一种建筑垃圾透水混凝土配合比设计方法与流程

1.本发明属于透水混凝土材料技术领域，尤其涉及一种建筑垃圾透水混凝土配合比设计方法。


背景技术：

2.透水混凝土作为一种具有透水、透气及质轻等特点，在海绵城市建设中发挥着重要作用。透水混凝土主要是由粗骨料、胶凝材料、外加剂及水等原材料组成，形成具有一定空隙率的混凝土，常见应用于人行道、园林景区道路及服务区等，同时可有效减少内涝、降低噪声、减缓热岛效应、改善土壤生态环境等。但随着应用范围的推广，施工要求的变化，对透水混凝土的原材料、工作性能等均提出了一定要求，为此我们需要创新透水混凝土的配合比设计方法，同时拓宽透水混凝土原材料的来源。
[0003][0004]
在《透水水泥混凝土路面技术规程》中仅采用粗集料制备透水混凝土，且在配合比设计过程中是粗集料掺量仅于粗集料本身密度有关，与空隙率无关，通过控制胶结料用量来实现设计空隙率，该手段不利于透水混凝土强度和工作性能的控制，不便于现场施工作业。邢菊香等在《一种钨尾矿透水混凝土及其制备方法》中说明了一种钨尾矿透水混凝土制备方法，给定各组分掺量的范围，在配合比设计过程中无法直接计算或设计空隙率；粗骨料为 5～16mm粒径，无法计算各档集料用量，同时由于干涉作用在大粒径集料骨架形成过程中会出现不稳定现象。陈修和等在《一种透水混凝土空隙率计算方法》中通过混合料配合比，计算透水混凝土空隙率，是基于单一粒径石料、水泥胶浆裹附厚度一定等条件下计算出结果，是对透水混凝土配合比设计结束后实际空隙率的验算。李彬等在《一种高性能透水性混凝土制备方法及其应用》中选用10～20mm骨料，根据规范确定混凝土强度和设计透水系数确定的粒径、浆体面积及厚度等，并无明确计算各组分的方法，同时采用连续级配，在计算浆体面积和厚度过程中比表面积误差较大，导致实际结果不宜控制。王激扬等在《再生砖混透水混凝土的配合比设计方法及其应用》中采用再生骨料替代部分天然骨料，根据设计空隙率、结合《透水水泥混凝土路面技术规程》中配合比设计方法进行各组分掺量计算。


技术实现要素：

[0005]
针对透水混凝土在推广应用施工过程中，常遇到的强度与工作性能不匹配，空隙率不易控制等问题，本发明采用单一粒径建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细骨料两种集料，基于填充理论、干涉理论，通过理论计算出建筑垃圾透水混凝土各组分掺量，进而制备出具有良好透水效果、便于施工的透水混凝土。
[0006]
为解决上述问题，本发明提供以下的技术方案：
[0007]
一种建筑垃圾透水混凝土配合比设计方法，包括如下步骤：
[0008]
(1)所述的建筑垃圾透水混凝土包括建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细骨料、水泥、水及外加剂；
[0009]
(2)所述建筑垃圾透水混凝土中各组分掺量按以下公式计算：
[0010][0011][0012][0013][0014]
m5＝β*m3[0015]
式中：
[0016]
m1为建筑垃圾粗骨料质量(kg)；ρ1为建筑垃圾粗骨料堆积密度(kg/m3)；
[0017]
m2为建筑垃圾细骨料质量(kg)；ρ2为建筑垃圾细骨料堆积密度(kg/m3)；
[0018]
m3为水泥的质量(kg)；ρ3为水泥的密度(kg/m3)；
[0019]
m4为水的质量(kg)；m5为外加剂的质量(kg)；
[0020]
为设计空隙率(％)；α为单一粒径骨料堆积空隙率(％)；
[0021]
β为外加剂掺量占水泥质量分数(％)；为水胶比。
[0022]
(3)所述的建筑垃圾透水混凝土中建筑垃圾粗骨料粒径为4.75～9.5mm，建筑垃圾细骨料粒径为1.18～2.36mm。
[0023]
本发明的进一步技术：
[0024]
优选的，所述的建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细骨料均为单一粒径集料，且形成间断级配。
[0025]
优选的,建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细骨料、水泥的密实体积和为水、外加剂体积不计入其中。
[0026]
优选的，α为单一粒径集料堆积空隙率，范围为26％～48％。
[0027]
优选的，为水胶比，范围为0.28～0.32。
[0028]
本发明的有益技术效果是：
[0029]
(1)本发明一种建筑垃圾透水混凝土配合比设计方法，采用粒径为 4.75～9.5mm建筑垃圾粗骨料形成透水混凝土骨架结构，提升混凝土整体强度和稳定性；利用粒径为1.18～2.36mm建筑垃圾细骨料填充粗骨料骨架空隙，增加骨料接触面，利于水泥胶凝材料浆桥的形成，提高透水混凝土强度。
[0030]
(2)本发明一种建筑垃圾透水混凝土配合比设计方法，基于填充理论、干涉理论，采用空隙率设计方法计算各组分掺量，降低不同粒径集料之间的干涉作用，同时保证了细集料能较好填充在骨架空隙中，同时实现空隙率的控制，保证透水混凝土透水效果。
[0031]
(3)本发明一种建筑垃圾透水混凝土配合比设计方法，从性能角度出发，在保证透水混凝土空隙率同时，利用断级配的集料组成混凝土骨架，再填充水泥胶凝材料，采用4.75～9.5mm建筑垃圾粗骨料和1.18～2.36mm建筑垃圾细骨料，在保证填充效果同时避免混合料离析现象的出现，同时可增强混合料的工作性能，在增强的同时可保证施工现场作业的
便利性。、
[0032]
(4)本发明一种建筑垃圾透水混凝土配合比设计方法，可以通过调整集料的堆积状态，进而控制胶凝材料的掺量，实现对混合料强度和工作性能的优化。
具体实施方式
[0033]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例而不是全部。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。
[0034]
本发明提供一种建筑垃圾透水混凝土配合比设计方法，包括如下步骤：
[0035]
(1)所述的建筑垃圾透水混凝土包括建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细骨料、水泥、水及外加剂；
[0036]
(2)所述建筑垃圾透水混凝土中各组分掺量按以下公式计算：
[0037][0038][0039][0040][0041]
m5＝β*m3[0042]
式中：
[0043]
m1为建筑垃圾粗骨料质量(kg)；ρ1为建筑垃圾粗骨料堆积密度(kg/m3)；
[0044]
m2为建筑垃圾细骨料质量(kg)；ρ2为建筑垃圾细骨料堆积密度(kg/m3)；
[0045]
m3为水泥的质量(kg)；ρ3为水泥的密度(kg/m3)；
[0046]
m4为水的质量(kg)；m5为外加剂的质量(kg)；
[0047]
为设计空隙率(％)；α为单一粒径骨料堆积空隙率(％)，范围为26％～48％。；
[0048]
β为外加剂掺量占水泥质量分数(％)；为水胶比，范围为0.28～0.32。
[0049]
(3)所述的建筑垃圾粗骨料、建筑垃圾细骨料均为单一粒径集料，且形成间断级配，所述的建筑垃圾透水混凝土中建筑垃圾粗骨料粒径为 4.75～9.5mm，建筑垃圾细骨料粒径为1.18～2.36mm。
[0050]
单一粒径堆积空隙率计算如下：借用球体代替骨料的颗粒进行模拟，简化计算，虽实际上骨料不是球体，但他们颗粒间的排列、堆积的基本关系，还是和球体颗粒相同。
[0051]
简单立方体堆积—最松散的颗粒排列堆积
[0052]
根据球体进行计算得到，在颗粒排列堆积的最松状况条件下，如果粒径相同，不管粒径大小，其空隙率总是相同的，其空隙率为48％。
[0053]
棱柱体或棱柱体空间堆积—最紧密的排列堆积
[0054]
同样经过几何知识进行推算得到，在最紧密的排列堆积的条件下，其空隙率也不随粒径大小变化，总为26％。
[0055]
因此，可知对于单一粒径而言，空隙率大小不决定于粒径大小，而决定于排列状况，最松状况排列时，空隙率为48％，最紧密状况时空隙率为26％，当然这些都是在假设立方体容器边长和骨料直径理想状况下的计算结果。
[0056]
实施例1：
[0057]
选用4.75～9.5mm建筑垃圾粗骨料、1.18～2.36mm建筑垃圾细骨料、水泥、水、外加剂制备透水混凝土，原材料的密度如表1所示。
[0058]
表1原材料密度
[0059]
材料密度(kg/m3)建筑垃圾粗骨料1470建筑垃圾细骨料1544水泥3000水1000外加剂1120
[0060]
配制空隙率为15％的透水混凝土，水胶比为0.30，则各组分掺量为：
[0061]
m1＝(1-0.15)*1470＝1249.5kg
[0062][0063][0064][0065]
m5＝β*m3＝0.003*368.2＝1.8kg
[0066]
在透水混凝土配合比设计过程中，基于填充理论，通过模型计算，对于单一粒径集料，在最松状况排列时空隙率为48％,在最紧密状况时空隙率为 26％。在上述配合比设计过程中，选用在最松排列状况，集料堆积空隙率为 48％，外加剂掺量占水泥质量的3
‰
。
[0067]
最终制备出的透水混凝土配方如下表2所示：
[0068]
表2制备1立方建筑垃圾透水混凝土所需各组分质量
[0069][0070]
[0071]
设计空隙率为15％，配合比为建筑垃圾粗骨料掺量为1249.5kg、建筑垃圾细骨料为630.0kg、水泥为587.5kg、水为176.3kg、外加剂为1.8kg，测定其抗压强度为34.7mpa，透水系数为0.673mm/s。
[0072]
实施例2：
[0073]
设计空隙率为18％，配合比为建筑垃圾粗骨料掺量为1205.4kg、建筑垃圾细骨料为607.7kg、水泥为566.8kg、水为170.0kg、外加剂为1.7kg，测定其抗压强度为29.8mpa，透水系数为0.706mm/s；
[0074]
实施例3：
[0075]
设计空隙率为20％，配合比为建筑垃圾粗骨料掺量为1176kg、建筑垃圾细骨料为592.9kg、水泥为553.0kg、水为165.9kg、外加剂为1.6kg，测定其抗压强度为27.4mpa，透水系数为0.762mm/s。
[0076]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。