紧密堆积混凝土配合比模型的建立(6)

安徽建筑工业学院本科生毕业论文

增大粗集料的最大粒径会导致混凝土强度降低。 3.4.3细集料

混凝土中细集料主要是天然砂，一般分为河砂、山砂及海砂。其中以河砂居多，质量相对较好；山砂往往含泥量或泥块含量过高，必须经冲洗后使用；而海砂则含有其他有害成分，故不可将未经处理的海砂直接用于混凝土。

细集料的粒径大小以细度模数表示，其级配对混凝土性能影响较大，粗砂因细颗粒少，使混凝土较为干涩，黏聚性下降，工作性不好；细砂和特细砂不但使混凝土极易离析，而且需水量大，从而增加了水泥用量；级配较好的中砂适用于各种混凝土和有特殊需求的混凝土，细度模数以2.5~3.0为宜。

在混凝土配合比设计中，砂率对拌合物的工作性和强度都明显影响。我国《设计规程》[14]中对砂率的推荐值见表2.5。 3.4.4水

凡能饮用的自来水和任何PH值不少于4的非酸性，都可以拌制混凝土拌合物。 混凝土的拌和用水中，仅有一部分水量（约水泥用量的25%）参与水泥进行水化反应，其余部分则用于保证拌和物工作性。混凝土单位体积用水量影响混凝土工作性同时，也影响着抗渗性、泌水性等，因此拌和用水量应控制在合理的范围内，不宜过大。

综上：本实验原材料最终采用P·O42.5巢湖水泥、碎石、河沙、江苏镇江低效减水剂、粉煤灰、自来水等。 3.4.5骨料堆积试验

李氏瓶法测定粉体表观密度是基于“阿基米德原理”。将待测粉末放进对其润湿而不溶解的液体中，静置半个小时待其气泡完全排除，求出粉末试样从已知容量的李氏瓶中排出已知密度的液体体积，就可以计算出所测粉末的表观密度。本次粉煤灰、砂、石的表观密度测定均采用李氏瓶比重法；试验数据及处理结果如下：

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紧密堆积混凝土配合比模型的建立 表3.1 粉煤灰表观密度测定实验

组数 1 2

第一次读数(cm) 0.7 0.4 第二次读数(cm) 表观密度（kg/m3） 19.1 18.6 2186 通过试验得出本次试验所采用的粉煤灰的表观密度为2186kg/m3

表3.2 砂表观密度测定实验

组数 1 2

m0(g) 300 300 m2(g) 935 955 m1(g) 1115 1135 表观密度(kg/m3) 2500 通过试验得出本次试验所采用的砂的表观密度为2500kg/m3

表3.3 已级配好的粗集料表观密度测定实验：

组数 1 2

m0(g) 500 500 m2(g) 1665 1635 m1(g) 1980 1950 表观密度(kg/m3) 2703 通过试验得出本次试验所采用的粗集料的表观密度为2703kg/m3

由于细砂比表面积比中粗砂大，采用传统方法设计高性能混凝土必然导致高水泥用量和高用水量，这样配制出的混凝土不仅收缩变形大而且成本高。采用致密堆积设计法[15]对粉煤灰、细砂和碎石进行不同堆积模式填充和分析，选出混合料单位质量最大的填充比例，可以为设计低水泥用量、低成本、高耐久性和高工作性的细砂高性能混凝土提供可靠依据。

采用密实骨架设计配合比，是通过寻求混凝土中的粗细集料的最大密度来寻找最小空隙率，通过曲线拟合可以得出骨料间的最佳比例。粉煤灰的密度和细度均比砂小，从材料堆积理论上讲，密度小的材料填充密度大的材料，其曲线会表现为具有峰值的

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抛物线形式图[15]。致密配合比设计法首先将不同比例的粉煤灰与砂进行充填单位重试验，获得最大单位重，再以粉煤灰与砂为细集料与石子进行充填单位重试验，从而获得三者最大单位重。由此可计算出最小空隙率。利用四分法取样将砂和粉煤灰混合，以粉煤灰取代砂的方式，求出混合料的最大堆积密度，确定粉煤灰取代砂的致密堆积系数ɑ粉煤灰与砂的致密系数a确定后，固定a值，然后按同样方式，求出粉煤灰和砂填充粗骨料(石)的致密堆积系数β。从材料性质上来讲，砂与石比重接近，不会呈现出很明显的抛物线形式图，但是当粉煤灰与砂填满石的空隙时，曲线会出现最大堆积密度的拐点。以下是主要实验数据及处理结果：

表3.4 5～20mm与20～31.5mm粗集料按一定比例紧密堆积实验：

组数 总重(kg) 筒重(kg) 紧密堆积密度(kg/m3) 5～20mm碎石掺量（%） 1 ① ② 18.0 17.8 18.0 18.3 18.2 18.4 18.4 18.5 18.0 17.9 17.8 17.9 1.3kg 1.3kg 1.3kg 1.3kg 1.3kg 1.3kg 1.3kg 1.3kg 1.3kg 1.3kg 1.3kg 1.3kg

1660 40% 2 ① ② 1685 35% 3 ① ② 1700 30% 4 ① ② 1715 25% 5 ① ② 1665 16% 6 ① ② 1655 7% 22

紧密堆积混凝土配合比模型的建立

石的紧密堆积1720堆积密度 kg/m31710170016901680167016601650051015202530（5~20）粗骨料的掺量 54045 图3.1 石的紧密堆积曲线图

由以上实验数据，并通过作图可以看出：当5～20mm粗骨料掺量为25%左右时，可达到最紧密堆积。

表3.5 粉煤灰掺入砂的紧密堆积实验：

组数 总重(kg) 筒重(kg) 紧密堆积密度(kg/m3) 粉煤灰的掺量（%） 1 ① ② 2.015 2.045 2.080 2.060 2.115 2.105 2.040 2.055 1.950 1.980 0.480kg 0.480kg 0.480kg 0.480kg 0.480kg 0.480kg 0.480kg 0.480kg 0.480kg 0.480kg

1550 6% 2 ① ② 1590 12% 3 ① ② 1630 15% 4 ① ② 1568 20% 5 ① ② 1485 25%

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粉煤灰掺砂的紧密堆积164016201600158015601540152015001480146005101520粉煤灰的掺量 %30

图3.2 粉煤灰掺砂的紧密堆积曲线图

由粉煤灰与砂的紧密堆积表和图可以得出：当粉煤灰掺量在15%时，细骨料紧密堆积密度最大。

表3.6 已级配好的粉煤灰与砂的混合物掺入已级配好的粗集料的紧密堆积实验：

堆积密度 kg/m3组数 总重(kg) 筒重(kg) 紧密堆积密度(kg/m3) 粉煤灰和砂的掺量（%） 1 ① ② 21.10 21.10 21.35 21.45 21.70 21.85 21.40 21.50 21.15 21.05 1.3kg 1.3kg 1.3kg 1.3kg 1.3kg 1.3kg 1.3kg 1.3kg 1.3kg 1.3kg

1980 60% 2 ① ② 2010 55% 3 ① ② 2050 50% 4 ① ② 2015 45% 5 ① ② 1980 40% 24

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