LC60級輕骨料混凝土進行試驗研究發(fā)現(xiàn)[2]，其彈性模量為21GPa，長期干燥收縮值約為普通混凝土的2倍，干燥收縮率100d齡期內(nèi)保持不變，而普通混凝土56d齡期后收縮率明顯減慢。巴西圣保羅大學(xué)MarcosV.CAgnesini和JoaoARossignolo（2002[3]，2004[4]）研究了LC30~LC50級苯乙烯-丁二烯橡膠（SBR）改性輕骨料的混凝土的性能，發(fā)現(xiàn)SBR乳液降低了輕骨料混凝土的吸水率，提高了其拉伸強度、彎曲強度、抗化學(xué)侵蝕性和耐腐蝕性。澳大利亞新南威爾士大學(xué)OKayali和M.NHaque（2003）研究了聚丙烯纖維和鋼纖維對燒結(jié)粉煤灰輕骨料混凝土的增強效果[5]，分析聚丙烯纖維和鋼纖維對輕骨料混凝土抗壓強度、抗拉強度、斷裂指數(shù)、彈性模量、應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和壓縮韌性的影響。加入0.56%（體積分?jǐn)?shù)）聚丙烯纖維的輕骨料混凝土，相比普通燒結(jié)粉煤灰輕骨料混凝土，其拉伸強度提高20%，斷裂指數(shù)增加90%。摻入1.7%（體積分?jǐn)?shù)）鋼纖維的輕骨料混凝土，其拉伸強度提高了約118%，斷裂指數(shù)增加了約80%。土耳其阿塔圖爾克大學(xué)OguzAkinDuzgun和RustemGul（2005）研究了鋼纖維對浮石骨料混凝土的力學(xué)性能效果[6]，試驗結(jié)果表明，隨著鋼纖維摻量的增加，浮石骨料混凝土抗壓強度、劈裂抗拉強度和抗彎強度都有所提高，當(dāng)鋼纖維體積率是2.5%時，三者分別提高了8.5%，21.1%，61.2%。土耳其EskiehirOsmangazi大學(xué)ilkerBekirTopcu和Anadolu大學(xué)BurakIs覦kdag（2008）研究了膨脹珍珠巖輕骨料混凝土的性能[7]，用膨脹珍-1-LC50輕集料砼珠巖替代粗骨料的比例為0、15%，30%，45%和60%；制備出抗壓強度為20~30MPa的輕骨料混凝土。澳大利亞國防軍學(xué)院OKayali（2008）制備出粉煤灰輕骨料混凝土，其密度比普通混凝土輕22%，強度提高20%左右，干燥收縮率減少33%，具有較好的耐久性能；此外，該輕骨料混凝土在不降低強度的情況下，可以減少20%的水泥用量[8]。印度馬德拉斯技術(shù)學(xué)院KRamamurthy和EKKunhanandanNambiar（2009）研究了泡沫輕骨料混凝土組成材料、配合比和生產(chǎn)方式，開發(fā)出性價比高的發(fā)泡劑和泡沫發(fā)生器，研究了發(fā)泡劑和化學(xué)外加劑、纖維、輕骨料和鋼筋之間的相容性[9]。土耳其伊斯坦布爾技術(shù)大學(xué)OzkanSengul和SenemAzizi（2011）研究了膨脹珍珠巖對輕骨料混凝土的機械性能和熱導(dǎo)率的影響[10]，試驗結(jié)果表明：隨著珍珠巖摻量的增加，混凝土的抗壓強度和彈性模量隨之減小，而吸水率和吸著力系數(shù)隨之增加，熱導(dǎo)率顯著提高。美國密歇根州立大學(xué)NicolasAliLibre和MohammadShekarchi（2011）為了改善浮石輕骨料混凝土的力學(xué)性能和延性性能，在混凝土中加入了鋼纖維和聚丙烯纖維，研究了該混凝土的容重、和易性、抗壓強度、抗拉強度和韌性，測試了九個不同體積分?jǐn)?shù)的鋼纖維和聚丙烯纖維的混凝土試塊的相關(guān)性能。試驗表明：鋼纖維和聚丙烯纖維使混凝土的抗壓強度、抗拉強度和韌性得到提高，密度降低[11]。伊朗伊斯法罕科技大學(xué)MaryamMortazavi和MojtabaMajlessi（2012）研究了硅粉對輕骨料混凝土的影響[12]，測試結(jié)果表明：硅粉能夠大幅度地提高輕骨料混凝土的抗壓強度，但硅粉摻量較高時，混凝土強度增加的速率則減慢。沙特阿拉伯達曼大學(xué)IARAl-Hashmi和SAhmad（2013）采用粉煤灰和膨潤土制成陶粒，配制成輕骨料混凝土，研究表明：粉煤灰陶粒能降低混凝土的密度，隨著粉煤灰陶粒摻量的增加，混凝土拌合物的和易性降低[13]。1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀清華大學(xué)丁建彤和王賢磊等（2002）試驗結(jié)果表明[14]，鋼纖維可明顯提高輕骨料混凝土的劈裂抗拉性能；鋼纖維對拉壓比和折壓比隨基體抗壓強度的增加而-2-LC50輕集料砼下降的趨勢基本無影響，但在同樣的基體強度等級下，鋼纖維可以顯著提高輕骨料混凝土的拉壓比和折壓比，可稍微減小輕骨料混凝土的后期收縮。清華大學(xué)宋培晶和丁建彤等（2004）采用低吸水率（2.5%）的輕骨料制備出抗壓強度為55~65MPa的輕骨料混凝土[15]，測出其180d齡期時的收縮率值范圍是5.2×10-4~7.7×10，該收縮率統(tǒng)計值比JGJ51-2002規(guī)程的限值大0.7×10-4~2.8×10。東南大學(xué)高建明和南京工程學(xué)院董祥（2005）研究了鋼纖維和有機合成纖維對輕骨料混凝土的增強增韌效果[16]-4-4，結(jié)果表明：摻入鋼纖維具有較好的增強增韌效果、彎曲韌度系數(shù)最高可提高14倍，但表觀密度相應(yīng)增大；摻入有機合成纖維可以在不增加輕骨料混凝土表觀密度、保證其高強度的基礎(chǔ)上，有效地改善輕骨料混凝土的韌性。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)霍俊芳和內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)申向東（2008）利用浮石輕骨料、鋼纖維、聚丙烯纖維及硅灰配制纖維輕骨料混凝土，研究在水中凍融作用及硫酸鈉溶液中凍融作用下纖維輕骨料混凝土的抗凍耐久性能[17]，研究表明：輕骨料混凝土在硫酸鈉溶液中凍融損傷明顯大于水凍環(huán)境；摻入兩種纖維后，輕骨料混凝土的強度損失率降低，而摻有粉煤灰和硅灰的纖維輕骨料混凝土的強度損失率和質(zhì)量損失率均顯著降低。解放軍理工大學(xué)嚴(yán)少華和郭志昆（2008）采用SHPB（splitHopkinsonpressurebar）裝置，對聚丙烯纖維增強輕骨料混凝土進行了沖擊試驗[18]，得到了60~110s-1應(yīng)變速率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，分析了該材料力學(xué)性能指標(biāo)與應(yīng)變速率的關(guān)系，對其靜力與動力狀態(tài)下的性能作了比較。試驗結(jié)果表明，聚丙烯纖維增強輕骨料混凝土是良好的抗沖擊材料?？倕⒐こ瘫谒脑O(shè)計研究院吳平安和劉宜平等（2010）對混雜纖維輕骨料混凝土進行了沖擊試驗[19]，研究該材料受一次、重復(fù)多次沖擊后的破壞現(xiàn)象和受力特點。結(jié)果表明：混雜纖維輕骨料混凝土是一種應(yīng)變速率敏感材料，其應(yīng)變速率效應(yīng)高于普通混凝土。福州大學(xué)梁詠寧和陳永波等（2011）對不同類型陶粒輕骨料混凝土試驗研究表明[20]：陶粒經(jīng)過預(yù)濕處理后，吸水率大的陶粒在陶?；炷林械姆邓芰Ρ任市〉奶樟?；普通混凝土的有效水灰比和內(nèi)部相對濕度最小，吸水率小的陶粒輕骨料混凝土居中，吸水率大的陶粒輕骨料混凝土最大；對于經(jīng)過24h預(yù)濕-3-LC50輕集料砼處理的粗骨料，在水泥石中孔徑小于50hm的累計孔徑方面，吸水率大的陶粒輕骨料混凝土最小，吸水率小的陶粒輕骨料混凝土居中，普通混凝土最大；混凝土自收縮是有效水灰比和粗骨料約束程度共同作用的結(jié)果，吸水率大的陶粒輕骨料混凝土自收縮最小，普通混凝土的居中，吸水率小的陶粒輕骨料混凝土自收縮最大。沈陽建筑大學(xué)徐長偉和張陽等（2012）研究不同種類礦物摻合料單摻、復(fù)摻時，摻合料摻量對輕骨料混凝土力學(xué)性能及均質(zhì)性的影響[21]，結(jié)果表明：單摻時，在30%摻量范圍內(nèi)，隨著礦渣粉摻量的增加，輕骨料混凝土拌合物的黏聚性增強，拌合物流動性變好，早期和后期強度增加；在20%摻量范圍內(nèi)，隨著粉煤灰摻量的增加，輕骨料混凝土拌合物的流動性變好，泌水減小，拌合物均質(zhì)性變好；當(dāng)粉煤灰和礦渣粉摻量均為10%時，復(fù)合摻加礦渣粉和粉煤灰對配制大流動性高強輕骨料混凝土效果理想，抗離析性優(yōu)異。長沙理工大學(xué)高英力和程領(lǐng)等（2012）采用碳化試驗和干燥收縮試驗相結(jié)合，研究了輕骨料混凝土在碳化作用下的干縮變形發(fā)展規(guī)律及其影響因素[22]。結(jié)果表明：加速碳化作用下，輕骨料混凝土的干縮變形顯著增長，而隨著礦物摻合料的摻入，干縮率得到一定程度的抑制，其中摻超細(xì)粉煤灰輕骨料混凝土碳化干縮率最??；骨料預(yù)濕完全條件下輕骨料混凝土水膠比越大，碳化干縮變形越大；輕骨料混凝土在高濃度CO2加速碳化作用下干縮變形顯著高于自然碳化混凝土；而在相對濕度50%條件下碳化時，其干縮率要大于其他濕度條件下的試樣。河南工業(yè)大學(xué)靜行和龐瑞（2013）研究了橡膠改性輕骨料混凝土的強度、耐磨性、干縮性等指標(biāo)，并考慮了羧基丁苯聚合物對橡膠顆粒改性效果的影響[23]，結(jié)果表明：橡膠改性輕骨料混凝土的強度降低較多，干縮率增大，但韌性、密實性、界面黏結(jié)強度、密實度、耐磨性均獲提高。1.3技術(shù)路徑1.3.1傳荷路徑在荷載作用下，輕骨料混凝土與普通混凝土的荷載傳遞路徑明顯不同，其主要原因在于粗骨料。普通混凝土是網(wǎng)狀的水泥砂漿包圍著較高強度的粗骨料，界面成為構(gòu)造的薄弱部位；而輕骨料混凝土恰好相反，水泥砂漿包圍著相對較低強度的輕骨料，薄弱部位從界面轉(zhuǎn)移為輕骨料本身。-4-LC50輕集料砼在普通混凝土中，粗骨料的強度超過骨料-砂漿界面的強度，裂縫延伸過程中遇到粗骨料時，將繞過其周界繼續(xù)在水泥砂漿內(nèi)發(fā)展，粗骨料有阻滯裂縫發(fā)展的作用。混凝土的破壞發(fā)生在水泥砂漿內(nèi)，而粗骨料一般保持完整。輕骨料混凝土受力后，粗骨料的受力較小，水泥砂漿受力較大，形成近似于以骨料作填充、以水泥砂漿作骨架的受力模型。此外，輕骨料顆粒的表面粗糙，與水泥砂漿的黏結(jié)良好。因此，當(dāng)水泥砂漿中出現(xiàn)裂縫后，輕骨料難以阻滯裂縫的開展，裂縫將穿過粗骨料延伸。1.3.2技術(shù)性能1.3.2.1一般規(guī)定1）輕骨料混凝土的強度等級應(yīng)按立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值確定。2）輕骨料混凝土的強度等級應(yīng)劃分為：LC5.0；LC7.5；LC10；LC15；LC20；LC25；LC30；LC35；LC40；LC45；LC50；IC55；LC60。3）輕骨料混凝土按其干表觀密度可分為十四個等級（表1.1）。某一密度等級輕骨料混凝土的密度標(biāo)準(zhǔn)值，可取該密度等級干表觀密度變化范圍的上限值表1.1輕骨料混凝土密度等級4）輕骨料混凝土根據(jù)其用途可按表1.2分為三大類。表1.2輕骨料混凝土按用途分類-5-LC50輕集料砼1.3.2.2技術(shù)性能1）結(jié)構(gòu)輕骨料混凝土的強度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按表1.3采用。表1.3結(jié)構(gòu)輕骨料混凝土的強度標(biāo)準(zhǔn)值（Mpa）2）結(jié)構(gòu)輕骨料混凝土彈性模量應(yīng)通過試驗確定。在缺乏試驗資料時，可按表1.4取值。表1.42輕骨料混凝土的彈性模量ELC（×10Mpa）-6-LC50輕集料砼3）結(jié)構(gòu)用砂輕混凝土的收縮值可按下列公式計算，且計算后取值和實測值不應(yīng)大于表1.6的規(guī)定值。表1.5收縮值與徐變系數(shù)的修正系數(shù)-7-LC50輕集料砼表1.6不同齡期的收縮值4）結(jié)構(gòu)用砂輕混凝土的徐變系數(shù)可按下列公式計算，且計算后取值和實測值不應(yīng)大于表1.7的規(guī)定值。-8-LC50輕集料砼表1.7不同齡期的徐變系數(shù)5）輕骨料混凝土的泊松比可取0.2。6）輕骨料混凝土溫度線膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度為0～100oC范圍時可取7×10/oC～10×10/oC。低密度等級者可取下限值，高密度等級者可取上限值。7）輕骨料混凝土在干燥條件下和在平衡含水率條件下的各種熱物理系數(shù)應(yīng)符合表1.8的要求。表1.8輕骨料混凝土的各種熱物理系數(shù)-6-6-9-LC50輕集料砼8）輕骨料混凝土不同使用條件的抗凍性應(yīng)符合表1.9的要求。表1.9不同使用條件的抗凍性9）結(jié)構(gòu)用砂輕混凝土的抗碳化耐久性應(yīng)按快速碳化標(biāo)準(zhǔn)試驗方法檢驗，其28d的碳化深度值應(yīng)符合表1.10的要求。表1.10砂輕混凝土的碳化深度值-10-LC50輕集料砼10）結(jié)構(gòu)用砂輕混凝土的抗?jié)B性應(yīng)滿足工程設(shè)計抗?jié)B等級和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。11）次輕混凝土的強度標(biāo)準(zhǔn)值、彈性模量、收縮、徐變等有關(guān)性能，應(yīng)通過試驗確定。2.設(shè)計目標(biāo)設(shè)計配制全輕骨料混凝土預(yù)制構(gòu)件，其輕粗骨料為圓球型，混凝土強度為LC50，干表觀密度為1600kg/m3，坍落度為80mm。3.原材料及性能3.1水泥P.I42.5，此等級水泥的技術(shù)指標(biāo)見表3.1。表3.1P.I42.5技術(shù)指標(biāo)-11-LC50輕集料砼3.2輕骨料輕骨料混凝土所用輕骨料應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《輕集料及其試驗方法第1部分：輕集料》（GB/T17431-1）和《膨脹珍珠巖》（JC209）的要求；膨脹珍珠巖的堆積密度應(yīng)大于80kg/m3。依據(jù)GB/T17431-1規(guī)程選取輕粗集料為密度等級為800的粘土陶粒，最大粒徑不大于19mm，其性能見表3.1。表3.1粘土陶粒物理力學(xué)性能輕細(xì)集料選擇細(xì)骨料:球型破碎細(xì)骨料Mx=3.6%,ρ1s=842kg/m3。3.3拌合用水混凝土拌和用水應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《混凝土拌和用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ63）的要求。本配合比采用自來水。3.4減水劑本設(shè)計根據(jù)《混凝土外加劑》（GB8076-2008）中表1“受檢混凝土性能指標(biāo)”選擇標(biāo)準(zhǔn)型萘系高效減水劑（HWR-S），減水率18%。3.5礦物摻和料本設(shè)計粉煤灰選取按照《用于水泥和混凝土的粉煤灰》（GB8076）、《混凝土外加劑》(GB8076)相關(guān)規(guī)定執(zhí)行?？筛鶕?jù)表3.5選擇Ⅰ級粉煤灰：表3.5Ⅰ級粉煤灰參數(shù)要求：-12-LC50輕集料砼4.配合比設(shè)計本配合比設(shè)計依據(jù)《JGJ51-2002輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》采用松散體積法進行配合比計算。配合比計算中粗細(xì)骨料用量均應(yīng)以干燥狀態(tài)為基準(zhǔn)。4.1試配強度依據(jù)《JGJ51-2002輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》，全輕混凝土試配強度由式4-1確定：（4-1）標(biāo)準(zhǔn)差σ按表4.1取值：表4.1輕集料混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)差取值標(biāo)準(zhǔn)本配合比配制強度等級為C50，標(biāo)準(zhǔn)差σ取6.0，故試配強度為：fcu,0≥50+1.645×6.0=59.87MPa4.2水泥用量水泥用量應(yīng)符合表4.2相關(guān)規(guī)定：表4.2選用輕集料混凝土水泥用量/（kg/m3）注：表中的水泥用量下限值適用于圓球型(如粉煤灰陶粒、粘土陶粒等)，普通型(如頁巖陶-13-LC50輕集料砼粒、膨脹珍珠巖陶粒)的粗集料，上限值適用于碎石型(如浮石、膨脹礦渣等)的粗集料，采用輕砂時，水泥用量宜采用表中的上限值；輕集料混凝土的最大水泥用量不宜超過550Kg/m3，最小水泥用量不得低于200kg/m3。故選擇水泥用量為：mc=550kg/m34.3松散體積砂率松散體積砂率由表4.3選?。罕?.3輕骨料混凝土的砂率本配合比設(shè)計全輕混凝土預(yù)制構(gòu)件，故砂率選擇：Sp=35%4.4每立方米混凝土粗細(xì)骨料用量粗細(xì)集料總體積由表4.4確定：表4.4粗細(xì)集料總體積本配合比輕粗骨料粒型為圓球型，細(xì)骨料品種為圓球型輕砂，故選擇粗細(xì)骨料總體積為：Vt=1.30m3-14-LC50輕集料砼按下列公式計算每立方米混凝土的粗細(xì)骨料用量：其中Sp=35%，Vt=1.30m3，ρ1a=720kg/m3,ρ1s=842kg/m3,故每立方米粗細(xì)骨料用量分別為：ms=383.11kgma=608.4kg4.5總用水量總用水量由凈用水量和附加水量組成。4.5.1凈用水量由表4.5.1確定：表4.5.1輕骨料混凝土的凈用水量-15-LC50輕集料砼結(jié)合上表選擇凈用水量為：mwn=165kg/m34.5.2附加水量附加水量由表4.5.2計算：表4.5.2附加水量的計算本配合比粗骨料不預(yù)濕，細(xì)骨料為輕砂，故附加水量為：mwa=ma*ωa+ms*ωs=44.82kg/m3總用水量由下式計算：-16-LC50輕集料砼故總用水量為：mwt=209.82kg/m4.6干表觀密度混凝土干表觀密度按下式計算：3本次配合比干表觀密度為：ρcd=1612.51kg/m3和設(shè)計混凝土配合比相差0.78%，小于2.0%，符合規(guī)范要求。因此，通過松散體積法設(shè)計的1600級LC50輕集料混凝土基準(zhǔn)配合比如表4.6所示:表4.61600級LC50輕集料混凝土基準(zhǔn)配合比（kg/m）3即W∶C∶S∶G=209.82∶540∶383.11∶608.4參考文獻[1]《JGJ51-2002輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程附條文說明》北京，中華人民共和國建設(shè)部，2002.[2]KAYALIO，HAQUEMN，ZHUB.Dryingshrinkageoffibre-rein－forcedlightweightaggregateconcretecontainingflyash[J].CementandConcreteResearch，1999，29（11）：1835-1840.[3]AGNESINIMVC，ROSSIGNOLOJA.Mechanicalpropertiesof-17-LC50輕集料砼polymer-modifiedlightweightaggregateconcrete[J].CementandConcreteResearch，2002，32（3）：329-334.[4]AGNESINIMVC，ROSSIGNOLOJA.Durabilityofpolymer-mod－ifiedlightweightaggregateconcrete[J].CementandConcreteCom－posites，2004，26（4）：375-380.[5]KAYALIO，HAQUEMN，ZHUB.Somecharacteristicsofhighstrengthfiberreinforcedlightweightaggregateconcrete[J].CementandConcreteComposites，2003，25（2）：207-213.[6]DUZGUNOA，etal.Effectofsteelfibersonthemechanicalprop－ertiesofnaturallightweightaggregateconcrete[J].MaterialsLetters，2005，59（27）：3357-3363.[7]TOPCUIB，BurakIskdag.Effectofexpandedperliteaggregateonthepropertiesoflightweightconcrete[J].JournalofMaterialsProcess－ingTechnology，2008，204（1）：34-38.[8]KAYALIO.Flyashlightweightaggregatesinhighperformanceconcrete[J].ConstructionandBuildingMaterials，2008，22（12）：2393-2399.[9]RAMAMURTHYK，etal.Aclassificationofstudiesonpropertiesoffoamconcrete[J].CementandConcreteComposites，2009，31（6）：388-396.[10]OzkanSengul，SenemAzizi，F(xiàn)ilizKaraosmanoglu.Effectofexpandedperliteonthemechanicalpropertiesandthermalconductivityoflightweightconcrete[J].EnergyandBuildings，2011，43（2）：671-676.[11]NicolasAliLibre，MohammadShekarchi，MehrdadMahoutian.Me－chanicalpropertiesofhybridfiberreinforcedlightweightaggregateconcretemadewithnaturalpumice[J].ConstructionandBuildingMaterials，2011，25（5）：2458-2464.[12]MaryamMortazavi，MojtabaMajlessi.Evaluationofsilicafumeef－fectoncompressivestrengthofstructurallightweightconcretecontainingLECAaslightweightaggregate[J].AdvancedMaterialsResearch，2012，26（2）：344-3