试验设计方案

2012年“徐工杯”第三届全国混凝土设计大赛设

计

方

案参赛队伍： 北方工业大学1队 参赛单位：北方工业大学建筑工程学院指导老师： 宋小软何世钦2012-3-6目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、设计总说明 2\o"CurrentDocument"二、设计方案 3\o"CurrentDocument"1.方案构思 3\o"CurrentDocument"1.1设计参数选择 3\o"CurrentDocument"1.1.1试配强度 3\o"CurrentDocument"1.1.2水泥品种及强度等级 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粗细集料总体积 5\o"CurrentDocument"1.2配合比的确定 5\o"CurrentDocument"2.方案筛选 7\o"CurrentDocument"3.方案确定 9\o"CurrentDocument"三、参考文献 11\o"CurrentDocument"四、感谢 12、设计总说明本设计方案仅仅围绕本次竞赛的主题——“轻质与高强：基于强度和容重的混凝土配合比设计”以及“以最低容重实现设计强度”的主旨展开设计和试验以达到本次大赛的设计强度45MPa。本设计方案中配制轻集料混凝土的粗集料选用北京页岩陶粒，堆积密度为670kg/m3；细集料选用普通河砂，堆积密度为1750kg/m3；水泥采用河北玉田县京螺水泥厂生产的玉梦牌P.O42.5普通硅酸盐水泥；减水剂采用北京红海鑫源科技有限公司生产的HDN-9高校减水剂。二、设计方案方案构思1.1设计参数选择设计轻集料混凝土配合比时，为使设计出的混凝土满足强度、和易性、耐久性以及经济性等方面的要求，设计前应充分了解其用途（保温、结构或结构保温）及使用条件，包括规定的最大容许容重和设计标号，结构配筋情况，施工条件以及构件和工程的使用条件，原材料的性能、价格等。在此基础上，根据需要选取设计参数。设计参数包括：试配强度、水泥品种及强度、水泥用量、集料品种、颗粒级配、堆积密度、用水量或水灰比、砂率和粗细集料总体积等。设计参数的选择是轻集料混凝土配合比设计的关键环节。参数选择得当，可配制出符合设计性能指标要求的混凝土，同时可降低成本。1.1.1试配强度基于本次比赛，设计强度应达到45MPa。根据我国《轻集料混凝土技术规程》（JGJ51-2002）的规定，轻集料混凝土的试配强度要求具有95%的保证率，试配强度可按下式确定：fcu,o>cf,k+1-645*m ⑴1）fcu,o---轻集料混凝土的试配强度，MPa；fcu,k轻集料混凝土立方体抗压强度标注差（强度等级），MPa；m 轻集料混凝土强度标注差，MPa。1.1.2水泥品种及强度等级配制轻集料混凝土所用水泥应符合国家标准《硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥》(GB175)和《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥》(GB1344)的要求。若采用其他品种的水泥时，其性能指标必须符合相应标准的要求。配制的混凝土强度越高，采用的水泥强度等级越高。基于本次试验45MPa的设计强度以及我校实验室的材料品种，我们采用尤玉田县京螺水泥厂生产的玉梦牌po42.5普通硅酸盐水泥。1.1.3水泥用量水泥用量是影响轻集料混凝土强度与密度的主要因素之一，合理的水泥用量在使混凝土达到设计性能要求的同时，还能节约水泥，降低成本。由于轻集料强度较低，且具有不规则的表面特性，因此在达到与普通混凝土相同等级的情况下，配制轻集料混凝土的水泥用量一般高于普通混凝土。1.1.4用水量与普通集料不同，轻集料的吸水率较大，由于轻集料带入混凝土中的水分是不可忽略的，因此，在设计轻集料混凝土用水量时，必须考虑轻集料的吸水性及其给水用量造成的影响。1.1.5砂率轻集料混凝土的的砂率通常以体积率来表示，即细集料的体积占集料总体积的百分比。轻集料混凝土的砂率又分为绝对体积砂率和松散体积砂率两种，实际中都用松散体积率来表示。砂率影响轻集料混凝土的容重，新拌混凝土和易性、密实性等，进而影响到混凝土的强度和耐久性。轻集料混凝土的砂率范围一般在30%~50%内，在这个范围内，相对于强度而言，轻集料混凝土的砂率又一个最佳值。随着砂率的增大，轻集料混凝土的强度和弹性模量有一定程度的提高，同时拌合物的和易性也有所改善，混凝土砂率增大会增加水泥石的密度，进而使砂浆和轻集料之间的密度差增加造成混泥土分层离析和不均匀性，降低混凝土的强度。1.1.6粗细集料总体积粗细集料总体积是指配制每一立方米轻集料混凝土所需的粗细集料松散体积的总和，是松散体积法设计轻集料混凝土配合比的一个重要参数。粗细集料总体积主要与粗集料的粒型、堆积密度，细集料的品种以及混凝土的内部结构有关。1.2配合比的确定轻集料混凝土配合比设计方法有两种：绝对体积法和松散体积法。砂轻混凝土配合比的设计适合采用绝对体积法，也可采用松散体积法；全轻混凝土的配合比设计适宜采用松散体积法。相比之下，松散体积法的设计过程更为简便，应用也比较普遍。在我国，实际过程中多用松散体积法进行轻集料混凝土配合比的设计。松散体积法以混凝土的干表观密度为基准，即假定每立方米轻集料混凝土的干表观密度为其各组成材料干燥状态下质量的总和，以此为基础，通过计算和查表，求出各组材料的质量及其总和，再经过试验调整，求出最总的配合比。以下为配合比设计的步骤：根据混凝土设计强度，选择水泥品种和标号。按式（1-1）计算混凝土的试配强度。

根据混凝土试配强度及所采用轻集料的堆积密度、粒型，选择试配的水泥用量mc。c根据粗集料的粒型及细集料的品种，确定粗细集料的总体积。根据轻集料混凝土的用途及细集料的品种，选择砂率Sp。根据所确定的粗细集料总体积（Vt）和竹p）,求出每立方米粗细集料用量。按体积计算：Vs=VtxSpVa=Vt－Vs按质量计算：叫=按质量计算：叫=VsPis式中Vs式中Vs、Va、ma=VaPiaVt——分别为细集料、粗集料和粗细集料的松散体积（m3）；msms、ma分别为细集料和粗集料的用量（婕）;Sp——松散型体积砂率（％）；Pis、Pia—分别为细集料和粗集料的堆积密度gm3）。根据轻集料混凝土拌合物的工作性要求，选择混凝土的净水用量mwn，同wnwt时根据实测的轻集料吸水率，计算出每立方米混凝土的总用水量mwtm=m+mwtwnwam=mWwa+mWwswaas式中：m式中：mwt每立方米轻集料混凝土的总用水量，kg；mwn 每立方米轻集料混凝土的净用水量，kg；mwa 每立方米轻集料混凝土的附加用水量，kg；wa————Wwa——轻粗集料1h吸水率，%；Wws——轻细集料1h吸水率，％。根据计算求得的各组成材料的用量，验算轻集料混凝土的干表观密度（pcd）pcd=Ll5叫+叫+叫式中1.15 考虑到水泥水化后，因结合水而导致的水泥质量增加系数。按照以上步骤和些许资料设计出以下五组试配阶段试验方案，每组分别做六个试块，分别测其7天强度和28天强度。这五组试验方案的配合比见表1.表1试配实验方案（kg/m3）编号水灰比水泥水砂陶粒减水剂砂率粉煤灰水胶比10.3050015088068012.556.4%20.3550017588068012.556.4%30.4050020088068035g56.4%40.4550022588068020g56.4%5自密实3921737723638.1868%1530.32方案筛选由于比赛时间的紧迫，我们对五组试配方案分别测量7天抗压强度，具体情况见表2。

表2实测7天强度和预测28天强度水灰比1230.3丿页量2.041.961.977d强度37.733.439.928d强度5851.361.30.35丿页量1.972.031.997d强度28.32929.528d强度43.544.645.40.4丿页量1.982.082.017d强度36.133.132.728d强度55.550.950.30.45丿页量2.02.01.987d强度27.527.626.228d强度42.342.540.3自密实丿页量2.12.042.017d强度28.224.223.428d强度43.437.236根据实测的7天混凝土抗压强度，以7天达到混凝土标准强度的65%初略估算28天强度。在保证达到大赛设计强度的前提下，我们保留第三组设计方案。考虑到自密实混凝土后期强度比较大将其保留。然后根据这五组反应出的强度对减水剂的用量、水灰比做出调整。根据调整后的结果我们再次设计出五组方案，每组做9个试块。其中3块测量28天强度，其余六块留作比赛。我们于3月2日对这五组进行浇注以满足大赛组委会的要求。其具体配合比见表3。表3.3月2号试验方案(kg/m3)编号水灰比水泥水砂陶粒减水剂砂率粉煤灰水胶比减水剂百分比10.40(1)5002008806802.9256.4%0.129%2自密实392173772363568%1530.320.269%30.325001608806806.6756.4%0.300%40.4(2)5002008806804.3356.4%0.192%50.435002158806801.6756.4%0.073%方案确定我们将于3月27日测定以上五组的抗压强度。根据组委会的评分规则：抗压强度权重系数35,分值计算公式为35X{1—|Qa—45)/45丨}Oa为3个试样抗压强度值的算术平均值，必须大于等于45MPa,小于等于65MPa,超出此范围，抗压强度分值与混凝土比强度分值均为0。混凝土比强度权重系数45,分值计算公式为45X{1+|(45/2400—Oa/Va)/(45/2400)|}Va为3个试样容重的算术平均值。容重大于2400kg/m3没分。试件偏差容重偏差：权重系数10,分值计算为10X{1—|(V1—Va)/Va|—|(V2—Va)/Va|}V1和V2分别为3个试样中的容重最大和最小值。强度偏差：权重系数10,分值计算为10X{1—|(O1—0a)/aa|—|(o2—aa)/aa|}o1和a2分别为3个试样中抗压强度的最大和最小实测值。大赛争议如在竞赛过程中出现争议,由竞赛评审组与中国混凝土与水泥制品协会指定的代表组成的委员会裁决。该裁决是终局的,当场生效。最终成绩最终成绩按总分高低排序,总分为各项分值之和。优秀奖、创意奖,由评委根据参赛队的混凝土配合比设计方案、试验录像和现场测试结果评出。择优选出一组作为我们的参赛作品。三、参考文献1.胡曙光、王发洲《轻集料混凝土