本发明涉及一种混凝土
技术领域：
，具体是一种高性能再生混凝土配合比设计。
背景技术：
：由于再生混凝土的耐久性能、变形性能等性能低于普通混凝土，使得再生混凝土结构性能较普通混凝土结构有不同程度的降低，这成了再生混凝土在结构工程中应用的最大障碍。组合结构能使刚才(或钢纤维等增强材料)和混凝土两种不同性质的材料扬长避短，各自发挥其特长，具有一系列有点。如果将再生混凝土应用于组合结构中，可以使结构具有组合结构的优点，弥补再生混凝土的不足。因而，这将为再生混凝土应用于结构工程提供广阔的前景，实现对废弃混凝土的最有效的利用，但还有很多工作需要进一步展开。利用工业废渣加工成的矿物掺合料部分取代水泥用于生产再生产混凝土，可以减轻工业废渣，如粉煤灰、矿渣和钢渣等的占用土地及环境污染问题，减少水泥用量及水泥生产过程中的能源、资源消耗和污染气体排放量，还可以提高再生混凝土的耐久性能。通过加入碳纤维、钢纤维、玻璃纤维、聚酯纤维等掺合料改善再生混凝土的质量和性能。因而，充分利用工业废渣和掺合料生产高性能再生混凝土，是混凝土行业可持续发展中的重要方向。随着高性能再生混凝土技术的发展，再生混凝土的各项性能可得到大幅度改善，可研制C60以上的高性能再生混凝土。“高性能再生混凝土”既是一个新的概念，也是一项高技术产物，是当今世界混凝土技术的一个重要发展方向。包括世界上发达国家和国内的一些科研单位，目前也仅是处于一些探索性的工作上。再生混凝土近年来虽然一直是一个研究热点，但由于受技术难度和经济性的限制，目前也仅限于理论研究和试验室阶段，还未有大规模高强度高性能再生混凝土应用于实际工程中。事实上，大多数研究者和工程技术人员，特别是在国内，目前仍主要局限在再生骨料和再生混凝土的基本性能研究以及高强度再生混凝土的尝试，缺乏对应用理论和工程技术的投入。显而易见，这种现状难以在大规模工程应用和商品化混凝土水平上实现根本性的突破。鉴于未来混凝土的高强高性能化的发展趋势，本人认为再生混凝土未来应该走高性能化路线，这样才能在与天然骨料混凝土的激烈竞争中占一席之地，才能实现其巨大的经济效益、社会效益和环境效益。一般来说，再生混凝土的高性能化需要加入一定量的矿物掺合料和化学外加剂。加入一定比例的无机矿物磨细粉料，如粉煤灰、硅灰、矿渣粉、沸石粉等掺合料，这在普通混凝土中已得到较普遍的应用。试验和工程实践表明，这些掺合料同样也使用于再生混凝土，其中应用最多的是粉煤灰。再生混凝土中加入粉煤灰，可以显著改善混凝土拌和物的和易性，减少水泥用量，提高混凝土的强度并改善其耐久性能，收到很好的技术经济效果。鉴于未来混凝土的高强高性能化的发展趋势，本人认为再生混凝土未来应该走高性能化路线，这样才能在与天然骨料混凝土的激烈竞争中占一席之地，才能实现其巨大的经济效益、社会效益和环境效益。一般来说，再生混凝土的高性能化需要加入一定量的矿物掺合料和化学外加剂。加入一定比例的无机矿物磨细粉料，如粉煤灰、硅灰、矿渣粉、沸石粉等掺合料，这在普通混凝土中已得到较普遍的应用。试验和工程实践表明，这些掺合料同样也使用于再生混凝土，其中应用最多的是粉煤灰。再生混凝土中加入粉煤灰，可以显著改善混凝土拌和物的和易性，减少水泥用量，提高混凝土的强度并改善其耐久性能，收到很好的技术经济效果。用于再生混凝土的粉煤灰掺量、设计粉煤灰混凝土配合比的超量系数、取代水泥率、配合比的设计方法等，可参考普通混凝土和轻骨料混凝土的相关规程。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种高性能再生混凝土配合比设计，以解决上述
背景技术：
中提出的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高性能再生混凝土配合比设计，方法如下：(1)确定再生混凝土配制强度f′cu,0：公式如(I)所述，f′cu,0＝f′cu,k+tσ(I)；(2)确定水泥抗压强度fce：公式如(II)所述，fce＝γc·fce,k(II)；(3)再生骨料回归系数α′a，α′b的取值；(4)确定计算再生混凝土的水灰比公式如(III)所述，(5)再生混凝土附加用水量的计算：公式如(IV)所述，mΔw＝2.15％mRCAmΔw＝2.15％mRCA(IV)；(6)确定再生混凝土单位用水量：公式如(V)所述，m′w0＝165+mΔw(V)；(7)确定再生混凝土水泥用量：公式如(VI)所述，(8)确定砂率；(9)计算砂、石用量；公式如(VII)所述，作为本发明进一步的方案：步骤(1)中t的取值为1.645。作为本发明进一步的方案：步骤(3)中根据再生粗骨料的外形和性能进行参考设定。作为本发明进一步的方案：步骤(5)中根据再生骨料表面附着部分水泥砂浆进行参考设定。作为本发明进一步的方案：步骤(6)中再生混凝土拌和物粗骨料使用破碎、分级符合要求的废弃卵石混凝土制作而成，且施工要求的坍落度为10mm～30mm。作为本发明进一步的方案：步骤(8)中对于采用最大粒径为40mm的再生粗骨料配制的混凝土，按碎石类取值；当水灰比为0.39时，其砂率值可取βs＝30％。与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)普通混凝土的配合比设计。为再生混凝土及高性能化的配合比设计研究提供参考和对照；(2)再生混凝土的配合比设计。再生骨料的高吸水率，设计再生混凝土配合比时需要增加相应的附加用水量；再生骨料的特性有别于碎石和卵石，设计配合比时应该选用相应的回归系数A、B；(3)减水剂再生混凝土的配合比设计。由于减水剂的吸附分散作用、湿润作用和润滑作用，只要使用少量的水就能容易地将混凝土拌和均匀，从而改善再生混凝土拌和物的和易性；(4)粉煤灰再生混凝土的配合比设计。粉煤灰掺入混凝土中，可以改善混凝土拌和物的和易性、降低混凝土的水化热，使混凝土的弹性模量提高，提高混凝土抗化学侵蚀性、抗掺等耐久性；(5)硅灰再生混凝土的配合比设计。硅灰掺入混凝土中，可以改善混凝土拌和物的和易性、降低混凝土的水化热，还可以使混凝土的早期强度提高。具体实施方式下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1-8一种高性能再生混凝土配合比设计，方法如下：(1)确定再生混凝土配制强度f′cu,0：公式如(I)所述，f′cu,0＝f′cu,k+tσ(I)；(2)确定水泥抗压强度fce：公式如(II)所述，fce＝γc·fce,k(II)；(3)再生骨料回归系数α′a，α′b的取值；(4)确定计算再生混凝土的水灰比公式如(III)所述，(5)再生混凝土附加用水量的计算：公式如(IV)所述，mΔw＝2.15％mRCAmΔw＝2.15％mRCA(IV)；(6)确定再生混凝土单位用水量：公式如(V)所述，m′w0＝165+mΔw(V)；(7)确定再生混凝土水泥用量：公式如(VI)所述，(8)确定砂率；(9)计算砂、石用量；公式如(VII)所述，作为本发明进一步的方案：步骤(1)中t的取值为1.645。作为本发明进一步的方案：步骤(3)中根据再生粗骨料的外形和性能进行参考设定。作为本发明进一步的方案：步骤(5)中根据再生骨料表面附着部分水泥砂浆进行参考设定。作为本发明进一步的方案：步骤(6)中再生混凝土拌和物粗骨料使用破碎、分级符合要求的废弃卵石混凝土制作而成，且施工要求的坍落度为10mm～30mm。作为本发明进一步的方案：步骤(8)中对于采用最大粒径为40mm的再生粗骨料配制的混凝土，按碎石类取值；当水灰比为0.39时，其砂率值可取βs＝30％。实施例8普通混凝土配合比我国普通混凝土配合比设计的基本思路是：混凝土的配合比设计取决于水灰比、用水量和砂率三个参数。根据混凝土的配制强度和水泥的实际强度，由鲍罗米(Bolomy)公式计算得到水灰比；根据坍落度和粗骨料的最大粒径确定单位立方混凝土的用水量，然后根据粗骨料的最大粒径和水灰比选择适宜的砂率，最后即可根据体积法或质量法确定砂和石子的用量，经过试配和调整完成混凝土的配合比。下面以配制强度等级为C30的普通混凝土为例，对普通混凝土进行配合比设计。配制设计强度等级为C30的普通混凝土试件，要求强度保证率95％，施工要求坍落度10mm～30mm，采用机械搅拌机械振捣，采用的材料规格如下：水泥：普通硅酸盐水泥，强度等级32.5，水泥密度3.10g/cm3；砂子：河中砂，级配合格，表观密度为2640kg/m3，含水率1％；石子：卵石，粒径5mm～40mm，级配合格，表观密度为2680kg/m3；水：自来水。表8.1σ参考值(无历史资料时)混凝土等级强度C10～C20C25～C40C50～C60σ(MPa)4.05.06.0表8.2混凝土最大水灰比和最小水泥用量限制(JGJ55-2000)注：①当用活性产和料取代部分水泥时，表中的最大水灰比及最小水泥用量即为替代前的水灰比和水泥用量。②配制C15级及其以下等级的混凝土，可不受本表限制。1.确定混凝土配制强度(fcu,o)根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000)[47]规定，由于无混凝土强度历史资料，因此按表8.1选取σ，σ＝4.0MPa。取P(％)＝95％，相应的t值为1.645。由公式8.1[47]计算混凝土的配制强度(fcu,o)。fcu,o＝fcu,k+tσ(8.1)fcu,o＝30+1.645×5.0＝38.23MPa2.确定水灰比无实测强度时，根据公式8.2[47]计算水泥28d实测抗压强度值(fce)：fce＝γc·fce,k(8.2)fce＝1.12×32.5＝36.4MPaγc——水泥强度值的富余系数，根据水泥生产质量来确定，本文取1.12(一般可取1.06～1.25)。根据公式8.3[47]计算混凝土水灰比(卵石混凝土：αa＝0.48,αb＝0.33)根据规程[85]，查表8.2知，水灰比为0.40时，符合混凝土耐久性要求。表8.3塑性混凝土单位用水量选用表(kg/m3)注：①本表用量系采用中砂的平均取值。采用细砂时，1m3混凝土用水量可增加5kg～10kg；采用粗砂则可减少5kg～10kg。②掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。③本表不适用于水灰比小于0.40或大于0.80的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土。3.确定单位用水量(mw0)混凝土拌和物施工要求的坍落度为10mm～30mm。根据规程[47]，查表8.3，对于最大粒径为40mm的卵石配制的混凝土。当所需坍落度为10mm～30mm时，1m3混凝土的用水量选用mw0＝150kg。4.确定水泥用量(mc0)查表8.2，mc0＝375kg＞200kg，符合耐久性要求。所以mc0＝375kg。表8.4混凝土砂率选用(％)注：①本表数值系中砂的选用砂率，对细砂或粗砂，可相应地减小或增大砂率。②只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率应适当增大。③对薄壁构件，砂率取偏大值。④本表中的砂率指砂与骨料总量的重量比。⑤本表适用于坍落度10mm～60mm的混凝土。对于坍落度大于60mm的混凝土，应在上表的基础上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1％的幅度予以调整。坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。5.确定砂率(βs)查表8.4，对于采用最大粒径为40mm的卵石配制的混凝土。当水灰比为0.40时，其砂率值可取βs＝24％。6.计算砂、石用量(ms0、mg0)体积法：ρc——水泥的密度，g/cm3(或kg/L)；ρw——水的密度，g/cm3(或kg/L)；ρ0s——砂的密度，g/cm3(或kg/L)；ρ0g——卵石的密度，g/cm3(或kg/L)；不掺引气型外加剂时，α取1。解联立方程8.5得，ms0＝461kg，mg0＝1459kg。7.计算细骨料自然状态的吸湿率(rwc)利用细骨料(砂)的含水率(rwc)的公式和实测砂的含水率1％，反算细骨料(砂)吸湿后的质量(m～s0)：式中rwc——细骨料(砂)的吸湿(含水)率(％)；ms0——每立方米细骨料(砂)干燥状态下的用量(kg)；m′s0——每立方米细骨料(砂)吸湿后的用量(kg)。因此解之m′s0＝466kg调整后水的单位用量(m′w0)按下式(8-7)计算：m′w0＝mw0-(m′s0-ms0)(8.7)所以m′w0＝150-(466-461)＝145kg1m3混凝土各材料用量为：水泥375kg，水145kg，砂466kg，碎石1459kg。于是得到普通混凝土的配合比为，水泥：砂：石：水＝1：1.24：3.89：0.39。类似地，同样可以计算出强度等级为C20、C25、C35混凝土各材料的单位用量，于是得到各强度等级混凝土的配合比，如表8.5所示。表8.5混凝土配合比按设计配合比试拌一定体积的混凝土，测定混凝土拌和物的和易性。若拌和物不符合设计要求，调整的方法如下：实测坍落度小于设计要求，保持水灰比不变，增加水泥浆，每增大10mm坍落度，约须增加水泥浆5％～8％；实测坍落度大于设计要求，保持砂率不变增加骨料，每减少10mm坍落度，约增加骨料5％～10％；粘聚性、保水性不良，单独加砂，即增大砂率。8.2再生混凝土配合比再生混凝土由于所用骨料的孔隙率和吸水率高、不同来源的粗骨料性能差异大以及由此带来的颗粒强度和弹性模量较低等特点，再生混凝土还不可能像普通混凝土那样，用一个较公认的强度公式作为混凝土配合比设计的基础。虽然国内外都有不少研究者也曾提出各种各样的强度公式，但都存着在一定的局限性，不能满足再生骨料性能差异较大的要求，离实际应用还有差距。所以，现阶段主要还是在普通混凝土公式的基础上，修正部分参数并通过试验的方法来确定各组分材料的用量。下文将在邓寿昌、张学兵等提出的再生混凝土附加用水量的计算方法[45]和回归系数αa、αb取值[44]的基础上对再生混凝土进行配合比设计。8.2.1再生粗骨料主要特性本试验采用的再生骨料来源为长沙市人民中路与芙蓉中路交汇处路段因重修而产生的废弃混凝土，经人工破碎而成。其主要粒径分为0～5mm的再生细骨料，5～10mm、10～20mm、20～30mm和30～40mm四种再生粗骨料。为了节约混凝土的水泥用量，提高混凝土密实度和强度，混凝土粗骨料的总表面积应尽可能减少，其空隙率应尽可能降低。粗骨料最大粒径与其总表面大小紧密相关，在条件许可的情况下，粗骨料的最大粒径应尽量大些。当骨料的级配较好时，填充骨料间孔隙所需要的水泥浆量较少，从而可以降低水泥的用量。为了使再生粗骨料的级配与普通混凝土类似，对后四种粒径范围的再生粗骨料按一定比例进行了重新组合，取组合后堆积密度最大的一个级配为所需的级配。通过测试发现，当采用表8.6所示的级配时，其堆积密度最大。堆积密度为1280kg/m3表观密度为2410kg/m3，再生粗骨料压碎指标值为15左右，天然骨料的压碎指标值为4.04，显然，再生骨料的压碎指标显著高于天然粗骨料，但仍能满足《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000)[47]对Ⅱ类粗骨料压碎指标值的要求(压碎指标值≤16)。表8.6再生粗骨料级配表粒径范围(mm)5～10mm10～20mm20～30mm30～40mm比例(％)203525208.2.2再生混凝土配合比设计的新方法8.2.2.1再生混凝土配合比设计中附加用水量的新概念再生骨料表面附着相当部分水泥砂浆，其孔隙率较大，导致再生骨料的吸水率远大于天然骨料的吸水率。所以在伴制再生混凝土拌和物时，为了保持其工作性、流动性及和易性，需要在普通混凝土设计用水量(W)的基础上增加再生骨料比天然骨料多出部分的吸附水，这部分吸附水称之为再生混凝土的附加用水量(ΔW)，他的作用是使再生混凝土保持在设计强度不变的情况下，再生混凝土的塌落度与普通混凝土的塌落度保持一致。8.2.2.2再生混凝土用水量的计算原理和量化公式根据前述提出的再生混凝土配合比设计附加用水量的新概念，本文提出再生混凝土配合比设计用水量的计算原理，即：“再生混凝土用水量＝普通混凝土用水量+再生混凝土骨料的附加用水量”，其量化的数学表达式是：WR＝W+ΔW(8.8)式中W——单位体积混凝土设计用水量(kg/m3)；ΔW——单位体积再生混凝土设计附加用水量(kg/m3)；WR——单位体积再生混凝土设计用水量(kg/m3)。8.2.2.3再生混凝土细、粗骨料附加用水量的计算原理和量化公式如果再生混凝土的骨料是由再生细骨料+再生粗骨料组成，则再生混凝土附加用水量＝再生细骨料附加用水量+再生粗骨料附加用水量，即：ΔW＝ΔWs+ΔWg(8.9)式中ΔWs——单位体积再生细骨料设计用水量(kg/m3)；ΔWg——单位体积再生粗骨料设计用水量(kg/m3)。进一步的分析(8.9)式，发现(ΔWs、ΔWg)还应当包括再生细、粗骨料自身的吸湿率(r′s、r′g)、再生细、粗骨料的吸水率(r′ws、r′ws)、再生细；粗骨料在普通混凝土中的掺加率(rrs、rrg)，即再生混凝土中的再生细、粗骨料取代天然细、粗骨料的比率，这样就考虑全面了，因此，本文提出再生混凝土细附加用水量的计算原理：“再生细骨料附加用水量＝再生细骨料在饱和状态的吸水量—再生细骨料自然状态过程中吸收潮湿空气中的水分量。其数学表达式：ΔWs＝r′wsrrsms0-r′srrsms0＝(r′ws-r′s)rrsms0(8.10)式中ms0——每立方米再生混凝土细骨料用量(kg/m3)；r′ws——再生细骨料的吸水率(％)；r′s——再生细骨料的吸湿(含水)率(％)；rrs——再生细骨料的取代率(％)；同理：再生混凝土粗骨料附加用水量的计算原理：“再生粗骨料附加用水量＝再生粗骨料在饱和状态的吸水量-再生粗骨料自然状态过程中吸收潮湿空气中的水分量。其数学表达式：ΔWg＝r′wgrrgmg0-r′grrgmg0＝(r′wg-r′g)rrgmg0(8.11)mg0——每立方米再生混凝土粗骨料用量(kg/m3)；r′wg——再生粗骨料的吸水率(％)；r′g——再生粗骨料的吸湿(含水)率(％)；rrg——再生粗骨料的取代率(％)。8.2.2.4混凝土细、粗骨料的吸水性和吸湿性定义1混凝土细、粗骨料的吸水性是指吸细、粗骨料在饱和状态下吸收水分多少的性质。一般可用质量吸水率(％)或体积吸水率(％)表示。细骨料的吸水性按下式计算：式中ms——混凝土细骨料干燥状态的质量(kg)；mws——混凝土细骨料吸水饱和状态的质量(kg)；rws——混凝土细骨料的吸水率(％)；粗骨料的吸水性按下式计算：式中mg——混凝土粗骨料干燥状态的质量(kg)；mwg——混凝土粗骨料吸水饱和状态的质量(kg)；rwg——混凝土粗骨料的吸水率(％)。定义2再生混凝土细、粗骨料的吸水性是指再生细、粗骨料在饱和状态下吸收水分的多少。亦可用质量吸水率(％)或体积吸水率(％)表示。再生细骨料的吸水性按下式计算：式中m′ws——再生细骨料吸水饱和状态的质量(kg)；m′s——再生细骨料干燥状态的质量(kg)；r′ws——再生混凝土细骨料的吸水率(％)；再生粗骨料的吸水性按下式计算：m′wg——再生粗骨料吸水饱和状态的质量(kg)；m′g——再生粗骨料干燥状态的质量(kg)。r′wg——再生混凝土粗骨料的吸水率(％)。定义3混凝土细、粗骨料的吸湿性是指在细、粗骨料在自然状态下吸收空气潮湿水分的多少。这一性质也可用质量吸湿率(％)和体积吸湿率(％)表示，也可称之为自然含水率(％)或自然吸湿率(％)，按下式计算：混凝土细骨料的吸湿性按下式计算：式中mds——混凝土细骨料吸湿(含水)后的质量(kg)；rs——混凝土细骨料的吸湿(含水)率(％)。式中mdg——混凝土粗骨料吸湿(含水)后的质量(kg)；rg——混凝土粗骨料的吸湿(含水)率(％)。定义4再生混凝土细、粗骨料的吸湿性是指在再生细、粗骨料在自然状态下吸收空气潮湿水分的多少。这一性质也可用质量吸湿率(％)和体积吸湿率(％)表示，也可称之为自然含水率(％)或自然吸湿率(％)。再生混凝土细骨料的吸湿性按下式计算：式中m′ds——再生混凝土细骨料吸湿(含水)后的质量(kg)；r′s——再生混凝土细骨料的吸湿(含水)率(％)。再生混凝土粗骨料的吸湿性按下式计算：式中m′ds——再生粗骨料含水(吸湿)后的质量(kg)；r′g——再生混凝土粗骨料的吸湿(含水)率(％)。8.2.2.5再生骨料附加用水量(ΔW)的实用计算公式公式(8.8)～(8.19)式在理论上解决了再生混凝土附加用水量，(ΔW)的计算公式，计算过程涉及物理因子较多，有些关键的影响物理量的精确取值还有十分困难，如再生粗骨料的吸水率(rwga)的确定就不是一个容易的数值，不可能每次配比前都做一次实验测定。一般情况下，文献[83]的研究表明：在计算混凝土中各项材料的配合比时，应以饱和面状态的骨料为基准来计算用水量，这样不会影响混凝土的用水量和骨料用量，因为呈饱和面状态的骨料既不从再生混凝土中吸取水分，也不向再生混凝土拌合物中释放水分。配制再生混凝土拌和物时，根据对实验数据的分析，干燥状态再生骨料的附加用水量ΔW在时间(t)约束下附加用水量可按张学兵—邓寿昌提出的实用公式计算[83]：式中：mRCA——再生骨料的质量(kg)；t——搅拌至养护的计算时间(min)。(11)式中的时间因数取t＞24h为好，可使再生骨料的吸附水最为充分，则(8.20)式的简化公式如下[83]：ΔW＝0.0215mRCA(8.21)再生混凝土配合比设计中的，由于再生粗骨料的外形和性能都有别于天然碎石和卵石，所以不能按照文献[32]的规定来选用回归系数αa、αb的取值。根据邓寿昌、张学兵的研究[44]，对于100％再生粗骨料+天然砂配制的再生混凝土，不掺外加剂时，回归系数的取值为：α′a＝0.56；α′b＝0.7。本文将在再生混凝土附加用水量(ΔW)的计算公式和回归系数αa′、α′b取值的基础上，研究再生混凝土配合比设计的新方法。8.2.3再生混凝土配合比设计配制设计强度等级为C20的再生混凝土试件，要求强度保证率95％，施工要求坍落度10mm～30mm，采用机械搅拌机械振捣，采用的材料规格如下：水泥：普通硅酸盐水泥，强度等级32.5，水泥密度3.10g/cm3；砂子：河中砂，级配合格，表观密度为2640kg/m3，含水率1％；粗骨料：再生粗骨料，粒径5mm～40mm，级配合格，表观密度为2410kg/m3；水：自来水。1.确定再生混凝土配制强度(f′cu,0)再生混凝土的强度受很多因素的影响，在设计再生混凝土的配合比时，必须考虑其可能产生的偏差(一般用标准差表示)，保证配制出的混凝土强度在一定范围内高出设计强度，即要求配制强度具有保证率。借鉴《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000)[47]，再生混凝土的配制强度可以按公式8.22确定。由于无混凝土强度历史资料，因此按表8.1选取σ，σ＝4.0MPa。根据JGJ55—2000[47]规定，取P(％)＝95％，相应的t值为1.645。f′cu,0＝f′cu,k+tσ(8.22)式中f′cu,k——再生混凝土立方体抗压强度标准值(MPa)；t——概率度，与强度保证率P(％)＝95％相对应,建议值取；t＝1.645；σ——再生混凝土强度标准差(MPa)，按表1取值4.0。f′cu,0——再生混凝土配制强度(MPa)。所以f′cu,0＝f′cu,k+tσ＝20+1.645×4.0＝26.58(MPa)。2.水泥抗压强度(fce)值的确定当无水泥28d抗压强度实测值时,fce的计算与普通混凝土配合比计算方法相同，按(8.2)式计算，可直接得到相同的计算值：fce＝36.4MPa。3.再生骨料回归系数α′a，α′b的取值由于再生粗骨料的外形和性能都有别于天然碎石和卵石，所以不能完全按照文献[60]的规定来选用再生骨料回归系数α′a和α′b。根据文献[61]，对于100％再生粗骨料+天然砂配制的再生混凝土，不掺外加剂时，回归系数的取值为：α′a＝0.56,α′b＝0.70。4.确定计算再生混凝土的水灰比根据文献[83]，利用类比理论可得到再生混凝土水灰比的计算公式：式中α′a，α′b——再生混凝土的回归系数；——再生混凝土水灰比。所以5.再生混凝土附加用水量的计算由于再生骨料表面附着部分水泥砂浆，其孔隙率较大，导致再生骨料的吸水率大于天然骨料的吸水率。所以在伴制再生混凝土拌和物时，为了保持其工作性，需要增加相应的附加用水量(mΔw)。按(8.21)式的简化形式计算：mΔw＝2.15％mRCA(t＞24h)(8.24)m′w0＝mw0+mΔw(8.25)式中mw0——按普通混凝土配合比设计方法计算的单位用水量(kg)；mΔw——考虑再生骨料吸水率大而额外增加的用水量(kg)；m′w0——再生混凝土拌和物时的总用水量(kg)。6.确定再生混凝土单位用水量(m′w0)再生混凝土拌和物粗骨料使用破碎、分级符合要求的废弃卵石混凝土制作而成，此种再生骨料应属于再生碎石骨料，而不是再生卵石骨料，施工要求的坍落度为10mm～30mm。对于最大粒径为40mm的废弃卵石混凝土制作的再生混凝土，当所需坍落度为10mm～30mm时，1m3再生混凝土的用水量按表8.3，碎石类取值，选用mw0＝165kg。所以m′w0＝165+mΔw7.确定再生混凝土水泥用量(m′c0)式中m′c0——每立方米再生混凝土的水泥用量，kg；所以8.确定砂率(βs)根据文献[74]，对于采用最大粒径为40mm的再生粗骨料配制的混凝土，按碎石类取值。当水灰比为0.39时，其砂率值可取βs＝30％。9.计算砂、石用量(m′s0、m′g0)在体积法中：m′w0用mw0+mΔw来取代，得到新的体积法的计算公式：式中m′c0——每立方米再生混凝土的水泥用量，kg；mΔw——每立方米再生混凝土的附加用水量，kg；m′s0——每立方米再生混凝土的细骨料用量，kg；m′g0——每立方米再生混凝土的粗骨料用量，kg；ρ0gR——再生粗骨料的密度，kg/L；不掺引气型外加剂时，α取1，有：解联立方程(8.27)式得，m′c0＝380kg，mΔw＝25kg，m′s0＝503kg，m′g0＝1173kg。根据规程[47]，查表知，m′c0＝380kg＞200kg，符合耐久性要求。所以m′c0＝380kg。考虑砂的含水率rwc＝1％可得：1m3混凝土各材料用量为：水泥380kg，水185kg，砂508kg，再生粗骨料1173kg。类似地，同样可以计算出强度等级为C25、C30、C35再生混凝土各材料的单位用量，于是得到各强度等级再生混凝土的配合比。如表8.7所示：表8.7再生混凝土配合比注：表中CRCi表示再生混凝土的设计强度等级。按设计配合比试拌一定体积的再生混凝土，测定再生混凝土拌和物的和易性。若拌和物不符合设计要求，可按普通混凝土的方法进行调整。8.3减水剂再生混凝土配合比8.3.1减水剂混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的用以改善混凝土性能的物质。外加剂在混凝土中的掺量不多(一般不大于水泥质量的5％)，但可以显著改善混凝土拌和物的和易性，明显提高混凝土的物理力学性能和耐久性。目前，外加剂在混凝土中的应用非常普遍，称为制备优良性能混凝土的必备条件，被称为混凝土的第五组分。其中，应用最广泛的一种是减水剂。减水剂是指在混凝土拌和物坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂。减水剂之所以能减水，是由于它是一种表面活性剂，混凝土对减水剂的吸附和分散作用，减水剂还有湿润和润滑作用。在混凝土组成材料种类和用量不变的情况下，往混凝土中掺入减水剂，混凝土拌和物的流动性将显著提高。若要维持混凝土拌和物的流动性不变，则可减少混凝土的加水量。以配制强度等级为C25的再生混凝土为例，对减水剂再生混凝土进行配合比设计。8.3.2减水剂再生混凝土配合比设计已知再生混凝土设计强度等级为C25，要求强度保证率95％，施工要求坍落度10mm～30mm，采用机械搅拌机械振捣。为提高再生混凝土强度，在再生混凝土中掺入聚羧酸系高效减水剂，采用的材料规格如下：水泥：普通硅酸盐水泥，强度等级32.5，水泥密度3.10g/cm3；砂子：河中砂，级配合格，表观密度为2640kg/m3，含水率1％；粗骨料：再生粗骨料，粒径5mm～40mm，级配合格，表观密度为2410kg/m3；水：自来水。减水剂：深圳市五山建材实业有限公司生产的WS-PC型聚羧酸系高效减水剂，密度1.08g/cm3。(推荐用量：掺量为胶凝材料的1.0％，减水28％。),具有微引气作用。1.确定混凝土配制强度(f′cu,o)借鉴《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000)[47]，再生混凝土的配制强度可以按公式8.22确定。由于无混凝土强度历史资料，因此按表8.1选取σ，σ＝4.0MPa。根据JGJ55—2000[47]规定，取P(％)＝95％，相应的t值为1.645。f′cu,0＝f′cu,k+tσ(8.22)所以f′cu,0＝f′cu,k+tσ＝25+1.645×5.0＝33.23(MPa)。2.水泥抗压强度(fce)值的确定当无水泥28d抗压强度实测值时，fce的计算与普通混凝土配合比计算方法相同，按(8.2)式计算，可直接得到相同的计算值：fce＝36.4MPa。3.再生骨料回归系数α′a，α′b的取值由于再生粗骨料的外形和性能都有别于天然碎石和卵石，所以不能完全按照文献[61]的规定来选用再生骨料回归系数α′a和α′b。根据文献[60]，对于100％再生粗骨料+天然砂配制的再生混凝土，掺外加剂时，α′a＝0.33,α′b＝-0.56。4.确定计算再生混凝土的水灰比根据文献[83]，利用类比理论可得到再生混凝土水灰比的计算公式：所以5.再生混凝土附加用水量的计算再生混凝土附加用水量按(8.21)式的简化形式计算：mΔw＝2.15％mRCA(t＞24h)(8.24)m′w0＝mw0+mΔw(8.25)6.确定再生混凝土单位用水量(m′w0)对于最大粒径为40mm的废弃卵石混凝土制作的再生混凝土，当所需坍落度为10mm～30mm时，1m3再生混凝土的用水量按表8.3，碎石类取值，选用mw0＝165kg。所以m′w0＝165+mΔw7.确定再生混凝土水泥用量(m′c0)式中m′c0——每立方米再生混凝土的水泥用量，kg；所以8.确定砂率(βs)根据文献[74]，对于采用最大粒径为40mm的再生粗骨料配制的混凝土，按碎石类取值。当水灰比为0.45时，其砂率值可取βs＝28％。9.计算砂、石用量(m′s0、m′g0)体积法：掺引气型外加剂时，α＝2～4。WS-PC型聚羧酸系高效减水剂具有微引气作用，取α＝2解联立方程8.15得，m′c0＝422kg。查表8.2，C0＝422kg＞200kg，符合耐久性要求。所以C0＝422kg。掺入的减水剂是为了提高混凝土的强度，所以保持再生持混凝土水泥用量不变，即，水泥：mce＝m′s0＝422kg水：mwe＝165×(1-28％)＝119kg砂、石：用体积法计算，解联立方程8.33得，mse＝483kg，mge＝1242kg，mΔwe＝27kg。减水剂掺量：mJ＝m′c0×1.0％＝422×1.0％＝4.22kg考虑砂的含水率rwc＝1％可得：1m3混凝土各材料用量为：水泥422kg，水141kg，砂483kg，再生粗骨料1242kg，减水剂掺量4.22kg。类似地，同样可以计算出强度等级为C20、C30、C35再生混凝土各材料的单位用量，于是得到各级减水剂再生混凝土的配合比。如表8.8所示：表8.8减水剂再生混凝土配合比注：表中CRCi是为了方便比较，并不是表示加入减水剂后再生混凝土的设计强度等级。按设计配合比试拌一定体积的混凝土，测定混凝土拌和物的和易性。若拌和物不符合设计要求，可按普通混凝土的方法进行调整。8.4粉煤灰再生混凝土配合比混凝土掺合料是指在混凝土搅拌前或在搅拌过程中，与混凝土其它组分一起，直接加入人造或天然的矿物材料以及工业废料，掺量一般不大于水泥重量的5％。其目的是为了改善混凝土性能、调节混凝土强度等级和节约水泥用量等。掺合料与水泥混合材料在种类上基本相同，主要有粉煤灰、硅灰、磨细矿渣粉以及其它工业废渣。粉煤灰是目前用量最大，使用范围最广的掺合料。8.4.1粉煤灰当锅炉以磨细的煤粉作为燃料时，煤粉喷入炉膛中，以细颗粒火团的形式进行燃烧，释放出热量，煤中的有机物燃烧后挥发，而煤中的固定碳和矿物杂质燃烧后收缩成球状液，经迅速冷却而成为粉煤灰。粉煤灰主要从火力发电厂的烟气中收集而得到，我国绝大多数电厂排放的粉煤灰为低钙灰。粉煤灰的颗粒形貌主要是玻璃微珠，玻璃微珠有空心和实心之分。空心微珠又有薄壁与后壁之分，前者能漂浮在水面上，又叫做“漂珠”，其活性高。粉煤灰的化学成分主要有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3等。粉煤灰由于其本身的化学成分、结构和颗粒形状等特征，掺入混凝土中可产生三种效应：活性效应、形态效应和微骨料效应，总称为“粉煤灰效应”。粉煤灰掺入混凝土中，可以改善混凝土拌和物的和易性、可泵性、可塑性，能降低混凝土的水化热，使混凝土的弹性模量提高，提高混凝土抗化学侵蚀性、抗掺、抑制碱—骨料反应等耐久性。粉煤灰取代混凝土中部分水泥后，混凝土的早期强度有所降低，但后期强度可以赶上甚至超过未掺粉煤灰的混凝土。以配制强度等级为C30的再生混凝土为例，按照《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GBJ146—1990)[102]，对粉煤灰再生混凝土进行配合比设计。8.4.2粉煤灰再生混凝土配合比设计已知再生混凝土设计强度等级为C30，要求强度保证率95％，施工要求坍落度10mm～30mm，采用机械搅拌机械振捣，在再生混凝土中掺入粉煤灰，采用的材料规格如下：水泥：普通硅酸盐水泥，强度等级32.5，水泥密度3.10g/cm3；砂子：河中砂，级配合格，表观密度为2640kg/m3，含水率1％；粗骨料：再生粗骨料，粒径5mm～40mm，级配合格，表观密度为2410kg/m3；粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰，密度为2200kg/m3；水：自来水。依据GBJ146—1900[102]超量取代法，计算粉煤灰再生混凝土配合比。1.再生混凝土的基准配合比。(1)确定再生混凝土配制强度(f′cu,o)按公式8.1确定再生混凝土配制强度(f′cu,o)fcu,o＝fcu,k+tσ＝30+1.645×5.0＝38.23MPa(2)确定水灰比无实测强度时，根据公式8.2计算水泥28d实测抗压强度值(fce)：fce＝γc·fce,k＝1.12×32.5＝36.4MPa根据相关研究[74]，对于100％再生粗骨料+天然砂配制的再生混凝土，不掺外加剂时，α′a＝0.56,α′b＝0.70。查表8.2知，水灰比为0.39符合混凝土耐久性要求。(3).确定单位用水量(mw0)混凝土拌和物施工要求的坍落度为10mm～30mm。查表8.3，对于最大粒径为40mm的再生粗骨料配制的混凝土。按碎石类取值，当所需坍落度为10mm～30mm时，1m3混凝土的用水量选用mw0＝165kg。(4).确定水泥用量(m′c0)(5).确定砂率(βs)查表8.4，对于采用最大粒径为40mm的再生粗骨料配制的混凝土，按碎石类取值。当水灰比为0.39时，其砂率值可取βs＝27％。(6).计算砂、石用量(m′s0、m′g0)体积法：不掺引气型外加剂时，α取1。解联立方程8.17得，m′c0＝487kg，mΔw＝28kg，m′s0＝429kg，m′g0＝1159kg。查表8.2，m′s0＝487kg＞200kg，符合耐久性要求。所以m′s0＝487kg。考虑砂的含水率βs＝1％可得：1m3再生混凝土中水泥、砂、再生粗骨料和水的用量分别为m′s0＝487kg，m′s0＝433kg，m′g0＝1159kg，m′w0＝186kg。按照表8.9[102]选取粉煤灰取代水泥率f(％)＝15％，按表8.10[80]选取超量系数K＝1.5。表8.9粉煤灰取代水泥百分率(βc)(JGJ28-1986)混凝土等级普通水泥(％)矿渣水泥(％)C15以下15～2510～20C2010～1510C25～C3015～2010～15注：①以32.5级水泥配制成的混凝土取表中下限制；以42.5级水泥配制的混凝土取上限值。②C20以上的混凝土宜采用Ⅰ、II级粉煤灰；C15以下的素混凝土可采用III级粉煤灰。③在预应力混凝土中的取代水泥率：普通水泥不大于15％；矿渣水泥不大于10％。2.确定粉煤灰取代水泥量(F)、总掺量(Ft)及超量部分重量(Fe)F＝487×15％＝73kgFt＝1.5×73＝110kgFe＝110-73＝37kg表8.10粉煤灰的超量系数3.确定水泥用量(mce)mce＝m′c0-Fmce＝487-73＝414kg4.确定调整后砂的重量(mse)ρf——粉煤灰的密度，kg/m3。5.1m3粉煤灰再生混凝土各组成材料的用量(kg)：mse＝414，Ft＝110，mse＝389，mw0＝186，m′g0＝1159。类似地，同样可以计算出强度等级为C20、C25、C35粉煤灰再生混凝土各材料的单位用量，于是得到各级粉煤灰再生混凝土的配合比。如表8.11所示：表8.11粉煤灰再生混凝土配合比注：表中CRCi是为了方便比较，并不是加入粉煤灰剂后表示再生混凝土的设计强度级。按设计配合比试拌一定体积的混凝土，测定混凝土拌和物的和易性。若拌和物不符合设计要求，可按普通混凝土的方法进行调整。8.5硅灰再生混凝土配合比8.5.1硅灰硅灰是在生产硅铁、硅钢或其他硅金属时，高纯度石英和煤在电弧炉中还原所得到的以无定形SiO2为主要成分的球状玻璃体颗粒粉尘。硅灰颗粒极细，平均粒径为0.1μm～0.2μm。硅灰活性极高，火山灰活性指标高达110％。其中的SiO2在水化早期就于Ca(OH)2发生反应，可配制出100MPa以上的高强混凝土。硅灰取代水泥后，其作用与粉煤灰类似，可改善混凝土拌和物的和易性，降低水化热，提高混凝土抗化学侵蚀性、抗冻、抗渗，抑制碱—骨料反应，且效果比粉煤灰好得多。另外，硅灰掺入混凝土中，可使得混凝土的早期强度提高。硅灰需水量比为134％左右，若掺量过大，将会使水泥变得十分粘稠。在土建工程中，硅灰的掺量一般为胶凝材料的5％～15％且必须同时掺入高效减水剂。硅灰的掺加方法分为内掺和外掺，①内掺：在加水量不变的前提下，硅灰可取代水泥并保持混凝土抗压强度不变而提高混凝土的其它性能；②外掺：水泥用量不变，掺加硅灰则显著提高混凝土强度和其它性能。以配制强度等级为C20的硅灰混凝土为例，采用外掺法，对硅灰再生混凝土进行配合比设计。8.5.2硅灰再生混凝土配合比设计已知再生混凝土设计强度等级为C35，要求强度保证率95％，施工要求坍落度10mm～30mm，采用机械搅拌机械振捣，在再生混凝土中掺入硅灰，采用的材料规格如下：水泥：普通硅酸盐水泥，强度等级32.5，水泥密度3.10g/cm3；砂子：河中砂，级配合格，表观密度为2640kg/m3，含水率1％；粗骨料：再生粗骨料，粒径5mm～40mm，级配合格，表观密度为2410kg/m3；硅灰：长沙市博赛特建筑工程材料有限公司生产的微硅粉，密度为2200kg/m3，需水量比134％(推荐用量：一般为胶凝材料用量的5％～10％)；水：自来水。减水剂：深圳市五山建材实业有限公司生产的WS-PC型聚羧酸系高效减水剂，密度1.08g/cm3。(推荐用量：一般为胶凝材料用量的1.0％时，减水28％)。1.确定混凝土配制强度(f′cu,o)按公式2.1确定再生混凝土配制强度(f′cu,o)fcu,o＝f′cu,k+tσ＝35+1.645×5.0＝43.23MPa2.确定水灰比无实测强度时，根据公式8.2[85]计算水泥28d实测抗压强度值(fce)：fce＝36.4MPa根据相关研究[88]，对于100％再生粗骨料+天然砂配制的再生混凝土，掺外加剂时，α′a＝0.33,α′b＝-0.56。查表8.2知，水灰比为0.33符合混凝土耐久性要求。3.确定单位用水量(mw0)混凝土拌和物施工要求的坍落度为10mm～30mm。查表8.3，对于最大粒径为40mm的再生粗骨料配制的混凝土。当所需坍落度为10mm～30mm时，1m3混凝土的用水量选用mw0＝165kg。4.确定水泥用量(mc0)5.确定砂率(βs)查表8.4，对于采用最大粒径为40mm的再生粗骨料配制的混凝土，按碎石类取值。当水灰比为0.33时，其砂率值可取βs＝27％。6.计算砂、石用量(m′s0、m′g0)体积法：掺引气型外加剂时，α＝2～4。WS-PC型聚羧酸系高效减水剂具有微引气作用，取α＝2解联立方程8.20得，m′c0＝573kg。查表8.2，m′c0＝573kg＞200kg，符合耐久性要求。所以m′c0＝573kg。掺入的减水剂是为了提高混凝土的强度，所以保持再生持混凝土水泥用量不变，即，水泥：mce＝m′c0＝573kg7.确定硅灰掺量(K)按推荐用量选取硅灰掺加率f(％)＝8％。硅灰掺量K＝573×8％＝46kg8.确定单位用水量(mwe)硅灰的需水量：(由上文表8.8可知，)调整后单位用水量：mwe＝(1-28％)mw0+mwk+mΔwe＝72％×165+15+mΔwe＝134+mΔwe砂、石：用体积法计算，解联立方程8.21得，mse＝424kg，mge＝1147kg，mΔwe＝25kg。减水剂掺量：J＝m′c0×1.0％＝573×1.0％＝5.73kg9.计算调整后砂的用量(m′se)硅灰的体积应按下式8.13[92]计算，即在砂料中扣除同体积的砂重，求出调整后的砂重(m′se)。调整后的砂重10.考虑砂的含水率βs＝1％可得，1m3硅灰再生混凝土的各种材料用量为：mc0＝573kg，K＝46kg，m′se＝373kg，mge＝1147kg，mwe＝155kg，J＝5.73kg。类似地，同样可以计算出强度等级为C20、C25、C30再生混凝土各材料的单位用量，于是得到各级硅灰再生混凝土的配合比。如表8.12所示：表8.12硅灰再生混凝土配合比注：表中CRCi是为了方便比较，并不是表示加入硅灰后再生混凝土的设计强度等级。按设计配合比试拌一定体积的混凝土，测定混凝土拌和物的和易性。若拌和物不符合设计要求，可按普通混凝土的方法进行调整。8.6复掺再生混凝土的配合比复掺技术是指在混凝土中加入两种或两种以上不同掺合料或外加剂，改善混凝土的性能。其中“双掺”是在混凝土中加入两种不同的掺合料或外加剂；“三掺”是在混凝土中加入三种不同的掺合料或外加剂。8.6.1双掺再生混凝土配合比设计根据上文减水剂再生混凝土、粉煤灰再生混凝土的配合比设计的方法，在再生混凝土中同时加入减水剂和粉煤灰(本文以下简称为双掺再生混凝土)，计算出双掺再生混凝土各材料的单位用量。双掺再生混凝土的配合比设计可以按以下步骤进行：①先计算再生混凝土中加入粉煤灰的配合比，即粉煤灰再生混凝土配合比；②再计算加入减水剂后的再生混凝土配合比，即在粉煤灰再生混凝土配合比的基础上，计算加入减水剂的配合比。计算结果如表8.13所示。表8.13双掺再生混凝土配合比8.6.2三掺再生混凝土配合比设计在再生混凝土中同时加入减水剂、粉煤灰、硅灰(本文以下简称为三掺再生混凝土)，计算出三掺再生混凝土各材料的单位用量。三掺再生混凝土的配合比设计可以按以下步骤进行：①先计算再生混凝土中加入粉煤灰的配合比，即粉煤灰再生混凝土配合比；②再计算加入减水剂后的再生混凝土配合比，即在粉煤灰再生混凝土配合比的基础上，计算加入减水剂的配合比；③最后计算加入硅灰后的配合比。计算结果如表8.14所示。表8.14三掺再生混凝土配合比按设计配合比试拌一定体积的混凝土，测定混凝土拌和物的和易性。若拌和物不符合设计要求，可按普通混凝土的方法进行调整。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。当前第1页1 2 3