铁路混凝土配料理论配合比参数动态调整的全计算方法与流程

本发明属于土木工程材料，具体涉及一种铁路混凝土配料理论配合比参数动态调整的全计算方法。

背景技术：

1、高性能混凝土是一种新型高技术绿色混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术制作的混凝土，它以耐久性作为设计的主要指标。针对不同用途要求，高性能混凝土对下列性能有重点地予以保证：耐久性、工作性、适用性、力学性能、体积稳定性、经济性。优选的试验室配合比不能决定混凝土的最终质量，混凝土拌和生产中的质量控制也尤为重要。

2、现行的铁路混凝土配合比通常是依据jgj55-2011《普通混凝土配合比设计规程》、tb10424-2018《铁路混凝土工程施工质量验收标准》、tb/t3275-2018《铁路混凝土》和q/cr9207-2017《铁路混凝土施工技术规程》进行设计的。但在混凝土拌和生产中，由于消耗的砂石开采部位不同和加工、运输、装卸过程及其他不确定性的影响，而引起粗集料的级配及砂石比的调整却鲜有提及。另外，当砂的细度模数发生变化时，jgj55中只给出了“细砂”“粗砂”在配合比设计中可相应地“减少”或“增大”砂率，只给出了砂率的调整方向。规范是根据砂的细度模数范围对粗、中及细砂进行定义，定义范围比较宽泛，即使在中粗砂的范围内，如果砂的细度模数等性能指标发生变化，混凝土拌和物性能也可能发生较大的变化。生产中也只能依靠试验人员经验来反复试验调整，找到合适的砂石比，导致试验次数大幅增多，人工和时间成本增加，并且简单的调整砂石比，极易引起混凝土体积的变化，导致“涨方”或“亏方”，变相增加或减少了胶材的用量，也会使混凝土工作性能、力学性能和材料成本出现较大的差异。通常需要熟练的试验人员进行大量的试验，试验次数和效果严重依赖试验人员的经验，不同的试验人员得到的结果也可能有较大的差异。

3、可见，目前在铁路混凝土配料理论配合比参数动态调整中，对于碎石级配和砂率的调整是按照上述定性分析和经验方式得到的，在一定范围有指导意义，却无法应对原材料变化频繁导致需要在生产过程中快速准确地调整配合比的现状。因此，急需一种能够定量的反映出砂的粗细程度、碎石级配及其他性能指标变化对铁路混凝土拌和生产中碎石的连续级配、砂率及其工作性能等产生的具体影响，能够实现根据原材料的部分性能快速准确地在拌和生产过程中调整出符合优选的试验室理论配合比的力学性能、工作性能、耐久性能、经济性要求的一种铁路混凝土配料理论配合比参数动态调整的全计算方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供铁路混凝土配料理论配合比参数动态调整的全计算方法，解决了现有技术中由于原材料性能变化频繁，所导致的需要在生产过程中如何快速准确地调整配合比的问题。

2、本发明所采用的技术方案是；

3、铁路混凝土配料理论配合比参数动态调整的全计算方法，步骤1、明确优选的试验室理论配合比试验指标；步骤2、明确优选的试验室理论配合比原材料种类、用量、及性质参数；步骤3、试验检测并获取进场的砂、碎石原材料部分性能参数；步骤4、根据原材料试验检测性能参数；步骤5、对优选的试验室理论配合比进行体积分析；步骤6、计算优选的试验室理论配合比的碎石干振实体积率；步骤7、确定配料理论配合比中碎石的干振实体积率修正系数，对干振实体积率进行调整；步骤8、计算配料理论配合比中碎石的用量；步骤9、基于等浆体积法，对配料理论配合比进行体积分析；步骤10、计算配料理论配合比中砂的体积和用量、水的用量。

4、本发明的特点还在于；

5、具体步骤如下：

6、步骤1中，明确优选的试验室理论配合比试验指标包括：混凝土强度等级、设计坍落度、混凝土含气量、实测密度、水胶比；

7、步骤2中，明确优选的试验室理论配合比原材料种类，每立方米材料用量，原材料性质参数，包括：水泥密度、粉煤灰密度、矿粉密度、砂表观密度、砂饱和面干密度、砂毛体积密度、砂吸水率、砂堆积密度、砂颗粒级配及细度模数、碎石表观密度、碎石饱和面干密度、碎石毛体积密度、碎石吸水率、碎石堆积密度、碎石干振实密度、碎石合成级配曲线；

8、步骤3中，试验检测并获取进场的砂、碎石原材料部分性能参数，包括：砂表观密度、砂饱和面干密度、砂毛体积密度、砂吸水率、砂堆积密度、砂颗粒级配及细度模数、碎石单粒级颗粒级配；

9、步骤4中，根据进场原材料试验检测性能参数，将进场碎石合成级配与优选的试验室理论配合比碎石合成级配曲线拟合，确定掺配比例，并进行合成碎石表观密度、饱和面干密度、毛体积密度、吸水率、干振实密度、堆积密度性能参数检测；

10、步骤5中，根据优选的试验室理论配合比中的每立方米材料用量及含气量和原材料性能参数，对优选的试验室理论配合比进行体积分析；

11、步骤7中，根据进场砂的细度模数变化，确定配料理论配合比中碎石的干振实体积率修正系数，对配料理论配合比中碎石的干振实体积率进行调整；

12、步骤8中，计算配料理论配合比中碎石的每立方米的用量。

13、步骤2还包括：若砂的饱和面干密度无实测值，根据式(1)计算：

14、ρsc＝ρsd·(1+wxs/100)    (1)；

15、其中，ρsc为优选的试验室理论配合比中砂的饱和面干密度，ρsd为优选的试验室理论配合比中砂的毛体积密度，wxs为优选的试验室理论配合比中砂的吸水率；

16、若砂的表观密度无实测值，根据式(2)计算：

17、

18、其中，ρsa为优选的试验室理论配合比中砂的表观密度，ρsd为优选的试验室理论配合比中砂的毛体积密度，wxs为优选的试验室理论配合比中砂的吸水率；

19、若碎石的饱和面干密度无实测值，根据式(3)计算：

20、ρgc＝ρgd·(1+wxg/100)   (3)；

21、其中，ρgc为优选的试验室理论配合比中碎石的饱和面干密度，ρgd为优选的试验室理论配合比中碎石的毛体积密度，wxg为优选的试验室理论配合比中碎石的吸水率；

22、若碎石的表观密度无实测值，根据式(4)计算：

23、

24、其中：ρga为优选的试验室理论配合比中碎石的表观密度，ρgd为优选的试验室理论配合比中碎石的毛体积密度，wxg为优选的试验室理论配合比中碎石的吸水率。

25、步骤3还包括：若进场砂的饱和面干密度无实测值，根据式(5)计算：

26、ρ'sc＝ρ'sd·(1+w'xs/100)  (5)；

27、其中：ρ'sc为配料理论配合比中砂的饱和面干密度，ρ'sd为配料理论配合比中砂的毛体积密度，w'xs为配料理论配合比中砂的吸水率，

28、若进场砂的表观密度无实测值，根据式(6)计算：

29、

30、其中：ρsa为配料理论配合比中砂的表观密度，ρsd为配料理论配合比中砂的毛体积密度，wxs为配料理论配合比中砂的吸水率。

31、步骤4还包括：进场粗集料合成连续级配拟合优选的试验室理论配合比粗集料连续级配时，采用试算法；

32、若进场合成连续级配碎石饱和面干密度无实测值，根据式(7)计算：

33、ρ'gc＝ρ'gd·(1+w'xg/100)  (7)；

34、其中，ρ'gc为配料理论配合比中碎石的饱和面干密度，ρ'gd为配料理论配合比中碎石的毛体积密度，w'xg为配料理论配合比中碎石的吸水率；

35、若进场合成连续级配碎石表观密度无实测值，根据式(8)计算：

36、

37、其中：ρ'ga为配料理论配合比中碎石的表观密度，ρ'gd为配料理论配合比中碎石的毛体积密度，w'xg为配料理论配合比中碎石的吸水率。

38、步骤5还包括：在粗细集料饱和面干基准条件下，对优选的试验室理论配合比进行体积分析，根据式(9)计算：

39、

40、其中：m'w为优选的试验室理论配合比中，粗细集料饱和面干状态条件下，每立方米混凝土水的用量；mc、mf、mk为优选的试验室理论配合比中每立方米混凝土:水泥、粉煤灰以及矿粉的用量；m's、m'g、ma、α、ρw、ρc、ρf、ρk、ρsc、ρgc、ρa依次为优选的试验室理论配合比中：每立方米混凝土饱和面干状态下砂的用量、每立方米混凝土饱和面干状态下碎石的用量、每立方米混凝土外加剂的用量、每立方米混凝土含气量的体积、水的密度、水泥的密度、粉煤灰的密度、矿粉的密度、砂的饱和面干密度、碎石的饱和面干密度、外加剂的密度；

41、浆体体积分析，根据式(10)计算：

42、

43、优选的试验室理论配合比，每立方米混凝土中碎石饱和面干状态下的用量，根据式(11)计算：

44、m'g＝mg·(1+wxg/100)  (11)；

45、其中，mg为优选的试验室理论配合比中，每立方米混凝土中碎石的绝干状态下的用量，wxg为优选的试验室理论配合比中，碎石的吸水率；

46、优选的试验室理论配合比，每立方米混凝土中砂饱和面干状态下的用量，根据式(12)计算：

47、m's＝ms·(1+wxs/100)  (12)；

48、其中，ms为优选的试验室理论配合比中，每立方米混凝土中砂的绝干状态下的用量，wxs为优选的试验室理论配合比中，砂的吸水率；

49、优选的试验室理论配合比中，粗细集料饱和面干状态条件下，每立方米混凝土的用水量，根据式(13)计算：

50、m'w＝mw-ms·wxs/100-mg·wxg/100  (13)；

51、其中，mw为优选的试验室理论配合比中，粗细集料绝干状态条件下，每立方米混凝土水的用量。

52、步骤6还包括：计算优选的试验室理论配合比的碎石干振实体积率，根据式(14)计算：

53、

54、其中：vl为优选的试验室理论配合比中，每立方米混凝土中碎石的干振实体积率；ρgb为优选的试验室理论配合比中，碎石的干振实密度；

55、步骤s7还包括：确定配料理论配合比中，每立方米混凝土中碎石的干振实体积率修正系数，根据式(15)计算：

56、vx＝0.1×(mx-m'x)  (15)；

57、其中：vx为配料理论配合比中每立方米混凝土中，碎石的干振实体积率修正系数；mx为优选的试验室理论配合比中，砂的细度模数；m'x为配料理论配合比中，砂的细度模数；

58、确定配料理论配合比中碎石的干振实体积率，根据式(16)计算：

59、vt＝vl+vx  (16)；

60、其中：vt为配料理论配合比中,每立方米混凝土中碎石的干振实体积率。

61、步骤8还包括：计算配料理论配合比中，每立方米混凝土碎石绝干状态下的用量，根据式(17)计算：

62、mgt＝vt·ρ'gb  (17)；

63、其中：mgt为配料理论配合比中，每立方米混凝土碎石绝干状态下的用量，ρ'gb为配料理论配合比中，碎石干振实密度；

64、计算配料理论配合比中，每立方米混凝土碎石饱和面干状态下的用量，根据式(18)计算：

65、m'gt＝mgt·(1+w'xg/100)  (18)；

66、其中：m'gt为配料理论配合比中，每立方米混凝土碎石饱和面干状态下的用量；mgt为配料理论配合比中，每立方米混凝土碎石绝干状态下的用量；w'xg为配料理论配合比中，碎石的吸水率。

67、步骤9还包括：对配料理论配合比进行体积分析，根据式(19)计算：

68、

69、其中，m'st为配料理论配合比中，每立方米混凝土饱和面干状态下砂的用量；m'gt为配料理论配合比中，每立方米混凝土饱和面干状态下碎石的用量。

70、步骤10还包括：确定配料理论配合比中砂饱和面干状态下的体积，根据式(21)计算：

71、

72、其中：v's为配料理论配合比中，砂饱和面干状态下的体积，v为优选的试验室理论配合比中浆体的体积；

73、计算配料理论配合比中，每立方米混凝土中砂在饱和面干状态下的用量，根据式(22)计算：

74、m'st＝v's·ρ'sc  (22)；

75、其中：m'st为配料理论配合比中，每立方米混凝土中砂在饱和面干状态下的用量；

76、计算配料理论配合比中，每立方米混凝土中砂在绝干状态下的用量，根据式(23)计算：

77、

78、其中：mst为配料理论配合比中，每立方米混凝土中砂在绝干状态下的用量；w'xs为配料理论配合比中，砂的吸水率；

79、计算配料理论配合比的用水量，基于等浆体积法，粗细集料在饱和面干状态下，配料理论配合比用水量与优选的试验室理论配合比用水量相同，根据式(24)计算：

80、m'wt＝m'w＝mw-ms·wxs/100-mg·wxg/100(24)；

81、其中：m'wt为配料理论配合比中，粗细集料饱和面干状态条件下，每立方米混凝土水的用量；m'w为优选的试验室理论配合比中，粗细集料饱和面干状态条件下，每立方米混凝土水的用量；

82、确定配料理论配合比中，粗细集料在绝干状态下，每立方米混凝土的用水量，根据式(25)计算：

83、mwt＝m'wt+mst·w'xs/100+mgt·w'xg/100(25)；

84、其中：mwt为配料理论配合比中，每立方米混凝土的粗细集料在绝干状态下的用水量；mst为配料理论配合比中，每立方米混凝土中砂在绝干状态下的用量。

85、本发明的有益效果是，本发明铁路混凝土配料理论配合比参数动态调整的全计算方法，粗集料碎石连续级配及砂率和用水量的计算由原来的定性分析转变为定量分析。可以在不同水胶比下准确表达出原材料特定性质的变化对混凝土砂率产生的影响，可以更快速更精确地计算出使用不同批次材料时，混凝土的实际配料理论配合比，成本和质量控制更符合优选的试验室理论配合比的实际应用需求。粗集料连续级配及砂率和用水量的全计算过程，引入了混凝土的粗集料碎石的干振实体积率指标和修正系数，将混凝土的工作性能与原材料的用量和性质体系化。在混凝土拌和生产过程中控制混凝土工作性能的同时，还可以控制混凝土力学性能及耐久性能。在实际生产中可以快速应对材料变化对混凝土工作性能的影响，实现混凝土产品的均匀稳定。全计算过程大幅度降低对混凝土试验人员的经验依赖，针对目前混凝土原材料性能波动大的现状，能够快速准确地计算出适合不同原材料性能差异下的精确配料理论配合比，大幅减少试验次数和试验周期，提高混凝土生产过程中质量控制调整的效率。本发明能够定量的反映出砂的粗细程度、碎石级配及砂石性能指标变化对混凝土配合比的砂率和用水量产生的具体影响，能够实现根据原材料部分性能指标快速准确地调整出符合工作性能和力学性能及耐久性能要求的混凝土。