(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211198869.2 (22)申请日 2022.09.29 (71)申请人 四川华西绿舍建材有限公司 地址 610051 四川省成 都市成华区成华大 道二段298号 (72)发明人 敬尧　路珏　张颜科　杨迎　 欧阳戈一 　 (74)专利代理 机构 成都九鼎天元知识产权代理 有限公司 51214 专利代理师 刘小彬 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/18(2006.01) (54)发明名称 一种机制砂制备超高性能混凝土的设计方 法 (57)摘要 本发明公开了一种机制砂制备超高性能混 凝土的设计方法， 属于建材技术领域。 本发明的 设计方法包括： 步骤1.对机制砂按照粒径分为至 少三段级配； 步骤2.测定配比原材料的性能； 步 骤3.采用紧密堆积计算方法获得砂的紧密堆积 配比； 步骤4.根据拟定的混凝土强度等级计算水 胶比和钢纤维掺量范围； 通过规划求解确定单位 体积混凝土中组分间的体积分数关系； 步骤5.根 据体积分数关系确定各组分质量关系； 步骤6.根 据工作性能调整外加剂用量。 本发 明首次提出了 基于紧密堆积理论充分利用机制砂配制具有优 良级配的骨料体系。 本发明方法简单明确、 通过 科学的计算节约大量掺比试验， 从微观原理上将 材料的性能最大化， 设计的材料具有良好工作性 能。 权利要求书3页 说明书7页 CN 115510654 A 2022.12.23 CN 115510654 A 1.一种机制砂制备超高性能混凝 土的设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1.将洁净度符合要求的机制砂按照公称粒径分为i个级配等级进行存储， 至少保 证三个级配的机制砂存量； 步骤2.测定配比原材 料的性能； 步骤3.根据级配的机制砂粒径范围， 采用紧密堆积计算方法获得砂的紧密堆积配比； 步骤4.根据拟定的混凝土强度等级， 计算水胶比和钢纤维掺量范围； 通过规划求解确 定单位体积混凝 土中组分间的体积分数关系； 步骤5.根据单位体积混凝土 中胶凝材料、 机制砂和钢纤维的体积比关系确定各组分质 量关系； 步骤6.根据工作性能调整外加剂用量。 2.根据权利要求1所述的一种机制砂制备超高性能混凝土的设计方法， 其特征在于， 步 骤1中， 机制砂按照如下公称粒径范围分为i个级配等级进行存储： 80μm～160μm、 160μm～ 315 μm、 315 μm～6 30 μm、 630 μm～1.25m m、 1.25mm～2.5mm和2.5mm～5mm。 3.根据权利要求1所述的一种机制砂制备超高性能混凝土的设计方法， 其特征在于， 步 骤2中， 所述配比原材 料包括胶材、 机制砂和钢纤维； 优选地， 测定胶材的表观密度和粒度分布， 各级配等级机制砂的表观密度， 钢纤维的表 观密度； 更优选地， 所述胶材包括水泥、 粉煤灰、 硅灰、 石粉。 4.根据权利要求1所的一种机制砂制备超高性 能混凝土的设计方法， 其特征在于， 所述 步骤3中， 机制砂的紧密堆积配比步骤 包括： S1.计算各级配机制砂的累计筛下 百分数 U(Di)为粒径为Di机制砂的筛下百分数(％)， i对应级配从大到小的； DL为体系中最大颗 粒的粒径； DS为体系中最小颗粒的粒径； n为分布指数， 其大小可以在一定程度上调整体系 中细颗粒的比例， 在 砂的级配设计中n取值 为0.30～0.37； S2.再根据配比换算成累积筛余， 计算方式为： β(Di)＝1‑U(Di)                              (2) β(Di)为累计筛余， 计算 值为正记为有效计算； S3.计算所配制机制砂的细度模数， 计算方式为： μf＝β(D1)+β(D2)+β(D3)+β(D4)+β(D5)β(Di)＝1‑U(Di)          (3) μf为配制机制砂的细度模数， 计算获得的细度模数范围应在 2.3～3.5之间， 若超出此范 围， 则改变分布模数n取值， 当若砂偏粗则 取值靠近下限， 反之取值靠近下限， 重复计算(1) ～(3)， 至 μf满足要求。 5.根据权利要求1所的一种机制砂制备超高性 能混凝土的设计方法， 其特征在于， 所述 步骤3中， 机制砂的表 观密度计算公式为： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115510654 A 2ρs为配制机制砂的表 观密度， ρsi为级配范围为Di的单级配机制砂表 观密度。 6.根据权利要求1所述的一种机制砂制备超高性能混凝土的设计方法， 其特征在于， 所 述步骤4中， 混凝 土的强度等级为10 0MPa、 120MPa、 140MPa、 160MPa四个等级。 7.根据权利要求6所述的一种机制砂制备超高性能混凝土的设计方法， 其特征在于， 所 述步骤4中， 强度等级为100的混凝土， 其水胶比小于等于0.22， 钢纤维掺量大于等于 0.7vol％； 强度等级为120的混凝 土， 其水胶比小于等于 0.20， 钢纤维掺 量大于等于1.2vo l％； 强度等级为140的混凝 土， 其水胶比小于等于 0.18， 钢纤维掺 量大于等于1.7vo l％； 强度等级为16 0的混凝土， 其水胶比小于等于 0.16， 钢纤维掺 量大于等于2.0vo l％。 8.根据权利要求1所述的一种机制砂制备超高性能混凝土的设计方法， 其特征在于， 所 述步骤4中， 通过规划求 解确定单位体积混凝 土中组分间的体积分数需要满足如下 条件： VC+VA+VS+VW+Vfiber+Vair＝1                   (5) VC为水泥的体积分数， 取值范围0.145～0.323； VA为各矿物掺 合料体积分数的总和， 计算方式为： VA取值范围0.001～0.233， 其中若掺合料VAi为硅灰， VAi取值范围0.001～0.100； 若掺合 料VAi为石粉， VAi取值范围0.0 01～0.018； 若为 其他掺合料， VAi取值范围0.0 01～0.080； VS为机制砂的体积分数， 取值范围0.3 03～0.672； VW为水的体积分数， 取值范围按照权利要求6中混凝 土的强度等级设定； Vfiber为钢纤维的体积分数， 取值范围按照权利要求6中混凝 土的强度等级设定； Vair为空气的体积分数， 取值范围0.02 ～0.06。 9.根据权利要求1所述的一种机制砂制备超高性能混凝土的设计方法， 其特征在于， 步 骤4中， 通过规划求 解确定单位体积混凝 土中组分间的体积分数关系的具体步骤 包括： 步骤41.计算混凝 土中粒径为Dp颗粒的累计筛下 百分数： U(Dp)为粒径为Dp颗粒的累计筛下百分数， ％； Dp为颗粒粒径， 单位为 μm； Dmax为体系中最 大颗粒的粒径， 单位 为 μm； Dmin为体系中最小颗粒的粒径， 单位 为 μm； 计算中将钢纤维等效单一粒径的颗粒， 优选地， 长度为13mm， 截面直径为0.2mm的钢纤 维等效为 直径5.65mm的单粒径颗粒； 0.25为该体系的分布指数 取值； 步骤42.按照公式(1)～(6)和边界条件 设定， 通过规划求解即可得到计算Um(Dp)拟合曲 线和目标曲线 Ut(Dp)； RSS为规划求解Um(Dp)其与目标曲线Um(Dp)采用最小二乘法计算的均方差和， 其满足偏 差最小化， 则采用拟定的混凝 土各组分的体积分数， 否则需调整各组分的体积分数。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115510654 A 3