首届全国大学生混凝土材料设计大赛设计方案.doc

首届全国大学生混凝土材料设计大赛设计方案混凝土技术concretetechnology首届全国大学生混凝土材料设计大赛设计方案郁胜,李肖男,付兴,张晨(大连理工大学建设工程学部,大连i16023)摘要:磨细矿渣粉能更好的保证所设计的混凝土达到预期的强度,同时具有提高混凝土耐久性和改善和易性的品质,并可以节约水泥用量,降低生产成本;萘系高效减水剂具有良好的减水增强效果,与水泥适应性好,性能稳定.本设计采用萘系高效减水剂和磨细矿渣粉,采用绝对体积法;同时粗细骨料质量影响混凝土质量,制约配合比设计.根据给定的设计依据和设计材料,在满足强度要求和合理性要求的前提下,充分考虑耐久性和经济性的原则,确定水灰比,砂率,单位用水量,磨细矿渣粉掺量和减水剂用量,设计合乎要求的配合比.关键字:混凝土配合比;绝对体积法;单位用水量;砂率;磨细矿渣粉;耐久性adesignofuniversitystudentsconcretedesigncompetitionyusheng,lixiaonan,fuxing,zhangchen(facultyofinfrastructureengineeringdalianuniversityoftechnology,dalian,116023)abstract:groundedfurnaceslagcanbetterensuretheconcretereachthedesignedstrength,bothimprovethedurabilityandthequalityofworkabilityofconcrete,besides,itcanalsosavecementtoreducetheproductioncosts;nsftypesuperplasticizerhasagoodwaterreducingeffectwithagoodcementadaptabilityaswellasstableperformance.thisdesignusesnsftypesuperplasticizerandpulverizedblastfurnaceslag,intheabsolutevolumemethodtodesign.accordingtothegivendesignmaterials,wecandeterminewatercementratio,sandratio,unitwaterdosage,pulverizedblastfurnaceandsuperplasticizerdosagetomeetthestrengthrequirementsandreasonablerequirementsofthepremise,alsofullyconsideringdurabilityandeconomicprinciples.finally,wecandesignthemixproportionofconcrete.keywords:mixproportionofconcrete;absolutevolumemethod,groundedfurnaceslag;durability1前言2010年8月,”金海岸建材”杯首届全国(u30)大学生混凝土材料设计大赛在大连理工大学举行.本次大赛秉承“自主创新”的理念,目的在于激发学生的创新积极性与团队合作力,引导学生把理论转化为实践,培养专业技能,为大学生将来走向社会奠定基础.?8?随着建筑行业的发展,掺合料在在混凝土的应用越来越广泛,掺合料的使用能在不同程度上改善和提高混凝土的各种性能.目前最常用的有粉煤灰,磨细矿渣粉,高效减水剂等.而矿渣力学性能优良,坍落度经时损失小,耐腐蚀性能优良,能改变混凝土的工作性,对混凝土有增强作用,经济性好,并且早期强度高,耐久性好.减水剂能减少用水量,提高混凝土的流变性及可塑性,有利于冬季施工.故本设计采用掺配合比2010年第9期number9in2010加磨细矿渣粉和减水剂进行混凝土配合比设计.2设计目标2.1混凝土强度等级:c40普通水泥混凝土,28d推定强度指标满足设计要求;抗压强度标准差取6.mpa.2.2混凝土工作性要求:坍落度要求160200mm,粘聚性,保水性良好.2.3混凝土耐久性要求:无明确耐久性指标要求,但混凝土配合比设计中应体现对耐久性有利的原则.3评价指标拌合物的工作性,抗压强度,配合比合理性,经济性.4原材料及技术指标4.1水泥:p0.42.5r,密度3.04g/cm,比表面积351m/kg,28天抗压强度为56.8mpa,抗折强度10.3mpa,生产厂家为大连小野田水泥有限公司.4.2细骨料:河砂,表观密度2680kg/m,细度模数2.4,级配区,含水量0%,含泥量3.0%.4.3粗骨料:石灰石,碎石,最大粒径31.5mm,连续级配,表观密度:2860kg/m,压碎指标8.7%,含水率0%,产地为大连长城石矿.4.4掺合料:磨细矿渣粉:品等$75,密度2.93g/era3,比表面积340m/kg,28天活性指数87%.4.5外加剂:萘系高效减水剂,最佳掺量为1.5%,此时减水率为20%.5设计方案5.1设计依据(1)普通混凝土配合比设计规程jgj552000(j642000)(2)混凝土外加剂应用技术规范gb501192003(3)用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉gb/ti804620085.2设计步骤5.2.1设计模型?9?绝对体积法:认为混凝土材料的1立方米体积等于水泥,砂,石和水四种材料的绝对体积和含空气的体积之和.mc0/p.+mg./pg+ms0/ps+mw0/p+0.01a=1ps=m/(m印+m)100%5.2.2混凝土基准配合比计算(1)混凝土配制强度的确定由fo.0fc.k+l+1.645盯fo0340+1.6456(1)则fo.0349.9mpa式中:fc.混凝土配制强度;fcu混凝土立方体抗压强度标准值;,k仃混凝土强度标准差;(2)水灰比根据所给粗骨料:石灰石,碎石,最大粒径31.5mm,连续集配,查表0【为0.46,o【b为0.07w/c=.fo/fc,0+0【.b.fo=0.4656.8(49.9+0.460.0756.8)(2)=0.50(3)单位用水量取坍落度t=180mm及所用细集料的细度模数为2.42,碎石最大粒径为31.5mm,根据”坍落度大于90mm的可以坍落度90mm的用水量为基础,按坍落度每增大20mm用水量增加5kg”所以初步单位用水量为mw.=205+590/20=205+55=230kg(3)另因砂的细度模数为2.42,砂较细,根据普通混凝土配合比设计规程,可将用水量每立方米增加510kg,并且考虑到夏季进行混凝土配制,水分蒸发较快,所以用水量=230+10=240kg因本设计掺用萘系高效减水剂1.5%,考虑该减水剂减水率20%,则最终单位用水量为:240(120%)=192kg(4)砂率根据”坍落度大于60ram”的砂率,可经试验确定,也可在表4.0.2的基础上,按坍落度每增大20mm,砂率增大1%的幅度予以调整”,计算得出砂率应在37%42%之间.根据大流动性混凝土必须使用高砂率,普通混凝土配合比混凝土技术concretetechnology设计规程jgj552000推荐的砂率为35%45%.考虑到本设计要求的坍落度为160200mm,较大,并且掺加了矿渣,而矿渣容易产生泌水,所给的碎石孔隙率大,加之是人工振捣,所以选择砂率为41%.经查阅资料文献得知,4l%的砂率是泵送混凝土中比较常见的砂率.(5)水泥用量根据用水量192kg,水灰比0.5可求得水泥用量mc0=192/0.50=384kg(6)砂,石用量因水泥表观密度3040kg/m,砂表观密度2680kg/m,石灰石表观密度2860kg/m,根据/12c0/p+m/pg+m/p+m椰/p+qolot=1(ot=1.0)(4)卢=ms0/(m+ms0)100%(5)得:m80=766kg,m=1102kg(7)掺合料用量本次大赛的磨细矿渣粉的等级为$75,28天活性指数为87%,比表面积为340m/kg,活性不是很高.矿物掺合料混凝土的强度等级,强度保证率等指标应与基准混凝土相同,配合比设计以基准混凝土配合比为基础,按等稠度,等强度的等级原则等效置换,并应符合普通混凝土配合比设计规程jgj552000.矿渣的粉磨细度及用量对掺矿渣混凝土的保水能力有较显着的影响,如果不够细,用量过大,会出现泌水和离析现象.根据推荐的取代率20%70%_3,选择掺人量为20%.为保证掺入后的混凝土强度满足要求,采用超量取代原则,根据矿渣的活性确定超量系数为1.1,则取代后水泥及矿渣的用量分别为:水泥:m=mx(1一pc)=3840.8=307kg(6)矿渣:mk=38420%x1.1=84kg(7)磨细矿渣粉超量取代后拌合物增加的体积v:av=84/2930384x20%/3040=3.40610m(8)为保证体积不变,应减少砂的体积3.40610.m,相应减少的质量为9kg,求得砂的用量为7669=757kg(8)减水剂减水剂质量=矿渣超量取代前的胶凝材料用量x1.5%=384x1.5%=5.76kg(9)(9)初步配合比水泥:砂:石:水:磨细矿渣粉:减水剂307:757:1102:192:84:5.76:1:2.46:3.59:0.62:0.27:0.0196试配结果根据初步配合比,称取10l混凝土拌合物所需材料的进行拌合.测量得到坍落度为180mm,粘聚性和保水性均良好.表观密度为2560kg/nl,计算得到调整系数kj=1.04确定初步配合比如表1所示.表1初步计算配合比7设计方案结果分析7.1拌合物工作性采用减水剂,能在不改变除水泥以外的各种原材料配合比及混凝土强度的情况下,能减少用水量,大大改善混凝土的流变性能.掺入磨细矿渣粉使水化热低,使混凝土凝结时间延长,同时矿渣混凝土坍落度经时损失小,改善了混凝土的和易性,易振捣,对夏季施工有利.采用最佳砂率时,在用水量及水泥用量一定的情况下能使混凝土拌合物获得最大的流动性,且能保持最大的粘结性和保水性.实验测得混凝土的坍落度为180mm,与设计的坍落度值完全相符合,并且混凝土的粘聚性和保水性良好.7.2混凝土抗压强度本设计掺人适量矿渣粉,而减水剂对混凝土有显着的早强增强的效果.如表2所示,标准养护试件3天的抗压强度为34.4mpa,标准养护28天抗压强度推定值f2=?10?配合匕2010年第9期number9in201051.39mpa,与设计强度一致性评价结果:f2一fc,.=51.39-49.87=1.52mpa<2.0mpa.故满足设计强度要求.表2标准养护3d抗压强度测定结果7.3合理性根据给定的材料性能参数和设计要求,考虑现场操作的环境,依据设计要求和相关规范确定最小用水量和最佳砂率,同时参考大量对矿渣粉,减水剂的相关文献研究,考虑了各种因素的影响,设计出该配合比,较合理.7.4耐久性(1)减水剂能提高拌合物的密实度,显着提高抗渗性和抗冻性,并改善混凝土结构.(2)同时本设计严格控制水灰比,并保证有足够的水泥用量(素混凝土最小水泥用用量为200kg,本设计超过此值).(3)掺入磨细矿渣粉,可降低水化热,延长水泥水化放热峰值,对防止温度裂缝和收缩裂缝有利.由于矿渣耐腐蚀性优良,并且能提高抗渗性,使混凝土的耐久性能好.(4)拌制操作过程严格按照实验操作规范,拌制密实,保证耐久性.7.5经济性本设计采用矿渣部分替代水泥,使得水泥用量减少,而矿渣的价格低于水泥的价格,故该配合比经济性良好.水泥单价420吨,水单价2.6吨,砂子50吨,石子50吨,矿渣粉150吨,外加剂3500吨,由此可求的单方成本为266m.参考文献:1陈宏哲.矿粉在商品混凝土中的应用.马钢嘉华商品混凝土有限公司.安徽马鞍山2普通混凝土配合比设计规程.jgj552000(j642000)c33(浅谈矿渣粉在商品混凝土中的应用.中华建筑报.2010324混凝土外加剂应用技术规范)gb5011920035建筑用卵石碎石gb1468520016吴中伟.高性能混凝土7汪宇,洪伟华.磨细矿渣粉在水泥混凝土中的应用8建筑施工手册9混凝土配合比设计中国建材工业出版社展会信息:2010第三届上海国际混凝土及干混砂浆产品展览会展出时间:20101111至20101113具体地址:上海光大会展中心参展范围:混凝土用原材料:砂石骨料,外加剂,水泥,膨胀剂,增强纤维等;采石,采砂场专用设备,建材回收再生骨料