試驗設(shè)計方案

2012年“徐工杯”第三屆全國混凝土設(shè)計大賽設(shè)

計

方

案參賽隊伍： 北方工業(yè)大學(xué)1隊 參賽單位：北方工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院指導(dǎo)老師： 宋小軟何世欽2012-3-6目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、設(shè)計總說明 2\o"CurrentDocument"二、設(shè)計方案 3\o"CurrentDocument"1.方案構(gòu)思 3\o"CurrentDocument"1.1設(shè)計參數(shù)選擇 3\o"CurrentDocument"1.1.1試配強度 3\o"CurrentDocument"1.1.2水泥品種及強度等級 3\o"CurrentDocument"1.1.3水泥用量 4\o"CurrentDocument"1.1.4用水量 4\o"CurrentDocument"1.1.5砂率 4\o"CurrentDocument"1.1.6粗細集料總體積 5\o"CurrentDocument"1.2配合比的確定 5\o"CurrentDocument"2.方案篩選 7\o"CurrentDocument"3.方案確定 9\o"CurrentDocument"三、參考文獻 11\o"CurrentDocument"四、感謝 12、設(shè)計總說明本設(shè)計方案僅僅圍繞本次競賽的主題——“輕質(zhì)與高強：基于強度和容重的混凝土配合比設(shè)計”以及“以最低容重實現(xiàn)設(shè)計強度”的主旨展開設(shè)計和試驗以達到本次大賽的設(shè)計強度45MPa。本設(shè)計方案中配制輕集料混凝土的粗集料選用北京頁巖陶粒，堆積密度為670kg/m3；細集料選用普通河砂，堆積密度為1750kg/m3；水泥采用河北玉田縣京螺水泥廠生產(chǎn)的玉夢牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥；減水劑采用北京紅海鑫源科技有限公司生產(chǎn)的HDN-9高校減水劑。二、設(shè)計方案方案構(gòu)思1.1設(shè)計參數(shù)選擇設(shè)計輕集料混凝土配合比時，為使設(shè)計出的混凝土滿足強度、和易性、耐久性以及經(jīng)濟性等方面的要求，設(shè)計前應(yīng)充分了解其用途（保溫、結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)保溫）及使用條件，包括規(guī)定的最大容許容重和設(shè)計標(biāo)號，結(jié)構(gòu)配筋情況，施工條件以及構(gòu)件和工程的使用條件，原材料的性能、價格等。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)需要選取設(shè)計參數(shù)。設(shè)計參數(shù)包括：試配強度、水泥品種及強度、水泥用量、集料品種、顆粒級配、堆積密度、用水量或水灰比、砂率和粗細集料總體積等。設(shè)計參數(shù)的選擇是輕集料混凝土配合比設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。參數(shù)選擇得當(dāng)，可配制出符合設(shè)計性能指標(biāo)要求的混凝土，同時可降低成本。1.1.1試配強度基于本次比賽，設(shè)計強度應(yīng)達到45MPa。根據(jù)我國《輕集料混凝土技術(shù)規(guī)程》（JGJ51-2002）的規(guī)定，輕集料混凝土的試配強度要求具有95%的保證率，試配強度可按下式確定：fcu,o>cf,k+1-645*m ⑴1）fcu,o---輕集料混凝土的試配強度，MPa；fcu,k輕集料混凝土立方體抗壓強度標(biāo)注差（強度等級），MPa；m 輕集料混凝土強度標(biāo)注差，MPa。1.1.2水泥品種及強度等級配制輕集料混凝土所用水泥應(yīng)符合國家標(biāo)準《硅酸鹽水泥，普通硅酸鹽水泥》(GB175)和《礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥》(GB1344)的要求。若采用其他品種的水泥時，其性能指標(biāo)必須符合相應(yīng)標(biāo)準的要求。配制的混凝土強度越高，采用的水泥強度等級越高?；诒敬卧囼?5MPa的設(shè)計強度以及我校實驗室的材料品種，我們采用尤玉田縣京螺水泥廠生產(chǎn)的玉夢牌po42.5普通硅酸鹽水泥。1.1.3水泥用量水泥用量是影響輕集料混凝土強度與密度的主要因素之一，合理的水泥用量在使混凝土達到設(shè)計性能要求的同時，還能節(jié)約水泥，降低成本。由于輕集料強度較低，且具有不規(guī)則的表面特性，因此在達到與普通混凝土相同等級的情況下，配制輕集料混凝土的水泥用量一般高于普通混凝土。1.1.4用水量與普通集料不同，輕集料的吸水率較大，由于輕集料帶入混凝土中的水分是不可忽略的，因此，在設(shè)計輕集料混凝土用水量時，必須考慮輕集料的吸水性及其給水用量造成的影響。1.1.5砂率輕集料混凝土的的砂率通常以體積率來表示，即細集料的體積占集料總體積的百分比。輕集料混凝土的砂率又分為絕對體積砂率和松散體積砂率兩種，實際中都用松散體積率來表示。砂率影響輕集料混凝土的容重，新拌混凝土和易性、密實性等，進而影響到混凝土的強度和耐久性。輕集料混凝土的砂率范圍一般在30%~50%內(nèi)，在這個范圍內(nèi)，相對于強度而言，輕集料混凝土的砂率又一個最佳值。隨著砂率的增大，輕集料混凝土的強度和彈性模量有一定程度的提高，同時拌合物的和易性也有所改善，混凝土砂率增大會增加水泥石的密度，進而使砂漿和輕集料之間的密度差增加造成混泥土分層離析和不均勻性，降低混凝土的強度。1.1.6粗細集料總體積粗細集料總體積是指配制每一立方米輕集料混凝土所需的粗細集料松散體積的總和，是松散體積法設(shè)計輕集料混凝土配合比的一個重要參數(shù)。粗細集料總體積主要與粗集料的粒型、堆積密度，細集料的品種以及混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。1.2配合比的確定輕集料混凝土配合比設(shè)計方法有兩種：絕對體積法和松散體積法。砂輕混凝土配合比的設(shè)計適合采用絕對體積法，也可采用松散體積法；全輕混凝土的配合比設(shè)計適宜采用松散體積法。相比之下，松散體積法的設(shè)計過程更為簡便，應(yīng)用也比較普遍。在我國，實際過程中多用松散體積法進行輕集料混凝土配合比的設(shè)計。松散體積法以混凝土的干表觀密度為基準，即假定每立方米輕集料混凝土的干表觀密度為其各組成材料干燥狀態(tài)下質(zhì)量的總和，以此為基礎(chǔ)，通過計算和查表，求出各組材料的質(zhì)量及其總和，再經(jīng)過試驗調(diào)整，求出最總的配合比。以下為配合比設(shè)計的步驟：根據(jù)混凝土設(shè)計強度，選擇水泥品種和標(biāo)號。按式（1-1）計算混凝土的試配強度。

根據(jù)混凝土試配強度及所采用輕集料的堆積密度、粒型，選擇試配的水泥用量mc。c根據(jù)粗集料的粒型及細集料的品種，確定粗細集料的總體積。根據(jù)輕集料混凝土的用途及細集料的品種，選擇砂率Sp。根據(jù)所確定的粗細集料總體積（Vt）和竹p）,求出每立方米粗細集料用量。按體積計算：Vs=VtxSpVa=Vt－Vs按質(zhì)量計算：叫=按質(zhì)量計算：叫=VsPis式中Vs式中Vs、Va、ma=VaPiaVt——分別為細集料、粗集料和粗細集料的松散體積（m3）；msms、ma分別為細集料和粗集料的用量（婕）;Sp——松散型體積砂率（％）；Pis、Pia—分別為細集料和粗集料的堆積密度gm3）。根據(jù)輕集料混凝土拌合物的工作性要求，選擇混凝土的凈水用量mwn，同wnwt時根據(jù)實測的輕集料吸水率，計算出每立方米混凝土的總用水量mwtm=m+mwtwnwam=mWwa+mWwswaas式中：m式中：mwt每立方米輕集料混凝土的總用水量，kg；mwn 每立方米輕集料混凝土的凈用水量，kg；mwa 每立方米輕集料混凝土的附加用水量，kg；wa————Wwa——輕粗集料1h吸水率，%；Wws——輕細集料1h吸水率，％。根據(jù)計算求得的各組成材料的用量，驗算輕集料混凝土的干表觀密度（pcd）pcd=Ll5叫+叫+叫式中1.15 考慮到水泥水化后，因結(jié)合水而導(dǎo)致的水泥質(zhì)量增加系數(shù)。按照以上步驟和些許資料設(shè)計出以下五組試配階段試驗方案，每組分別做六個試塊，分別測其7天強度和28天強度。這五組試驗方案的配合比見表1.表1試配實驗方案（kg/m3）編號水灰比水泥水砂陶粒減水劑砂率粉煤灰水膠比10.3050015088068012.556.4%20.3550017588068012.556.4%30.4050020088068035g56.4%40.4550022588068020g56.4%5自密實3921737723638.1868%1530.32方案篩選由于比賽時間的緊迫，我們對五組試配方案分別測量7天抗壓強度，具體情況見表2。

表2實測7天強度和預(yù)測28天強度水灰比1230.3丿頁量2.041.961.977d強度37.733.439.928d強度5851.361.30.35丿頁量1.972.031.997d強度28.32929.528d強度43.544.645.40.4丿頁量1.982.082.017d強度36.133.132.728d強度55.550.950.30.45丿頁量2.02.01.987d強度27.527.626.228d強度42.342.540.3自密實丿頁量2.12.042.017d強度28.224.223.428d強度43.437.236根據(jù)實測的7天混凝土抗壓強度，以7天達到混凝土標(biāo)準強度的65%初略估算28天強度。在保證達到大賽設(shè)計強度的前提下，我們保留第三組設(shè)計方案?？紤]到自密實混凝土后期強度比較大將其保留。然后根據(jù)這五組反應(yīng)出的強度對減水劑的用量、水灰比做出調(diào)整。根據(jù)調(diào)整后的結(jié)果我們再次設(shè)計出五組方案，每組做9個試塊。其中3塊測量28天強度，其余六塊留作比賽。我們于3月2日對這五組進行澆注以滿足大賽組委會的要求。其具體配合比見表3。表3.3月2號試驗方案(kg/m3)編號水灰比水泥水砂陶粒減水劑砂率粉煤灰水膠比減水劑百分比10.40(1)5002008806802.9256.4%0.129%2自密實392173772363568%1530.320.269%30.325001608806806.6756.4%0.300%40.4(2)5002008806804.3356.4%0.192%50.435002158806801.6756.4%0.073%方案確定我們將于3月27日測定以上五組的抗壓強度。根據(jù)組委會的評分規(guī)則：抗壓強度權(quán)重系數(shù)35,分值計算公式為35X{1—|Qa—45)/45丨}Oa為3個試樣抗壓強度值的算術(shù)平均值，必須大于等于45MPa,小于等于65MPa,超出此范圍，抗壓強度分值與混凝土比強度分值均為0。混凝土比強度權(quán)重系數(shù)45,分值計算公式為45X{1+|(45/2400—Oa/Va)/(45/2400)|}Va為3個試樣容重的算術(shù)平均值。容重大于2400kg/m3沒分。試件偏差容重偏差：權(quán)重系數(shù)10,分值計算為10X{1—|(V1—Va)/Va|—|(V2—Va)/Va|}V1和V2分別為3個試樣中的容重最大和最小值。強度偏差：權(quán)重系數(shù)10,分值計算為10X{1—|(O1—0a)/aa|—|(o2—aa)/aa|}o1和a2分別為3個試樣中抗壓強度的最大和最小實測值。大賽爭議如在競賽過程中出現(xiàn)爭議,由競賽評審組與中國混凝土與水泥制品協(xié)會指定的代表組成的委員會裁決。該裁決是終局的,當(dāng)場生效。最終成績最終成績按總分高低排序,總分為各項分值之和。優(yōu)秀獎、創(chuàng)意獎,由評委根據(jù)參賽隊的混凝土配合比設(shè)計方案、試驗錄像和現(xiàn)場測試結(jié)果評出。擇優(yōu)選出一組作為我們的參賽作品。三、參考文獻1.胡曙光、王發(fā)洲《輕集料混凝土