本發(fā)明屬于建筑材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于確定低減水劑用量超高強(qiáng)水泥基材料配方的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：超高強(qiáng)水泥基材料是一類(lèi)超高強(qiáng)、耐久性?xún)?yōu)異的新型水泥基建筑材料，能夠大幅度提高水泥基結(jié)構(gòu)的使用壽命、減少結(jié)構(gòu)后期的維修費(fèi)用，適應(yīng)于惡劣環(huán)境下的各類(lèi)工程和具有復(fù)雜構(gòu)件工程的需要。我國(guó)正處于大規(guī)模工程建設(shè)時(shí)期，具有優(yōu)異性能的超高強(qiáng)水泥基材料將廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中。超高強(qiáng)水泥基材料在我國(guó)的第一次應(yīng)用是2005年沈陽(yáng)用超高強(qiáng)水泥基材料(c140)預(yù)制的工業(yè)產(chǎn)房梁板，在京石客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)中超高性能水泥基材料用于制備蓋板，廣州珠江新城西塔(樓高441m)應(yīng)用了c100的超高性能水泥基材料，2016年在長(zhǎng)沙建成我國(guó)第一座超高強(qiáng)高韌水泥基橋梁，主跨達(dá)36.8米，重量較原普通水泥基材料方案減輕近1/3，承載和長(zhǎng)期性能更是大幅提升。超高強(qiáng)水泥基材料的性能優(yōu)點(diǎn)決定了其在節(jié)約材料用量、降低建筑成本和能耗上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。隨著對(duì)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的要求越來(lái)越高，超高強(qiáng)水泥基材料高強(qiáng)度、優(yōu)異的耐久性使水泥基材料結(jié)構(gòu)能夠滿(mǎn)足超高層、超大跨徑建筑的性能要求，已成為水泥基復(fù)合材料發(fā)展的重要方向。眾所周知，原材料顆粒之間的堆積優(yōu)化是制備性能優(yōu)異的水泥基材料的關(guān)鍵一步，然而目前對(duì)于超高強(qiáng)水泥基材料的設(shè)計(jì)理論的研究并不多。大多研究者都是直接給出超高強(qiáng)水泥基材料配合比，而沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的解釋或者理論支撐，其配合比設(shè)計(jì)還是以試驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)為主，這樣可能導(dǎo)致在超高強(qiáng)水泥基材料體系中有大量的膠材或其他顆粒沒(méi)有得到高效的利用，造成原材料的浪費(fèi)。另外，超高強(qiáng)水泥基材料水膠比低，漿體的粘稠度大表現(xiàn)出流動(dòng)性差，嚴(yán)重影響超高強(qiáng)水泥基材料的可泵送性能。而且，超高強(qiáng)水泥基材料粉體組成較復(fù)雜，在制備過(guò)程中對(duì)減水劑的用量比較大，減水劑不僅能吸附在水泥顆粒表面，還能在靜電的作用下吸附在粉煤灰、石灰粉、硅粉等礦物摻和料顆粒的表面。如果不能合理的控制減水劑的摻量將增加超高強(qiáng)水泥基材料的生產(chǎn)成本甚至對(duì)超高強(qiáng)水泥基材料的性能造成負(fù)面影響，如減水劑摻量過(guò)高，減水劑包裹在水泥等膠凝材料顆粒的表面，造成漿體中自由水含量過(guò)多，從而造成拌合物的離析和泌水，或者導(dǎo)致水泥水化過(guò)程長(zhǎng)，漿體的初凝和終凝時(shí)間增加；減水劑摻量過(guò)多還會(huì)引起引氣效果加強(qiáng)導(dǎo)致硬化后的水泥基材料孔隙率增加，影響材料的長(zhǎng)期性能。綜上所述，超高強(qiáng)水泥基材料設(shè)計(jì)方法的不完善以及減水劑用量偏高，是其走向綠色生態(tài)型水泥基材料需要克服的兩個(gè)重要問(wèn)題，也深刻的影響超高強(qiáng)水泥基材料的推廣應(yīng)用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的在于提供一種用于確定低減水劑用量超高強(qiáng)水泥基材料配方的設(shè)計(jì)方法。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種用于確定低減水劑用量超高強(qiáng)水泥基材料配方的設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：(1)確定基體的固體粉體組成，并測(cè)試不同固體粉體組分的粒徑分布；(2)根據(jù)修正后的andreasen和andersen緊密堆積模型得到的dinger-funk方程建立基體的緊密堆積模型，確定緊密堆積時(shí)基體中各粉體組分的體積比；(3)通過(guò)各粉體組分的密度以及步驟(2)所得各粉體組分的體積比確定每立方混凝土中各粉體組分質(zhì)量；(4)確定超高強(qiáng)水泥基材料的水膠比；(5)在基體中摻入減水劑，測(cè)定基體在不同減水劑摻量下的流動(dòng)度，確定基體的減水劑飽和摻量；(6)以步驟(5)所得基體的減水劑飽和摻量為指導(dǎo)，圍繞減水劑飽和摻量對(duì)減水劑實(shí)際摻量進(jìn)行試驗(yàn)，在保證超高強(qiáng)水泥基材料的性能要求的前提下，選擇減水劑摻量最小時(shí)各組分配比為超高強(qiáng)水泥基材料的配方。上述方案中，步驟(1)所述粉體包括水泥、礦物摻和料、細(xì)集料。上述方案中，所述礦物摻和料為硅灰、粉煤灰、礦粉和偏高嶺土中的一種或幾種。上述方案中，所述細(xì)集料為粒徑范圍在0～0.6mm、0.6～1.25m連續(xù)級(jí)配的河砂，所述河砂的含泥量不大于1.5％。上述方案中，步驟(2)所述緊密堆積模型的方程表達(dá)式如下：其中，p(d)為累積篩下顆粒百分含量；d為當(dāng)前粒徑，μm；dmin為最小粒徑，μm；dmax為最大粒徑；μm；q為分布系數(shù)，取值范圍為0.22～0.25。上述方案中，步驟(4)所述水膠比為0.15～0.35。上述方案中，所述減水劑為聚羧酸高效減水劑。上述方案中，步驟(3)中，若所述礦物摻和料的粒徑和水泥粒徑接近時(shí)，可選用礦物摻和料部分取代0～30％的水泥用量。本發(fā)明的有益效果：(1)本發(fā)明提供了用于確定低減水劑摻量高流動(dòng)度的超高強(qiáng)水泥基材料配方的設(shè)計(jì)方法，避免了用試錯(cuò)法確定減水劑的種類(lèi)和摻量，本發(fā)明利用超高強(qiáng)水泥基材料基體顆粒的分布和組成、通過(guò)基體粉體材料與減水劑之間的相互作用來(lái)確定減水劑的合理?yè)搅糠秶诖_保水泥基材料性能的同時(shí)，降低減水劑摻量，提高減水效率，提升超高強(qiáng)水泥基材料的流動(dòng)性；(2)本發(fā)明所述方法操作簡(jiǎn)單，可以準(zhǔn)確快速地確定水泥基材料所需減水劑的合理?yè)搅糠秶瑸槌邚?qiáng)水泥基材料減水劑摻量的設(shè)計(jì)提供依據(jù)；(3)本發(fā)明設(shè)計(jì)方法還能減少膠材中水泥的用量，消納一定量的固體廢棄物，制備的超高強(qiáng)水泥基材料性能(抗壓性能、流動(dòng)性性能)優(yōu)異，利于水泥基材料的可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)對(duì)能耗的降低較明顯。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例中各配合比中不同減水劑摻量時(shí)的強(qiáng)度數(shù)據(jù)，其中ref為配合比1，fa為配合比2，ggbs為配合比3。圖2為本發(fā)明實(shí)施例各配合比中不同減水劑摻量時(shí)的流動(dòng)度數(shù)據(jù)，其中ref為配合比1，fa為配合比2，ggbs為配合比3。圖3為本發(fā)明實(shí)施例配合比1的基體固體粉體組分的緊密堆積模型曲線(xiàn)圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例配合比2的基體固體粉體組分的緊密堆積模型曲線(xiàn)圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例配合比3的基體固體粉體組分的緊密堆積模型曲線(xiàn)圖。具體實(shí)施方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例1一種超高強(qiáng)水泥基材料的配方設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：(1)分別選取水泥、硅灰、河沙，水泥、硅灰、粉煤灰、河沙，以及礦粉、水泥、硅灰、河沙作為三種不同的基體粉體組成，并測(cè)試各粉體的粒徑分布；(2)建立最緊密堆積模型，結(jié)果分別如圖3、圖4和圖5所示，根據(jù)最緊密堆積模型計(jì)算的各固體粉體組分的體積比如下表1：表1三組基體各固體粉體組分的體積比(3)通過(guò)各固體粉體組分的密度以及體積比確定每立方混凝土的固體粉體組分質(zhì)量，三組基體配合比如下表2：表2三組基體配合比(kg/m3)(4)確定超高強(qiáng)水泥基材料的水膠比為0.18；(5)測(cè)定各基體不同聚羧酸高效減水劑摻量下的流動(dòng)度，并結(jié)合《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》(jc/t1083-2008)確定基體減水劑飽和摻量，配合比1的減水劑飽和摻量為2.7％、配合比2的減水劑飽和摻量為2.4％、配合比3的減水劑飽和摻量為2.4％；(6)基于超高強(qiáng)水泥基材料的性能要求(本實(shí)施例是流動(dòng)性和強(qiáng)度的性能要求)，以基體的減水劑飽和摻量作為實(shí)際減水劑用量的參考點(diǎn)，測(cè)定超高強(qiáng)水泥基材料基體在不同減水劑摻量時(shí)的流動(dòng)性和抗壓強(qiáng)度要求，最終選擇確定超高強(qiáng)水泥基材料的各組分配比。例如，將實(shí)施例制備得到的超高強(qiáng)水泥基材料在溫度20℃、濕度98％的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)，并根據(jù)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》(gb/t17671-1999)進(jìn)行28天抗壓實(shí)驗(yàn)，各基體的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如上圖1，圖1是三種不同組成的超高強(qiáng)水泥基材料基體在不同減水劑摻量時(shí)的28天抗壓強(qiáng)度，結(jié)果表明配合比2在減水劑摻量為2.5％時(shí)強(qiáng)度比平均值強(qiáng)度要高。圖2是三種不同組成的超高強(qiáng)水泥基材料基體在不同減水劑摻量時(shí)的流動(dòng)度，配合比2減水劑飽和摻量點(diǎn)流動(dòng)性?xún)?yōu)于配合比1和配合比3的減水劑飽和摻量點(diǎn)流動(dòng)性。因此，基于超高強(qiáng)水泥基材料的流動(dòng)性和強(qiáng)度要求確定配合比2為基體的優(yōu)選配合比，超高強(qiáng)水泥基材料各固體組成為：水泥：硅灰：粉煤灰：砂1(0-0.6mm)：砂2(0.6-1.25mm)＝0.3：0.035：0.13：0.37：0.165。確定減水劑摻量為膠材質(zhì)量的2.5％，水膠比為0.18。將本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比如下表3：表3實(shí)驗(yàn)結(jié)果的減水劑摻量與強(qiáng)度對(duì)比對(duì)照組別減水劑摻量/％強(qiáng)度/mpaa3.3115b15.1105b25.1120b35.1118c2.6125本發(fā)明實(shí)施例2.5123其中a：(toertel等，2013)，b1-3：(r.yu等，2014)，c：(eghafari等，2104)一般而言，當(dāng)減水劑摻量在飽和點(diǎn)附近時(shí)硬化漿體的強(qiáng)度達(dá)到最大值，摻量超過(guò)飽和點(diǎn)以后，強(qiáng)度會(huì)略有下降，另外，隨著減水劑摻量的增大，水泥砂漿的干燥收縮隨之增大。所以對(duì)減水劑摻量的合理控制意義重大，很明顯在強(qiáng)度接近的情況下，本發(fā)明的減水劑摻量較對(duì)照組要低。本發(fā)明可以在較低減水劑摻量下制備超高強(qiáng)水泥基材料，實(shí)現(xiàn)減水劑的高效合理利用。顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的實(shí)例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限制。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而因此所引申的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12