試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

2012年“徐工杯”第三屆全國(guó)混凝土設(shè)計(jì)大賽設(shè)

計(jì)

方

案參賽隊(duì)伍： 北方工業(yè)大學(xué)1隊(duì) 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(jì)總說(shuō)明 2\o"CurrentDocument"二、設(shè)計(jì)方案 3\o"CurrentDocument"1.方案構(gòu)思 3\o"CurrentDocument"1.1設(shè)計(jì)參數(shù)選擇 3\o"CurrentDocument"1.1.1試配強(qiáng)度 3\o"CurrentDocument"1.1.2水泥品種及強(qiáng)度等級(jí) 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(xì)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(xiàn) 11\o"CurrentDocument"四、感謝 12、設(shè)計(jì)總說(shuō)明本設(shè)計(jì)方案僅僅圍繞本次競(jìng)賽的主題——“輕質(zhì)與高強(qiáng)：基于強(qiáng)度和容重的混凝土配合比設(shè)計(jì)”以及“以最低容重實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)強(qiáng)度”的主旨展開設(shè)計(jì)和試驗(yàn)以達(dá)到本次大賽的設(shè)計(jì)強(qiáng)度45MPa。本設(shè)計(jì)方案中配制輕集料混凝土的粗集料選用北京頁(yè)巖陶粒，堆積密度為670kg/m3；細(xì)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(mèng)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(jì)方案方案構(gòu)思1.1設(shè)計(jì)參數(shù)選擇設(shè)計(jì)輕集料混凝土配合比時(shí)，為使設(shè)計(jì)出的混凝土滿足強(qiáng)度、和易性、耐久性以及經(jīng)濟(jì)性等方面的要求，設(shè)計(jì)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(jì)標(biāo)號(hào)，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(jià)格等。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)需要選取設(shè)計(jì)參數(shù)。設(shè)計(jì)參數(shù)包括：試配強(qiáng)度、水泥品種及強(qiáng)度、水泥用量、集料品種、顆粒級(jí)配、堆積密度、用水量或水灰比、砂率和粗細(xì)集料總體積等。設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇是輕集料混凝土配合比設(shè)計(jì)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(jì)性能指標(biāo)要求的混凝土，同時(shí)可降低成本。1.1.1試配強(qiáng)度基于本次比賽，設(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到45MPa。根據(jù)我國(guó)《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(qiáng)度要求具有95%的保證率，試配強(qiáng)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(qiáng)度，MPa；fcu,k輕集料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)注差（強(qiáng)度等級(jí)），MPa；m 輕集料混凝土強(qiáng)度標(biāo)注差，MPa。1.1.2水泥品種及強(qiáng)度等級(jí)配制輕集料混凝土所用水泥應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《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(shí)，其性能指標(biāo)必須符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。配制的混凝土強(qiáng)度越高，采用的水泥強(qiáng)度等級(jí)越高。基于本次試驗(yàn)45MPa的設(shè)計(jì)強(qiáng)度以及我校實(shí)驗(yàn)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(mèng)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(qiáng)度與密度的主要因素之一，合理的水泥用量在使混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)性能要求的同時(shí)，還能節(jié)約水泥，降低成本。由于輕集料強(qiáng)度較低，且具有不規(guī)則的表面特性，因此在達(dá)到與普通混凝土相同等級(jí)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(jì)輕集料混凝土用水量時(shí)，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(lái)表示，即細(xì)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(duì)體積砂率和松散體積砂率兩種，實(shí)際中都用松散體積率來(lái)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(shí)性等，進(jìn)而影響到混凝土的強(qiáng)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(gè)范圍內(nèi)，相對(duì)于強(qiáng)度而言，輕集料混凝土的砂率又一個(gè)最佳值。隨著砂率的增大，輕集料混凝土的強(qiáng)度和彈性模量有一定程度的提高，同時(shí)拌合物的和易性也有所改善，混凝土砂率增大會(huì)增加水泥石的密度，進(jìn)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(qiáng)度。1.1.6粗細(xì)集料總體積粗細(xì)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(xì)集料松散體積的總和，是松散體積法設(shè)計(jì)輕集料混凝土配合比的一個(gè)重要參數(shù)。粗細(xì)集料總體積主要與粗集料的粒型、堆積密度，細(xì)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(jì)方法有兩種：絕對(duì)體積法和松散體積法。砂輕混凝土配合比的設(shè)計(jì)適合采用絕對(duì)體積法，也可采用松散體積法；全輕混凝土的配合比設(shè)計(jì)適宜采用松散體積法。相比之下，松散體積法的設(shè)計(jì)過(guò)程更為簡(jiǎn)便，應(yīng)用也比較普遍。在我國(guó)，實(shí)際過(guò)程中多用松散體積法進(jìn)行輕集料混凝土配合比的設(shè)計(jì)。松散體積法以混凝土的干表觀密度為基準(zhǔn)，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(guò)計(jì)算和查表，求出各組材料的質(zhì)量及其總和，再經(jīng)過(guò)試驗(yàn)調(diào)整，求出最總的配合比。以下為配合比設(shè)計(jì)的步驟：根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度，選擇水泥品種和標(biāo)號(hào)。按式（1-1）計(jì)算混凝土的試配強(qiáng)度。

根據(jù)混凝土試配強(qiáng)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(xì)集料的品種，確定粗細(xì)集料的總體積。根據(jù)輕集料混凝土的用途及細(xì)集料的品種，選擇砂率Sp。根據(jù)所確定的粗細(xì)集料總體積（Vt）和竹p）,求出每立方米粗細(xì)集料用量。按體積計(jì)算：Vs=VtxSpVa=Vt－Vs按質(zhì)量計(jì)算：叫=按質(zhì)量計(jì)算：叫=VsPis式中Vs式中Vs、Va、ma=VaPiaVt——分別為細(xì)集料、粗集料和粗細(xì)集料的松散體積（m3）；msms、ma分別為細(xì)集料和粗集料的用量（婕）;Sp——松散型體積砂率（％）；Pis、Pia—分別為細(xì)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(shí)根據(jù)實(shí)測(cè)的輕集料吸水率，計(jì)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(xì)集料1h吸水率，％。根據(jù)計(jì)算求得的各組成材料的用量，驗(yàn)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(jì)出以下五組試配階段試驗(yàn)方案，每組分別做六個(gè)試塊，分別測(cè)其7天強(qiáng)度和28天強(qiáng)度。這五組試驗(yàn)方案的配合比見表1.表1試配實(shí)驗(yàn)方案（kg/m3）編號(hào)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(shí)3921737723638.1868%1530.32方案篩選由于比賽時(shí)間的緊迫，我們對(duì)五組試配方案分別測(cè)量7天抗壓強(qiáng)度，具體情況見表2。

表2實(shí)測(cè)7天強(qiáng)度和預(yù)測(cè)28天強(qiáng)度水灰比1230.3丿頁(yè)量2.041.961.977d強(qiáng)度37.733.439.928d強(qiáng)度5851.361.30.35丿頁(yè)量1.972.031.997d強(qiáng)度28.32929.528d強(qiáng)度43.544.645.40.4丿頁(yè)量1.982.082.017d強(qiáng)度36.133.132.728d強(qiáng)度55.550.950.30.45丿頁(yè)量2.02.01.987d強(qiáng)度27.527.626.228d強(qiáng)度42.342.540.3自密實(shí)丿頁(yè)量2.12.042.017d強(qiáng)度28.224.223.428d強(qiáng)度43.437.236根據(jù)實(shí)測(cè)的7天混凝土抗壓強(qiáng)度，以7天達(dá)到混凝土標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的65%初略估算28天強(qiáng)度。在保證達(dá)到大賽設(shè)計(jì)強(qiáng)度的前提下，我們保留第三組設(shè)計(jì)方案。考慮到自密實(shí)混凝土后期強(qiáng)度比較大將其保留。然后根據(jù)這五組反應(yīng)出的強(qiáng)度對(duì)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?cè)俅卧O(shè)計(jì)出五組方案，每組做9個(gè)試塊。其中3塊測(cè)量28天強(qiáng)度，其余六塊留作比賽。我們于3月2日對(duì)這五組進(jìn)行澆注以滿足大賽組委會(huì)的要求。其具體配合比見表3。表3.3月2號(hào)試驗(yàn)方案(kg/m3)編號(hào)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(shí)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(cè)定以上五組的抗壓強(qiáng)度。根據(jù)組委會(huì)的評(píng)分規(guī)則：抗壓強(qiáng)度權(quán)重系數(shù)35,分值計(jì)算公式為35X{1—|Qa—45)/45丨}Oa為3個(gè)試樣抗壓強(qiáng)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(qiáng)度分值與混凝土比強(qiáng)度分值均為0?；炷帘葟?qiáng)度權(quán)重系數(shù)45,分值計(jì)算公式為45X{1+|(45/2400—Oa/Va)/(45/2400)|}Va為3個(gè)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(jì)算為10X{1—|(V1—Va)/Va|—|(V2—Va)/Va|}V1和V2分別為3個(gè)試樣中的容重最大和最小值。強(qiáng)度偏差：權(quán)重系數(shù)10,分值計(jì)算為10X{1—|(O1—0a)/aa|—|(o2—aa)/aa|}o1和a2分別為3個(gè)試樣中抗壓強(qiáng)度的最大和最小實(shí)測(cè)值。大賽爭(zhēng)議如在競(jìng)賽過(guò)程中出現(xiàn)爭(zhēng)議,由競(jìng)賽評(píng)審組與中國(guó)混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)指定的代表組成的委員會(huì)裁決。該裁決是終局的,當(dāng)場(chǎng)生效。最終成績(jī)最終成績(jī)按總分高低排序,總分為各項(xiàng)分值之和。優(yōu)秀獎(jiǎng)、創(chuàng)意獎(jiǎng),由評(píng)委根據(jù)參賽隊(duì)的混凝土配合比設(shè)計(jì)方案、試驗(yàn)錄像和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果評(píng)出。擇優(yōu)選出一組作為我們的參賽作品。三、參考文獻(xiàn)1.胡曙光、王發(fā)洲《輕集料混凝土