基于新規范的自密實混凝土配合比設計

楊康 龔平 柯昌君

(長江大學城市建設學院，湖北荊州 434023)

0 引言

自密實混凝土是高性能混凝土的一種，其變形能力優良，施工時可以免振搗，同時具有足夠的粘度和抗離析能力，使用范圍開始增大。隨著建設步伐加快，社會要求有更大擴展度并且粘聚性和抗離析更好的自密實混凝土。因此最新規范增大了混凝土擴展度的值，同時對T500提出了新的要求［1］。在進行設計時以該規范為基準，滿足強度、工作性、經濟性和相應工程環境的耐久性要求。

本文配合比設計以滿足強度和有利于特定環境的耐久性為原則，主要強調混凝土拌合物工作性使其達到設計目標。

1 常見自密實混凝土設計法

1)固定砂石體積法。

該法認為粗骨料的體積含量和砂在砂漿中的體積含量是影響拌合物流動性的重要參數。此認識將自密實混凝土的工作性與其他混凝土區分開。

2)改進全計算法。

該法將漿體體積與傳統的水膠比定則聯系起來，混凝土配比的參數可全部定量按公式計算，計算公式和步驟簡單，公式的物理意義明確。

3)參數法。

其主要用四個參數來控制配合比中材料的用量。粗骨料系數α用于計算石子用量，砂撥開系數β用于計算砂用量，摻合料系數γ和水膠比W/B反映了膠凝材料凈漿的組成。當原材料性能不一樣時α，β取值要進行適當的調整［2］。

4)絕對體積法。

主要用四個參數來控制配合比中材料的用量，確定外加劑占膠凝材料總質量的質量百分數α，礦物摻合料占膠凝材料的質量分數β，礦物摻合料的膠凝系數γ，單位體積中砂的質量砂率Фs。

2 自密實混凝土配合比設計

自密實混凝土對原材料質量十分敏感，絕對體積法中用摻合料質量分數β和膠凝系數γ共同計算水膠比，將水膠比的波動范圍控制的很小，有利于控制混凝土的強度，通過加入減水劑達到要求擴展度。故選擇絕對體積法進行配合比設計。

本次試驗在限定75 min內完成有效。

2.1 設計目標

1)混凝土工作性:坍落擴展度要求:660 mm～750 mm;T500要求:2 s≤T≤10 s;粘聚性、保水性、抗離析性良好。2)混凝土強度等級:C40自密實水泥混凝土，抗壓強度標準值取5.0 MPa。3)耐久性:廣東某臨海環境。

2.2 原材料及技術指標

1)水泥:P.Ⅱ42.5R，水泥表觀密度ρc=3 010 kg/m3，比表面積360 m2/kg。

2)Ⅰ級粉煤灰:粉煤灰表觀密度ρFA=2 580 kg/m3，含水率a=1.03%，比表面積417 m2/kg。

3)硅灰:硅灰表觀密度ρSI=2 620 kg/m3。

4)磨細礦渣:表觀密度ρk=2 800 kg/m3，比表面積416 m2/kg。

5)細集料:天然河砂。砂表觀密度ρs=2 614 kg/m3，堆積密度ρs'=1 570 kg/m3，細度模數Mx=2.6，含水率b=0.2%。

6)石:10 mm～20 mm大石表觀密度2 740 kg/m3，5 mm～10 mm小石表觀密度2 770 kg/m3;體積比大石∶小石=6∶4時表觀密度ρg=2 752 kg/m3。

7)聚羧酸鹽高效減水劑:減水率28.3%。

2.3 粗細骨料用量

粗骨料含量少，硬化后混凝土彈性模量較小，自縮大;但含量多時，拌合物的流動性下降并且間隙通過性也下降，容易產生堵塞現象。粗骨料最大粒徑不宜大于20 mm，SF2級單位體積粗骨料的絕對體積0.30 kg/m3～0.33 kg/m3［1］。粗骨料的松堆積體積一般為0.50 kg/m3～0.60 kg/m3。

砂為中、粗砂，根據前人大量實驗，SCC中質量砂率一般在45%～55%范圍內比較合適，粗細骨料比以0.85～1.20較合適。在絕對體積法中，砂在砂漿中的體積含量0.42～0.44［3］，經過試驗選擇體積砂率為43%。

2.4 膠凝材料和水

自密實混凝土水膠比宜小于0.45，膠凝材料用量宜控制在400 kg/m3～550 kg/m3［1］，同時大量實驗表明水泥用量在350 kg/m3～450 kg/m3，單位用水量不宜超過200 kg/m3比較合適。礦物摻合料一般為粉煤灰、磨細礦渣、硅灰等。考慮到強度、耐久性和經濟性合理選擇硅灰和粉煤灰摻量［4］。

3 配合比設計步驟

SF2級每立方米中碎石絕對體積可取 Vg=0.30 kg/m3～0.33 kg/m3，本配合比取Vg=0.31 kg/m3。砂漿中砂的體積分數取Φs=43%。

在廣東臨海環境中使用混凝土需考慮抗滲性和抗硫酸鹽侵蝕性。

材料中礦渣比表面積大于水泥，對拌合物泌水的影響較比表面積小的礦渣小，其摻量最大為65%。粉煤灰可取代部分水泥，可提高耐久性，隨加入量增大混凝土密實性變差抗滲性下降。最大摻量不宜超過45%。硅灰可提高混凝土密實性，提高混凝土抗化學腐蝕能力和抗滲性。因其比表面積很大會增加單位用水量，并且價格高，所以最大摻量不宜超過10%［5］。

1)計算1 m3混凝土粗骨料用量mg和其密實體積Vg:

2)計算1 m3混凝土砂漿密實體積Vm，砂密實體積Vs，砂的質量ms:

3)膠凝材料漿體密實體積Vp:

4)膠凝材料表觀密度(ρb)根據礦物摻合料和水泥的相對含量及各自的表觀密度，按下式計算:

其中，ρm為礦物摻合料表觀密度，kg/m3;ρc為水泥表觀密度，kg/m3;β為每立方米混凝土中礦物摻合料占膠凝材料的質量分數，%。當采用兩種或兩種以上礦物摻合料時，可以用β1，β2，β3表示，并進行相應計算。

5)適配強度:

其中，σ=5 MPa;fcu，o=40 MPa。

6)水膠比:

其中，mb為單方混凝土中膠凝材料的質量，kg;mw為單方混凝土中用水的質量，kg;fce為水泥的28 d實測抗壓強度，MPa;當水泥28 d抗壓強度未知時，可用水泥強度等級對應值乘以1.1代替;γ為礦物摻合料的膠凝系數;對于粉煤灰(β≤0.3)可取0.4、礦渣粉(β≤0.4)可取0.9、硅灰可取1。

7)每立方米自密實混凝土中膠凝材料的質量(mb)根據自密實混凝土中的漿體體積(Vp)、膠凝材料的表觀密度(ρb)、水膠比(mw/mb)按下式計算:

其中，Va為對于非引氣型的自密實混凝土，可取1%～2%;ρw為水的表觀密度，取1 000 kg/m3。

8)計算1 m3混凝土中各材料用量:

粗骨料用量:mg=797 kg;

細骨料用量:ms=784×(1+0.2%)=785.6 kg;

用水量:mw=mb×mw/mb-ms×0.2%-mb×β1×1.03%;

粉煤灰用量:mFA=mb×β1×(1+1.03%);

硅灰用量:mSI=mb×β2;

礦渣用量:mK=mb×β3;

水泥用量:mc=mb-mb×(β1+β2+β3);

減水劑用量:mca=(mb+mb×β1×1.03%)α。

4 試驗結果及分析

一隊做A組，A-1擴展度和T500均不符合要求，故在其他摻量不變條件下將減水劑用量由0.8%變為1.00%再做A-2;二隊做B組，B-1擴展度過大改變粉煤灰摻量做B-2。每隊的兩次實驗總時間均在75 min內，參見表1。

表1 混凝土配合比及工作性能實驗數據

實驗分析:

1)對比編號A-1和A-2可知在其他條件不變時，增大減水劑用量可提高混凝土拌合物的流動性。2)對比編號B-1和B-2發現在水膠比降低的前提下，增大粉煤灰的用量仍可以使混凝土的流動性達到要求，表明粉煤灰可以提高混凝土拌合物的流動性。另外，因粉煤灰比表面積較大(大于水泥的比表面積)，單位用水量不變時，B-2的T500較大，故可認為粉煤灰在一定程度上會增加單位用水量。

5 結語

由實驗結果可明顯看出A-2和B-2在工作性能方面完全可以滿足施工要求，同時也可看出粉煤灰和減水劑可以改善混凝土的流動性，但對于比表面積很大的粉煤灰其對混凝土單位用水量和流動性的影響仍需做大量的對比試驗進一步研究。

［1］ JGJ/T 283-2012，自密實混凝土應用技術規程［S］.

［2］ 陳春珍，張金善，陳煒林，等.自密實混凝土配合比設計方法適用性的研究［J］.混凝土，2009(12)：83-86.

［3］ 馬冬梅，吳文清，秦鴻根.自密實高強混凝土的配置原理和配合比設計方法研究［J］.中外公路，2008(2)：177-180.

［4］ 齊永順，楊玉紅.自密實混凝土的研究現狀分析及展望［J］.混凝土，2007(1)：25-29.

［5］ JGJ 55-2011，普通混凝土配合比設計規程［S］.

［6］ 陳 明.高性能自密實飾面混凝土的配制與應用［J］.山西建筑，2011，37(14)：98-99.