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1、1石子比表面积测定1.1原材料小溪碎石场普通碎石，其规格为：4.75-13.2mm13.2-19mm19-31.5mm,碎石颗粒级配按三级掺配后为连续级配，粒形较好，线膨胀系数较小。本次研究碎石采用4.75-13.2mm、13.2-19mm两档碎石按质量比为3:7进行掺配，颗粒级配良好，两级碎石粒形均匀、圆润，线胀系数小，试验检测结果详见表1-1。表1-1碎石部分试验检测项目统计表材料名称规格（mm）生产厂家母岩抗压强度（MPa）含泥量（%）泥块含量（%）针片状含量（）压碎值(%)备注碎石4.75-13.2小溪碎石场128.7-碎石13.2-19小溪碎石场128.70.20.04.29.6SJ
2、Il0308021.2试验方法粗骨料比表面积试验步骤如下：1、采用的是4.75132mm,13.219mm两档碎石按质量比为3：7进行掺配。2、使用缩分法，缩分石子至2kg左右，烘干至恒重，并测得其质量为M。3、将石子和标准试块（标准试块大小IOommXI5mmX15mm,尽量取与试验石子材质接近的材料制成）浸水24小时后擦干表面，使其处于饱和面干状态。4、按水泥与水2:1（质量比）比例制备水泥浆。5、把饱和面干状态石子和标准试块同时放进水泥浆中，缓缓进行搅拌，使浆体在骨料表面附着均匀，静置大约10分钟，把石子和标准试块从水泥浆中取出来，标准养护24小时。然后烘干至恒重，并称得其重量分别为和6
3、、泡在水里24小时，取出来静置沥干30分钟，再分别称得其质量分别为“2和M2。7、石子比表面积RG按式（I-I）算得。R二S=（%-M）s（；M（M2-Mi）M（/）其中，S为IoommXI5mmX15mm标准试块总表面积，即0.00645m2。8、如果三次试验结果的最小值和最大值都未超过中间值的10%时，则取三者的平均值;否则，应重新测定。1.3试验结果及分析总共做了三次试验，试验数据及计算结果见表l-2o表1-2碎石比表面积试验序次M(kg)(kg)Mi(kg)M2(kg)m2(kg)RS(m2kg)12.0002.6780.0653.0150.0710.181122.0002.4190.
4、0672.6000.070.194532.0002.6070.0662.7700.0690.1752从表1-2可知，碎石比表面积凡最大值和最少值分别是中间值的7.4%和3.2乐都小于10%,因此，此次试验的石子的比表面积取三者的平均值，即0.184m2kg.2配合比设计2.1 总体设计思路本次的配合比设计是采用基于最小浆体理论的配合比设计方法。大致参照朱荣军的论文中4.2节介绍的配合比设计方法，但有两点变化：1 .朱荣军论文中的设计方法是参照普通混凝土配合比设计规程(JGJ55-2000),所以论文中是通过计算水灰比来计算用水量和胶凝材料用量,这种计算方法没有考虑粉煤灰和矿粉对强度的影响，而本
5、文是参照普通混凝土配合比设计规程(JGJ55-2011),通过计算水胶比来计算用水量和胶凝材料用量，这种计算方法考虑了粉煤灰和矿粉的影响，所以能更加准确的反应出实际情况。2 .朱荣军论文中对于用水量的计算，并未考虑到减水剂的减水效果，而本文中考虑了减水剂的减水效果。2.2 计算过程1、符号a)碎石表观密度Pg，紧密堆积密度PG厂特征直径，比表面积叫；，饱和面干吸水率%,表面含水率4g；b)砂表观密度Ps，紧密堆积密度PSL特征直径dk,比表面积Rs，饱和面干吸水率%，表面含水率“s；c)水泥的表观密度28天标准抗压强度力C；d)粉煤灰的表观密度/V；e)矿粉表观密度PSp；f)减水剂的最佳掺量
6、/内固体含量Zr,减水率P(此性能一般由生产商提供)。2、混凝土配合比设计采用绝对体积法计算丝+如+工-0*1(2-1)PcPfPspPwPsPg式中：tncmF.mspmw.msmG分别为单位混凝土中水泥、粉煤灰、矿粉、水、砂、碎石用量。一一为混凝土的含气量百分数，若不使用引气型外加剂，则C=I.在式(370)中，每立方混凝土骨料体积匕G见式(3T1)，每立方混凝土浆体体积/见式(3-12)。y5c=+(2-2)PsPgVT+色J逅(2-3)PcPfPspPw式(2-1)可以改写为式(2-4)。%+匕G+0018=1(2-4)3、计算砂石混合体所对应的孔隙体积乂；取InP砂石混合体(指绝对体
7、积)进行计算。当体积砂率为乃时，在砂石混合体中，砂的体积为汽耐3,石的体积为(卜为)小3。1 m3砂石混合体所对应的孔隙体积见式(2-5)oVv=-J-l=-(2-5)a式中：OA为骨料混合体密实度，采用己经验证的TOUfar骨料模型计算4、砂石混合体所对应的浆体体积VP混凝土的浆体由两部分组成，一是包裹骨料的浆体，二是填充骨料孔隙的浆体。Vp=APTS+Vv(2-6)式中：APT一一骨料平均浆体厚度，即包裹骨料的浆体厚度平均值；S一一为InP骨料的总表面积，即InP砂石混合体中砂的总表面积与石总表面积之和，计算见式(2-7)。s=叫IRs+gRG=ysPs%+0一*)gRG(27)式中：tn
8、slm3砂石混合体中砂的质量，即11S=ysPs:mG1Im3砂石混合体中石的质量，即如=(I-J5)Pg;RS砂的比表面积；RG一石的比表面积。根据经验先假设一平均浆体厚度APr值，l是体积砂率力的函数，如图2-1所示。图27V示意图从图2-1中，可以求出匕;最小值/min,及其对应的体积砂率，即最佳体积砂率为呼。5、在1舟混凝土中，浆体体积匕,和骨料体积g由求得的InP砂石混合体对应的最少浆体Lmin和式(373)可以求得：%(见式(2-8)%=以+如+%+9=Lmin(1-O0i8)(2-8)PcPfPmPw1+VpminVSG=%+为=-(1-0.0Ie)(2-9)PsPg1+Vpmi
9、n6、混凝土中计算砂、石用量由求得的最佳体积砂率和式(2-9)可求得InP混凝土中砂、石用量：，见式(2-10)、式(2TI)心=AVs印(1-16)(1+Vpmin)(2-10)机G=4(1-%J(1-0。+%min)(2-11)8、确定混凝土水胶比由设计的混凝土强度等级，根据式(2-12)确定水胶比Ay：fv=根卬/相8=7s-kT(2-12)式中：aa.ab回归系数，这里分别取0.46,0.20；水泥28d抗压强度实测值(MPa)：力=1.1*九*几，8式中YfYs粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数，可按表2-1选用；兵气一一水泥强度等级值(MPa)。表2-1粉煤灰影响系数和粒化高炉
10、矿渣粉影响系数八掺量(%)粉煤灰影响系数乙粒化高炉矿渣粉影响系数几01.001.00100.90-0.951.00200.80-0.850.95-1.00300.70-0.750.90-1.00400.600.650.80-0.90500.70-0.85feu,。混凝土配制强度(MPa),fctt几,+1.645。；fcu,k混凝土立方体抗压强度标准值(MPa)；混凝土强度标准差；8、计算1113混凝土所需的水泥用量711c、粉煤灰用量加尸、矿渣用量机SP、水用量相W和减水剂用量WAA=-tnf-vtnc+mM(2-13)Pm=一四一机F+znC+mM(2-14)由式(2-12)式(2T4)和
11、式(2-8)可求得：令：A=pfpsjtpw(Pf+夕SP)-PSpPfPc,Pw)Pc,Pw(BF,PSP+BSPPf)(2-15)=PfPspPwPcVp(2-16)CBC=A则：m=(1_尸一4)C(2-17)(2-18)mF=FC(2-19)fnsp=PspC(2-20)mw=Avc(2-21)tnR=Prtnc(2-22)10、配合比的调整由于实际工程中砂石骨料饱和面干吸水率(Ws、WG)及实际含水率(Z5、ZG)不同，需要对计算配合比进行用水量、砂和石量进行调整。每立方混凝土实际用水量加W：mw=(l-7)msWs+mG-WG-msZs-mcZc-mZ(2-23)每立方混凝土实际用
12、砂量Ws和实际石子用量致；：ms=ms(1+Z5)(2-24)mG=wg(1+Zg)(2-25)如果施工时砂和石子为干燥状态，即Zs、ZG为零，则不需进行式(2-24)和式(2-25)的调整。2. 3计算结果及分析按照十七局提供的胶凝材料比例及傅懋渊计算出的胶凝材料比例计算出一下几组配合比,详见表2-2.表2-2配合比计算结果编号水泥砂石子粉煤灰矿粉水减水剂胶凝材料水胶比(%)砂率(%)1201673119555110993.6603660.2700.3622487211027681351604.514510.3550.413183673119555128993.6603660.2700.36
13、42267211027681581604.514510.3550.4151866731195211651003.7143710.2700.36注：1、APT取值为0.003Cm2、表中未注明的单位均为kg/n?编号2、4是十七局提供的优化后配合比，即粉煤灰和矿粉比值分别为1:2与3:7。编号1、3、5为基于最小浆体理论的配合比方法设计的配合比，粉煤灰和矿粉的比值分别为1:2、3:7与1:8。从表中可以看出，利用最小浆体理论计算出的配合比，水胶比为0.27,砂率为0.36o与十七局提供的配合比相比，胶凝材料用量减少18.8%,水胶比降低了0.85%,砂率也降低了5%o2.4matIab程序源该程
14、序源基于朱荣军论文附件提供的程序源，蓝色部分为修改部分。clearclc%输入材料性质pc=3160;%水泥表观密度pf=2180;%粉煤灰表观密度pg=2575;%石子表观密度Pgt=1560;%石子紧密堆积密度Rg=0.354;%石子比表面积dgt=15.3;%石子特征直径psp=2910;%矿粉表观密度pw=1000;%水表观密度ps=2523;%砂子表观密度pst=1542;%砂子紧密堆积密度Rs=204;%砂子比表面积dst=1.06;%砂子特征直径Ws=0.002;%砂饱和面干吸水率Wg=0.002;%石子饱和面干吸水率Zs=O;%砂以吸水率为基准的饱和面干状态的表面含水率Zg=O
15、;%石子以吸水率为基准的饱和面干状态的表面含水率Zr=0.81;%减水剂的含水率rm=0.01;%减水剂掺量fce=57.1;%本试验用水泥28天标准实测水泥强度qq=3;%确定混凝土强度标准差o=l;%混凝土的含气量百分数，未使用引气剂，所以O=I%配合比参数的输入APTI=inpW请输入平均浆体厚度(cm),建议取值范围(0-100),);apt=apti100oooo.;fcuk=inut(请输入混凝土强度等级：C);fpl=inpW请输入粉煤灰掺量比例(%),建议范围(0%-30%):)fp=fpl100.;SppkinputC请输入矿粉掺量比例(%),建议范围(0%-30%):,)s
16、pp=sppI/100.;%配合比计算%用TOUfar骨料模型计算砂石混合体密实度Ost=pstps;%计算砂特征密实度(见式3-7)Ogt=pgtpg;%计算石子特征密实度(见式3-8)kd=(dgt-dst)(dgt+dst);%影响因子(见式3-9)ys=0.2:0.005:0.6;%体积砂率变化yg=l-ys;x=(ys.yg)*(0gt0sl)(1-Ogt);%砂体积与石子孔隙体积的比值(见式3-10)ks=1-(1+4*x)(1+x)4;%统计因子(见式3-11)xxl=l0gt;xx2=yg.*(xx1-l).*ks.*kd;xx3=ys0st+yg.0gt-xx2;Oa=l(x
17、x3);%砂石混合体密实度(见式3-12)s1=ys*ps*Rs+(l-ys)*pg*Rg;%骨料总表面积%1立方砂石混合体所对应的孔隙体积vvl=l,0a-l;%(见式4-5)%1立方砂石混合体所对应的浆体体积y=APT*sl+vvl;%(见式4-6)%浆体量最小值ninY,ind=min(y);%浆体量最小值所对应的体积砂率yspos=ys(ind);sp=yspos;%浆体量最小值所对应的体积砂率即最佳体积砂率s2=sp*ps*Rs(l-sp)*pg*Rg;%1立方砂石混合体总表面积(见式4-7)vp=min(y);%最少浆体量%计算砂石用量ms=ps*sp*(1-0.01*o)(1+v
18、p);%计算砂用量(见式4-10)mg=pg*(1-sp)*(1-0.01*o)(1+vp);%计算石用量(见式4-11)%确定水灰比fcuo=fcuk+1.645*qq;%混凝土试配强度wp=0.46*46.49(fcuo+0.46*0.2*46.49);%混凝土水胶比(见式4-12)%计算浆体分用量A=pf*psp*pw*(fp+spp)-psp*pf(pw+pc*wp)-pc*pw*(fp*psp+spp*pf);%(见式4-16)vpl=vp*(1-0.01*o)(l+vp);%(见式4-8)B=pf*psp*pw*pc*vpl;%(见式4-17)C=-BA;%(见式4-18)mc=(
19、l-fp-spp)*C;%水泥用量(见式4-19)mf=fp*C;%粉煤灰用量(见式4-20)msp=spp*C;%泥石粉用量(见式4-21)mwl=wp*C;%计算用水量(见式4-22)mw=mw1*0.74%考虑减水剂后的计算用水量(见式4-22)mr=rm*(mc+mf+msp);%减水剂用水量，本试验减水剂为水泥用量的2%(见式4-23)%配合比调整mw2=mwms*Ws+mg*Wg-ms*Zs-mg*Zg-mr*Zr;%实际水用量(见式4-24)msl=ms*(l+Zs);%实际砂用量(见式4-25)mgI=mg*(l+Zg);%实际石子用量(见式4-26)dispC基于最少浆体理论
20、人工砂混凝土配合比(kgm3),);dispC水泥：砂子：石子：粉煤灰：矿粉：水：减水剂：,);%配合比的输出，画图输出fprintf(%20.3f,mc,msl,mg1,mf,msp,mw2,mr)%写入输出文件EI二/混凝土配合比设计结果七E2二/水泥(kgm3)J砂子(kgm3)石子(kgm3)粉煤灰(kgm3),泥石粉(kgm3)一水(kgm3)一减水剂(kgm3),)；success=xlswrite(result-data.xls,E,sheet!,E9);success=xlswrite(result-data.xls,E2sheet,El);success=xlswrite(result_data.xls,mc,msl,mgl,mf,mm,mwl,mr,sheet,El2);data=mc,msl,mgl,mf,mm,mwl,mr;b=bar(data);ch=get(b,children);set(ch,FaceVertexCDatar,4;2;3;1;5;6;7)SeKgCa,XTickLabel,(冰泥，砂子，石子，粉煤灰，泥石粉，水减水剂)XIabele混凝土各组分ylabelC混凝土各组分单方用量(单位：kgm3),);gridon
