CN115677291A - 一种c50沙漠砂混凝土及其配合比设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种C50沙漠砂混凝土及其配合比设计方法，先取Dinger‑Funk模型中分布系数为0.25，得到沙漠砂和河砂混合后的理论级配，将其与沙漠砂和河砂颗粒级配规划求解，使混合后的级配与该理论级配相同，得到沙漠砂和河砂的质量比，按同样方式取分布系数为0.63，规划求解出混合砂和碎石的质量比；根据目标坍落度选包裹粗骨料砂浆厚度，进一步结合碎石的相关特征求出单方混凝土中碎石质量，再求出沙漠砂和河砂质量；根据目标强度计算单方混凝土中胶凝材料和水的质量，利用这些数据进行坍落度试验，根据目标坍落度选取减水剂用量，即可完成C50沙漠砂混凝土配合比的设计。

Description

一种C50沙漠砂混凝土及其配合比设计方法

技术领域

本发明涉及混凝土配合比设计领域，具体为一种C50沙漠砂混凝土及其配合比设计方法。

背景技术

近年来，中国西北荒漠地带基础设施建设规模不断扩大，随着建筑用砂需求量与日俱增，导致其采购及运费居高不下，在很大程度上提高了工程造价。中国沙漠砂资源丰富，若能将沙漠砂作为混凝土细骨料应用于工程建设中，对开发利用自然资源、降低建造成本和保护当地环境具有重要意义。

中国各地区沙漠砂的化学成分、颗粒级配、细度模数有明显区别，不同地区沙漠砂对混凝土力学性能、和易性等工程特性的影响具有显著差异。目前，尚无有关于沙漠砂应用的统一标准，针对沙漠砂在实际工程中的应用更是缺乏理论支撑。关于沙漠砂混凝土配合比，多根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55进行配合比设计，并根据经验设定比例等量替换普通建筑用砂，无法针对具体性能指标定量调整沙漠砂掺量。沙漠砂根据《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52对砂的粗细程度分类属于特细砂，其比表面积更大，现有的沙漠砂混凝土配合比设计未考虑到沙漠砂对混凝土工作性能带来的负面影响。此外，已有的沙漠砂混凝土配合比设计方法存在计算步骤繁琐，对混凝土工作性指标控制差的问题。

因此，如何合理采用适量沙漠砂代替普通建筑用砂，提出一种计算步骤简单、对混凝土工作性指标控制好的沙漠砂混凝土的配合比设计方法是目前沙漠砂推广应用的重要难题。

发明内容

为了克服现有沙漠砂混凝土设计的局限性，本发明提出一种C50沙漠砂混凝土及其配合比设计方法，减少了因反复试配调整带来时间、人力、材料和能源浪费，符合工程实际，具有良好的生态效益。

本发明采用以下技术方案实现：

一种C50沙漠砂混凝土，按质量比计，包括碎石905.27～1121.66份、沙漠砂249.35～253.73份、河砂352.55～458.31份、水144.45～225.43份和胶凝材料424.87～663.03份，胶凝材料为水泥和粉煤灰的混合物，水泥占胶凝材料质量的30％；

还包括占胶凝材料质量0～0.5％的减水剂。

进一步，所述的碎石满足5～25mm连续级配，减水剂为高性能聚羧酸减水剂，河砂为Ⅱ区中砂，粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰。

一种C50沙漠砂混凝土配合比的设计方法，包括如下步骤：

S1，取Dinger-Funk模型中的分布系数为0.25，得到沙漠砂和河砂混合后的理论级配，将所述理论级配、沙漠砂颗粒级配和河砂颗粒级配进行规划求解，使沙漠砂和河砂混合后的级配与所述理论级配相同，得到沙漠砂和河砂的质量比R₁；

S2，取Dinger-Funk模型中的分布系数为0.63，得到沙漠砂、河砂和碎石混合后的理论级配，将所述理论级配、混合砂颗粒级配和碎石颗粒级配进行规划求解，混合砂通过S1所得的质量比将沙漠砂与河砂混合均匀得到，使混合砂和碎石混合后的级配与所述理论级配相同，得到混合砂和碎石的质量比R₂；

S3，根据所述混凝土目标坍落度等级选择包裹粗骨料砂浆厚度，根据包裹粗骨料砂浆厚度和碎石的表观密度、紧密堆积密度、颗粒级配求出单方混凝土中碎石质量m_CA，根据m_CA、R₁和R₂求出沙漠砂质量m_DS和河砂质量m_RS；

S4，根据所述混凝土目标强度计算单方混凝土中胶凝材料质量m_B、水质量m_W，利用m_CA、m_DS、m_RS、m_B和m_W进行坍落度试验，根据目标坍落度等级选取减水剂用量，完成C50沙漠砂混凝土配合比的设计。

优选的，S1和S2所述的Dinger-Funk模型从紧密堆积模型中选用，Dinger-Funk模型的表达式为

其中P(D)为筛孔尺寸为D时的累计体积筛过率，D为骨料粒径尺寸，D_S为最小骨料粒径尺寸，D_L为最大骨料粒径尺寸，D、D_S和D_L单位均为mm。

优选的，S1将沙漠砂和河砂混合后的理论级配、沙漠砂颗粒级配和河砂颗粒级配输入到Excel中，设置沙漠砂和河砂的质量比为可变单元格，限制沙漠砂和河砂按比例混合后的级配与所述理论级配相同，规划求解得出R₁；

S2将沙漠砂、河砂和碎石混合后理论级配、混合砂颗粒级配和碎石颗粒级配输入到Excel中，设置混合砂和碎石的质量比为可变单元格，限制混合砂和碎石按比例混合后的级配与所述理论级配相同，规划求解得出R₂。

优选的，S3先用下式求出单方混凝土中碎石的绝对体积：

V_CA＝1/[(6T·∑(r_CA,i/D_CA,i)+ρ_CA/ρ'_CA]，式中ρ_CA和ρ’_CA分别为碎石的表观密度和紧密堆积密度，单位均为g/cm³，D_CA,i和r_CA,i分别为筛孔尺寸为i时碎石的等效直径和分计筛余率，等效直径D_CA,i为筛孔尺寸i与比i大的相邻筛孔尺寸的平均值，i的单位为mm，V_CA,为碎石的绝对体积，之后V_CA,和ρ_CA相乘得到m_CA；

S3先将R₂换算为砂率R_MS，再用下式求出混合砂质量m_MS＝m_CA·R_MS/(1-R_MS)，m_MS为混合砂质量，之后将R₁换算为沙漠砂掺量R_S，用下式求出m_DS：。

m_DS＝m_MS·R_S，m_RS通过m_MS和m_DS相减得到。

优选的，S4先利用普通混凝土配合比设计规程中的质量法计算单方混凝土中浆体质量m_paste，m_B＝m_paste/(1+W/B)，W/B为水胶比，根据所述混凝土目标强度计算得到，m_W通过m_paste和m_B相减得到。

进一步，还包括S5；

S5利用m_CA、m_DS、m_RS、m_B、m_W和减水剂用量，根据混凝土物理力学性能试验方法标准进行28d立方体抗压强度试验，若抗压强度同时满足f_cu,mean≥1.15·f_cu,k和f_cu,min≥0.95·f_cu,k，f_cu,mean为抗压强度试验平均值，f_cu,k为所述混凝土的抗压强度设计值，f_cu,min为抗压强度试验最小值，完成C50沙漠砂混凝土配合比的设计，否则，将水胶比减小0.05，重复计算m_B和m_W，然后重新进行后续的过程，直到满足S5所述的两个标准。

优选的，S4中胶凝材料中粉煤灰质量占胶凝材料的30％，水泥质量占胶凝材料的70％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种C50沙漠砂混凝土配合比的设计方法，先利用Dinger-Funk模型，结合目前对分布系数选取的报道，利用规划求解的方式，分别使沙漠砂和河砂混合后的级配与沙漠砂和河砂混合后的理论级配相同，混合砂和碎石混合后的级配与沙漠砂、河砂和碎石混合后的理论级配相同，其中混合砂通过将沙漠砂与河砂按比例混合均匀得到，进而得到沙漠砂和河砂的质量比和混合砂和碎石的质量比。之后可根据混凝土目标坍落度等级选择包裹粗骨料砂浆厚度，根据包裹粗骨料砂浆厚度和碎石的表观密度、紧密堆积密度、颗粒级配求出单方混凝土中碎石质量，进而求出沙漠砂质量和河砂质量；同时根据混凝土目标强度可计算单方混凝土中胶凝材料和水的质量，最后利用这些数据进行坍落度试验，可根据目标坍落度等级选取减水剂用量，即可完成C50沙漠砂混凝土配合比的设计。本发明的配合比设计方法通过Dinger-Funk模型可以直接计算出沙漠砂和河砂的质量比，以及混合砂和碎石的质量比，精确度高；坍落度取值时将沙漠砂考虑在内，因此提高了坍落度的取值精度，设计精度更高，充分合理利用了沙漠砂资源，能够完成对混凝土各组分比例的优化并高效地配制出满足目标坍落度和强度等级的沙漠砂混凝土，减少了因反复试配调整带来时间、人力、材料和能源浪费，符合工程实际，具有良好的生态效益，有利于推进沙漠区域建筑工程行业可持续发展。本发明所提出的配合比设计方法对沙漠砂混凝土骨料进行紧密堆积以优化其颗粒组成，使得沙漠砂用量和砂率的确定过程有理论依据，提高了混凝土的致密程度，改善了混凝土的力学性能，减少填充骨料空隙所需的浆体量，节约了成本，有利于环境可持续发展。此外，通过包裹粗骨料砂浆厚度调控混凝土坍落度，克服了沙漠砂混凝土工作性能差的问题。

本发明的C50沙漠砂混凝土，根据C50沙漠砂混凝土配合比的设计方法可得到每立方米中碎石、沙漠砂、河砂、水和胶凝材料的用量，进一步为了使胶凝材料达到最紧密堆积状态，可得到水泥和粉煤灰占胶凝材料的质量比，另外根据目标坍落度等级可选取合适的减水剂掺量，最终得到它们的质量比，减少了因反复试配调整带来时间、人力、材料和能源浪费，符合工程实际，具有良好的生态效益。

附图说明

图1为本发明的配合比设计流程图。

图2为塔克拉玛干沙漠砂(TS)的实物图。

图3为古尔班通古特沙漠砂(GS)的实物图。

图4为库姆塔格沙漠砂(KS)的实物图。

图5为塔克拉玛干沙漠砂(TS)、古尔班通古特沙漠砂(GS)和库姆塔格沙漠砂(KS)的XRD图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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，都属于本发明的实施范围。

本发明一种沙漠砂混凝土，配比(kg/m³)是由碎石(905.27～1121.66)、沙漠砂(249.35～253.73)、河砂(352.55～458.31)、减水剂(胶凝材料质量的0～0.5％)、水(144.45～225.43)和胶凝材料(424.87～663.03)配制而成，胶凝材料为水泥和粉煤灰。

针对上述单位做如下说明：因为在之后制备的时候，使用的模具规格为10×10×10cm，比如碎石905.27～1121.66kg/m³，则碎石需要905.27～1121.66g。

具体地，碎石需满足5～25mm连续级配，塔克拉玛干沙漠砂、古尔班通古特沙漠砂和库木塔格沙漠砂的细度模数介于0.86～1.30，河砂属于Ⅱ区中砂，粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，减水剂为高性能聚羧酸减水剂，水泥为P·O 42.5级水泥。

本发明使用的沙漠砂为塔克拉玛干沙漠砂TS、古尔班通古特沙漠砂GS或库姆塔格沙漠砂KS，它们的区别具体如下：

1.表观形态如图2、图3和图4所示；

从图2、图3和图4可以看出，TS粒径最小，GS粒径居中，KS粒径最大；TS表观颜色单一，说明其杂质较少，GS杂质较多，KS杂质最多。

2.颗粒级配如表a所示：

表a累计筛过率(％)

3.物理性能如表b所示：

表b物理性能

4.化学成分如表c和图5所示：

表c化学成分-质量百分比计

从表a和表b看出，三种沙漠砂的最大粒径为0.6mm，细度模数均小于1.5，属于特细砂，颗粒粗细程度和堆积密度为KS>GS>TS。从表c看出，SiO₂含量为GS<KS<TS。从图5的XRD图可以看出，三种沙漠砂在SiO₂处特征峰处均具有较高的反射峰，说明三种沙漠砂的主要成分均是SiO₂。

本发明一种沙漠砂混凝土配合比的设计方法，如图1所示，步骤如下：

S01：按照《建筑用砂》GB/T 14684的要求测试沙漠砂和河砂的各项性能，按照《建筑用碎石和卵石》GB/T 14685的要求测试粗骨料碎石的各项性能，按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG 3420的要求测试胶凝材料的各项性能，测试结果均满足上述对应的标准；

S02：选用紧密堆积模型中的Dinger-Funk模型

P(D)为筛孔尺寸为D时的累计体积筛过率，D为骨料粒径尺寸，单位是mm，D_S为最小骨料粒径尺寸，D_L为最大骨料粒径尺寸，取分布系数n为0.25，得到细骨料颗粒的理论级配，将细骨料颗粒的理论级配、沙漠砂级配试验结果和河砂级配试验结果(即通过S01得到的沙漠砂颗粒级配曲线和河砂颗粒级配曲线)输入Excel中，设置沙漠砂和河砂的质量比例为可变单元格，限制沙漠砂和河砂按比例混合后的级配与所述理论级配相同，规划求解得出沙漠砂和河砂的质量比并将其换算为沙漠砂掺量R_S；

分布系数n的选取依据为：n取0.1～0.4适用于不同细骨料混合时的级配计算，n取0.6～0.7适用于粗细骨料混合时的级配计算，粗、细骨料的划分界限为5mm颗粒粒径。沙漠砂与河砂混合时，n的建议取值为0.25；沙漠砂、河砂和碎石混合时，n的建议取值为0.63，可以使骨料达到最紧密堆积状态。

S03：根据S02换算的沙漠砂掺量R_S，将沙漠砂与河砂混合均匀得到混合砂，按照《建筑用砂》GB/T 14684的要求测试所述混合砂的各项性能；

S04：按照S02的Dinger-Funk模型，取分布系数n为0.63，得到沙漠砂、河砂和碎石混合后的理论级配，将所述理论级配、混合砂级配试验结果(即通过S03得到的混合砂颗粒级配曲线)和碎石级配试验结果输入Excel中，设置混合砂和碎石的质量比例为可变单元格，限制混合砂和碎石按比例混合后的级配与所述理论级配相同，规划求解得出混合砂和碎石的质量比并将其换算为砂率R_MS；

S05：确定胶凝材料的组成及质量配比：Ⅱ级粉煤灰占比R_FA＝30％，P·O42.5级水泥占比R_C＝70％，可以使胶凝材料达到最紧密堆积状态；

S06：根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55，计算混凝土目标强度等级C50对应的水胶比，简写为W/B；

S07：根据《混凝土质量控制标准》GB 50164选取混凝土目标坍落度等级，在0.30mm～1.10mm范围内选择包裹粗骨料砂浆厚度T；砂浆由水、胶凝材料、细骨料(沙漠砂+河砂)组成。

包裹粗骨料砂浆厚度T的选择依据为：目标坍落度等级S1、S2和S3对应包裹粗骨料砂浆厚度T的区间分别为0.30mm～0.58mm、0.59mm～0.89mm和0.90mm～1.10mm。

S08：混凝土可视为由粗骨料、包裹粗骨料砂浆和填充粗骨料空隙的砂浆，确定包裹粗骨料砂浆厚度后，根据粗骨料紧密堆积密度、表观密度和级配即可计算单方混凝土中碎石的绝对体积V_CA＝1/[(6T·∑(r_CA,i/D_CA,i)+ρ_CA/ρ'_CA]，式中ρ_CA和ρ’_CA分别为碎石的表观密度和紧密堆积密度，单位均是g/cm³，D_CA,i和r_CA,i分别为筛孔尺寸为i(单位是mm)时碎石的等效直径和分计筛余率，等效直径D_CA,i为筛孔尺寸i与比i大的相邻筛孔尺寸的平均值；

S09：计算单方混凝土中碎石质量m_CA＝V_CA·ρ_CA，混合砂质量m_MS＝m_CA·R_MS/(1-R_MS)，沙漠砂质量m_DS＝m_MS·R_S，河砂质量m_RS＝m_MS-m_DS；

S10：利用JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》的质量法计算单方混凝土中浆体质量m_paste＝2400-m_MS-m_CA，胶凝材料质量m_B＝m_paste/(1+W/B)，水质量m_W＝m_paste-m_B，水泥质量m_C＝m_B·R_C，粉煤灰质量m_FA＝m_B·R_FA；

S11：根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T 50080开展不同减水剂掺量下的坍落度试验，根据目标坍落度等级选取合适的减水剂掺量R_SP，计算每立方米混凝土中减水剂质量m_SP＝m_B·R_SP。

坍落度等级允许偏差具体为：坍落度等级S1的坍落度允许偏差为±10mm，坍落度等级S2的坍落度允许偏差为±20mm，其余坍落度等级的坍落度允许偏差为±30mm。

S12：根据《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T 50081进行28d立方体抗压强度试验，若抗压强度同时满足f_cu,mean≥1.15·f_cu,k和f_cu,min≥0.95·f_cu,k，配合比设计完成，否则，将水胶比减小0.05得到新的m_B和m_W并重复S10对应的步骤及其之后的步骤，f_cu,mean为抗压强度试验平均值，f_cu,k为混凝土设计强度等级值，f_cu,min为抗压强度试验最小值。

下面列举不同的目标坍落度对应C50沙漠砂混凝土配合比的具体设计方法，实施例1、实施例2和实施例3的目标坍落度等级分别为S1、S2和S3，实施例1、实施例2和实施例3所用沙漠砂分别来自塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠和库木塔格沙漠。

实施例1(编号为TSC)

一种C50沙漠砂混凝土，包括碎石、塔克拉玛干沙漠砂、河砂、水泥、粉煤灰、高性能聚羧酸减水剂和水，其配合比见表1。

表1 TSC的配合比(kg/m³)

该实施例沙漠砂混凝土的配合比通过以下步骤得到：

S01：按照《建筑用砂》GB/T 14684的要求测试塔克拉玛干沙漠砂和河砂的各项性能，结果见表2和表4，按照《建筑用碎石和卵石》GB/T 14685的要求测试粗骨料的各项性能，结果见表3和表4，按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG 3420的要求测试胶凝材料的各项性能，结果见表5和表6；

表2塔克拉玛干沙漠砂、河砂及其混合砂的性能

表3粗骨料的性能

表4骨料的累计筛过率(％)

表5 P·O42.5级水泥的性能

表6 Ⅱ级粉煤灰的性能

S02：选用紧密堆积模型中的Dinger-Funk模型

取分布系数n为0.25得到细骨料颗粒的理论级配，将细骨料颗粒的理论级配、沙漠砂级配试验结果和河砂级配试验结果输入Excel中，设置沙漠砂和河砂的比例为可变单元格，限制沙漠砂和河砂按比例混合后的级配与所述理论级配相同，规划求解得出沙漠砂和河砂的质量比并将其换算为沙漠砂掺量R_S＝35.36％；

S03：根据R_S将沙漠砂与河砂混合均匀得到混合砂，按照《建筑用砂》GB/T 14684的要求测试混合砂的各项性能，结果见表2；

S04：取分布系数n为0.63得到沙漠砂、河砂和碎石混合后的理论级配，将所述理论级配、混合砂级配试验结果和碎石级配试验结果输入Excel中，设置混合砂和碎石的比例为可变单元格，限制混合砂和碎石按比例混合后的级配与所述理论级配相同，规划求解得出混合砂和碎石的质量比并将其换算为砂率R_MS＝38.73％；

S05：确定胶凝材料的组成及质量配比：Ⅱ级粉煤灰占比R_FA＝30％，P·O42.5级水泥占比R_C＝70％；

S06：根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55，计算混凝土目标强度等级C50对应的水胶比W/B＝0.34；

S07：根据《混凝土质量控制标准》GB 50164选取混凝土目标坍落度等级S1，选择包裹粗骨料砂浆厚度T＝0.40mm；

S08：混凝土可视为由粗骨料、包裹粗骨料砂浆和填充粗骨料空隙的砂浆，确定包裹粗骨料砂浆厚度后，根据粗骨料紧密堆积密度、表观密度和级配即可计算单方混凝土中碎石的绝对体积V_CA＝1/[(6T·∑(r_CA,i/D_CA,i)+ρ_CA/ρ'_CA]＝0.426m³；

S09：计算单方混凝土中碎石质量m_CA＝V_CA·ρ_CA＝1121.66kg，混合砂质量m_MS＝m_CA·R_MS/(1-R_MS)＝709.02kg，沙漠砂质量m_DS＝m_MS·R_S＝250.71kg，河砂质量m_RS＝m_MS-m_DS＝458.31kg；

S10：利用质量法计算单方混凝土中浆体质量m_paste＝2400-m_MS-m_CA＝569.32kg，胶凝材料质量m_B＝m_paste/(1+W/B)＝424.87kg，水质量m_W＝m_paste-m_B＝144.45kg，水泥质量m_C＝m_B·R_C＝297.41kg，粉煤灰质量m_FA＝m_B·R_FA＝127.46kg；

S11：根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T 50080开展不同减水剂掺量(0、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％)下的坍落度试验，减水剂掺量为0时混凝土坍落度为5.2mm，满足目标坍落度等级S1要求，得到减水剂用量为0kg；

S12：根据《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T 50081进行28d立方体抗压强度试验，抗压强度平均值和最小值分别为57.65和56.71MPa，同时满足f_cu,mean≥1.15·f_cu,k和f_cu,min≥0.95·f_cu,k，本发明中混凝土强度为C50，因此f_cu,k＝50MPa，最终配合比与试验结果分别见表1和表7。

表7实施例1的试验结果

实施例2(编号为GSC)

一种C50沙漠砂混凝土，包括碎石、古尔班通古特沙漠砂、河砂、水泥、粉煤灰、高性能聚羧酸减水剂和水，其配合比见表8。

表8 GSC的配合比(kg/m³)

该实施例沙漠砂混凝土的配合比通过以下步骤得到：

实施例2的S01-S11与实施例1的过程相同，对应的目标坍落度等级为S2，之后按实施例1所述的S12进行试验，减水剂掺量为0时混凝土坍落度为8.24mm，不满足坍落度要求。减水剂掺量为0.1％时混凝土坍落度为38.29mm，满足坍落度要求。计算得到减水剂用量为1.12kg。抗压强度平均值和最小值分别为58.02和57.23MPa，同时满足f_cu,mean≥1.15·f_cu,k和f_cu,min≥0.95·f_cu,k，所得混凝土性能指标见表9。

表9实施例2的试验结果

实施例3(编号为KSC)

一种C50沙漠砂混凝土，包括碎石、库木塔格沙漠砂、河砂、水泥、粉煤灰、高性能聚羧酸减水剂和水，其配合比见表10。

表10 GSC的配合比(kg/m³)

该实施例沙漠砂混凝土的配合比通过以下步骤得到：

实施例3的S01-S11与实施例1的过程相同，对应的目标坍落度等级为S3，之后按实施例1所述的S12进行试验，减水剂掺量为0、0.1％和0.2％时混凝土坍落度分别为7.11、35.02和62.75mm，不满足坍落度要求。减水剂掺量为0.3％时混凝土坍落度为93.73mm，满足坍落度要求。计算得到减水剂用量为2.12kg。抗压强度平均值和最小值分别为59.23和58.10MPa，同时满足f_cu,mean≥1.15·f_cu,k和f_cu,min≥0.95·f_cu,k，所得混凝土性能指标见表11。

表11实施例3的试验结果

由表7、表9和表11可以看出，TSC、GSC和KSC的坍落度均分别在目标坍落度等级S1、S2和S3范围内，达到了坍落度设计等级要求。各实施例的28d抗压强度也均超过57.5MPa，达到了C50强度设计等级要求。还可以发现，将沙漠砂作为细骨料部分替代普通建筑用砂，对沙漠砂混凝土骨料进行紧密堆积优化了其颗粒组成，再加至粉煤灰部分替换水泥，即充分利用了沙漠资源，又减小了水泥的使用量，节约了成本。

Claims (9)

1.一种C50沙漠砂混凝土，其特征在于，按质量比计，包括碎石905.27～1121.66份、沙漠砂249.35～253.73份、河砂352.55～458.31份、水144.45～225.43份和胶凝材料424.87～663.03份，胶凝材料为水泥和粉煤灰的混合物，水泥占胶凝材料质量的30％；

还包括占胶凝材料质量0～0.5％的减水剂。

2.根据权利要求1所述的C50沙漠砂混凝土，其特征在于，所述的碎石满足5～25mm连续级配，减水剂为高性能聚羧酸减水剂，河砂为Ⅱ区中砂，粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰。

3.一种C50沙漠砂混凝土配合比的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，取Dinger-Funk模型中的分布系数为0.25，得到沙漠砂和河砂混合后的理论级配，将所述理论级配、沙漠砂颗粒级配和河砂颗粒级配进行规划求解，使沙漠砂和河砂混合后的级配与所述理论级配相同，得到沙漠砂和河砂的质量比R₁；

S2，取Dinger-Funk模型中的分布系数为0.63，得到沙漠砂、河砂和碎石混合后的理论级配，将所述理论级配、混合砂颗粒级配和碎石颗粒级配进行规划求解，混合砂通过S1所得的质量比将沙漠砂与河砂混合均匀得到，使混合砂和碎石混合后的级配与所述理论级配相同，得到混合砂和碎石的质量比R₂；

S3，根据所述混凝土目标坍落度等级选择包裹粗骨料砂浆厚度，根据包裹粗骨料砂浆厚度和碎石的表观密度、紧密堆积密度、颗粒级配求出单方混凝土中碎石质量m_CA，根据m_CA、R₁和R₂求出沙漠砂质量m_DS和河砂质量m_RS；

S4，根据所述混凝土目标强度计算单方混凝土中胶凝材料质量m_B、水质量m_W，利用m_CA、m_DS、m_RS、m_B和m_W进行坍落度试验，根据目标坍落度等级选取减水剂用量，完成C50沙漠砂混凝土配合比的设计。

4.根据权利要求3所述的C50沙漠砂混凝土配合比的设计方法，其特征在于，S1和S2所述的Dinger-Funk模型从紧密堆积模型中选用，Dinger-Funk模型的表达式为

其中P(D)为筛孔尺寸为D时的累计体积筛过率，D为骨料粒径尺寸，D_S为最小骨料粒径尺寸，D_L为最大骨料粒径尺寸，D、D_S和D_L单位均为mm。

5.根据权利要求3所述的C50沙漠砂混凝土配合比的设计方法，其特征在于，S1将沙漠砂和河砂混合后的理论级配、沙漠砂颗粒级配和河砂颗粒级配输入到Excel中，设置沙漠砂和河砂的质量比为可变单元格，限制沙漠砂和河砂按比例混合后的级配与所述理论级配相同，规划求解得出R₁；

S2将沙漠砂、河砂和碎石混合后理论级配、混合砂颗粒级配和碎石颗粒级配输入到Excel中，设置混合砂和碎石的质量比为可变单元格，限制混合砂和碎石按比例混合后的级配与所述理论级配相同，规划求解得出R₂。

6.根据权利要求3所述的C50沙漠砂混凝土配合比的设计方法，其特征在于，S3先用下式求出单方混凝土中碎石的绝对体积：

V_CA＝1/[(6T·∑(r_CA,i/D_CA,i)+ρ_CA/ρ'_CA]，式中ρ_CA和ρ’_CA分别为碎石的表观密度和紧密堆积密度，单位均为g/cm³，D_CA,i和r_CA,i分别为筛孔尺寸为i时碎石的等效直径和分计筛余率，等效直径D_CA,i为筛孔尺寸i与比i大的相邻筛孔尺寸的平均值，i的单位为mm，V_CA,为碎石的绝对体积，之后V_CA,和ρ_CA相乘得到m_CA；

S3先将R₂换算为砂率R_MS，再用下式求出混合砂质量m_MS＝m_CA·R_MS/(1-R_MS)，m_MS为混合砂质量，之后将R₁换算为沙漠砂掺量R_S，用下式求出m_DS：

m_DS＝m_MS·R_S，m_RS通过m_MS和m_DS相减得到。

7.根据权利要求3所述的C50沙漠砂混凝土配合比的设计方法，其特征在于，S4先利用普通混凝土配合比设计规程中的质量法计算单方混凝土中浆体质量m_paste，m_B＝m_paste/(1+W/B)，W/B为水胶比，根据所述混凝土目标强度计算得到，m_W通过m_paste和m_B相减得到。

8.根据权利要求7所述的C50沙漠砂混凝土配合比的设计方法，其特征在于，还包括S5；

S5利用m_CA、m_DS、m_RS、m_B、m_W和减水剂用量，根据混凝土物理力学性能试验方法标准进行28d立方体抗压强度试验，若抗压强度同时满足f_cu,mean≥1.15·f_cu,k和f_cu,min≥0.95·f_cu,k，f_cu,mean为抗压强度试验平均值，f_cu,k为所述混凝土的抗压强度设计值，f_cu,min为抗压强度试验最小值，完成C50沙漠砂混凝土配合比的设计，否则，将水胶比减小0.05，重复计算m_B和m_W，然后重新进行后续的过程，直到满足S5所述的两个标准。

9.根据权利要求3所述的C50沙漠砂混凝土配合比的设计方法，其特征在于，S4中胶凝材料中粉煤灰质量占胶凝材料的30％，水泥质量占胶凝材料的70％。

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