[发明专利]一种纤维-骨料混合堆积体的填充密度及空隙率预测方法

说明书

本发明公开一种纤维‑骨料混合堆积体的填充密度及空隙率预测方法，其步骤为：划分粒径区间；计算各类钢纤维的等效球体粒径：计算钢纤维与各粒径区间骨料的等效粒径比；计算单根纤维对周边骨料的微扰动体积；计算混凝土中的第k种纤维的纤维根数；测量各粒径区间骨料的填充密度；计算纤维扰动下各骨料粒径区间i的虚拟填充密度；计算虚拟骨架体系的虚拟填充密度，计算骨料颗粒骨架实际填充密度及骨料颗粒骨架空隙率。本发明将钢纤维纳入堆积密度计算模型，解决了现有计算模型无法考虑钢纤维种类和掺量的问题，可以获得准确的骨架混合体系在纤维扰动情况下的堆积密度和空隙率，进而为钢纤维/自密实钢纤维混凝土配合比定量化精细设计提供重要参考。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种纤维-骨料混合堆积体的填充密度及空隙率预测方法。

背景技术

骨料在混凝土中的填充状态影响着混凝土的新鲜和硬化性能，包括可加工性、强度和耐久性能，并最终决定混凝土的成品质量。骨料填充密度是指颗粒体系按照一定方式填充于某一容器中，在填充完成后所测得的单位体积的质量，填充密度对于计算不同堆积状态下的空隙体积是必不可少的一个参数。因此，对于填充密度的测量和预测在混凝土配合比设计过程中至关重要。

传统混凝土为脆性材料，其抗拉强度较低、易受拉开裂，延性及耐久性能较差，为了克服上述缺点，可以采用在混凝土中掺入钢纤维的方法，可使同等级的混凝土获得更好的强度和更优的韧性，但因钢纤维比重较大，传统的振捣密实工艺容易导致钢纤维下沉，影响结构均值，因此将钢纤维和自密实混凝土结合，可提高材料均质性，有效提高结构性能。然而，自密实纤维混凝土关键在于净浆的流变性能设计和浆体、骨料组分的调配，需要用流动性强大、粘性高的浆体完全填充骨料空隙，并预留一定量的过剩浆体量，以实现自密实性能且不出现离析，因此，对于加入纤维后骨料空隙体积的预测成为自密实混凝土设计的关键环节。

针对没有纤维掺入的填充密度模型，目前已有许多研究：De Larrard,et al.(1999)^[1]结合前人的理论，提出了考虑骨料之间松动效应和壁效应的双参数填充密度预测模型，即CPM模型；A.K.H.Kwan,et al.(2013)^[2]提出了骨料之间除了松动效应和壁效应外，还存在第三种效应，即楔效应，并据此提出了三参数填充密度预测模型，即3PM模型；但上述诸多模型并未考虑纤维的影响，从而导致配比设计时浆体量难以确定。事实上，已有相关研究尝试将钢纤维纳入到堆积密度模型以设计纤维混凝土。Yu,et al.(1993)^[3]提出了“等效堆积粒径”概念，可以将非球形颗粒的等效堆积直径定义为与颗粒具有相同堆积行为的颗粒参数，并推导了纤维等效堆积粒径的计算模型。De Larrard,et al.(1999)^[1]在CPM模型的基础上，考虑了纤维对骨料颗粒体系的干扰作用，并将纤维扰动以参数的方法纳入堆积密度模型，但在此模型中参数不随纤维种类和掺量而变化，这导致其具有较大的局限性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种纤维-骨料混合堆积体的填充密度及空隙率预测方法，以克服现有技术的局限性。

本发明上述技术问题的技术方案是：一种纤维-骨料混合堆积体的填充密度及空隙率预测方法，包括如下步骤：

步骤S₁：划分粒径区间，粒径区间i＝1,2,3……；

步骤S₂：把钢纤维视作颗粒以将其纳入到填充密度模型，采用体积等效法计算各类钢纤维的等效球体粒径d_f-eq：

d_f-eq(k)＝{1.5·[d_f(k)]²·l_f(k)}^1/3；

式中，d_f(k)为第k种类型钢纤维的直径；l_f(k)为第k种类型钢纤维的长度；