C50自密實混凝土配合比設計

高全青 王曉菡

(江南大學環境與土木工程學院，江蘇無錫 214122)

自密實混凝土(Self Compacting Concrete，簡稱SCC)是具有高流動性、均勻性和穩定性，澆筑時無需外力振搗，能夠在自重作用下流動并充滿模板空間的混凝土。SCC拌合物具有以下特點:1)在無需振搗的情況下，能均勻密實成型，降低了施工中由于混凝土振搗帶來的噪聲;2)能均勻通過狹窄間隙并保持各種組分均勻分散，改善混凝土的質量;3)提高生產效率，減輕施工勞動強度;4)選用粉煤灰、礦渣微粉等活性材料替代水泥，有利于廢物利用，并降低施工成本。SCC的配合比設計方法更為復雜，拌合物性能可以在短時間內進行測試。其配合比設計需結合理論和實踐經驗，對實踐經驗有較高要求。本文結合多個規范，對C50自密實混凝土的配合比設計和拌合物性能進行了試驗研究。

1 原材料

水泥:P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，表觀密度3 030 kg/m3;Ⅱ級粉煤灰:表觀密度2 660 kg/m3;S95級礦渣微粉:表觀密度2 740 kg/m3;粗骨料:粒徑為5 mm～10 mm和10 mm～20 mm的級配良好的石灰石碎石，按2∶3混合后表觀密度為2 665 kg/m3;細骨料:天然河砂，中砂，細度模數2.6，表觀密度2 660 kg/m3;減水劑:蘇博特產聚羧酸系液態高性能減水劑，摻量為1%時的減水率為28.2%，固含量22%;水:自來水。

2 自密實混凝土配合比設計

2.1 C50自密實混凝土配合比設計依據

目前SCC的配合比設計主要有3個標準:JGJ/T 283-2012［1］，CECS 203-2006［2］，CECS 02-2004［3］。各標準中僅配置強度 fcu，0的計算方法相同，且只給出了粉煤灰和礦渣微粉的膠凝系數，其他礦物摻合料未給定影響系數。JGJ/T 283-2012中SCC配合比設計采用絕對體積法，并給出了詳細的計算步驟，簡單易懂。CECS 203-2006給出了單位體積用水量、水粉比、單位體積粉體量、單位體積漿體量、含氣量等關鍵參數的取值范圍，對配合比設計的經驗要求較高，用水量、水粉比、含氣量均需依據經驗選擇，所以CECS 203-2006更適用于計算結果的復核。設計時可以采用一種方法為主，然后相互借鑒、驗證或比較。本文以JGJ/T 283-2012的設計方法為主，借鑒 JGJ 55-2001［4］，并采用 CECS 203-2006驗證計算結果。

2.2 C50自密實混凝土中砂的用量

砂率是影響混凝土工作性的主要原因，選擇一個最佳的砂率會大大提高自密實混凝土的流動性、粘聚性以及保水性，自密實混凝土砂率一般較普通混凝土高，且不低于45%。

JGJ/T 283-2012推薦砂漿中砂的體積分數為0.42～0.45，對第二屆全國大學生混凝土材料設計大賽中實測28 d強度不小于47.5 MPa的60組C40 SCC配合比進行分析，砂的體積分數可在0.42～0.48之間［5］。在21組新拌混凝土性能良好，無離析、泌水的配合比中，18個組的砂的體積分數在0.44～0.48之間，詳見表1;在砂的體積分數小于0.44的15組配合比中，12個組的新拌混凝土出現離析、泌水、堆臺、非圓角等現象，詳見表2。在試驗過程中發現，砂的體積分數較小，容易出現離析、泌水現象。所以砂的體積分數可取大一些，建議取0.44～0.48，這樣可保證SCC拌合物的粘聚性和保水性良好，若試配得到的SCC拌合物性能不符合要求，可僅調整減水劑的量來改善其性能，不必對配合比進行大幅度的調整，從而減少試拌次數。

表1 新拌混凝土性能良好的設計配合比及其性能［5］

2.3 JGJ/T 283-2012中自密實混凝土計算配合比的具體設計步驟

1)根據結構物的結構形狀、尺寸、配筋狀態等選用自密實性能等級。一般的鋼筋混凝土結構物及構件可采用自密實性能等級二級。根據每立方米混凝土中粗骨料的體積和表觀密度確定其質量。2)總體積1減去粗骨料體積即砂漿體積。選定砂的體積分數，再根據砂的表觀密度得砂的質量。3)砂漿體積減去砂的體積即漿體體積。根據礦物摻合料計算膠凝材料表觀密度ρb，礦物摻合料摻量越多，膠凝材料表觀密度越小。

其中，ρm為礦物摻合料表觀密度;ρc為水泥表觀密度;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，%。4)按JGJ 55-2001相關規定計算SCC配置強度fcu，0，并計算水膠比，其值宜小于0.45。其中，mw/mb為水膠比;fce為水泥的28 d實測抗壓強度，如無實測值，一般取強度等級對應值乘以富余系數1.1;γ為礦物摻合料的膠凝系數，對于粉煤灰(β≤0.3)可取 0.4、礦渣微粉(β≤0.4)可取 0.9，可見降低粉煤灰的質量分數，可增大水膠比。5)根據漿體體積、膠凝材料表觀密度、水膠比等參數，扣除含氣量，計算可得單位用水量、膠凝材料總量和各種膠凝材料分量，其中膠凝材料總量宜控制在400 kg/m3～550 kg/m3。當骨料的含泥量超出規范允許值(粗骨料＞1.0%;細骨料＞3.0%)時，應從膠凝材料總量中扣除含泥量;當骨料含水量超出規范允許值(粗骨料＞0.2%;細骨料＞0.5%)時，應扣除砂石中的含水量。6)根據試驗和膠凝材料總量，選擇外加劑品種并計算用量。

表2 砂的體積分數小于0.44的設計配合比及其性能［5］

2.4 CECS 203-2006中各關鍵參數的取值范圍

1)單位體積用水量宜為155 kg～180 kg。2)水粉比按體積比宜取0.80～1.15。3)單位體積粉體量宜為 0.16 m3～0.23 m3。4)SCC 單位體積漿體量宜為0.32 m3～0.40 m3。

2.5 試驗配合比的確定

試驗室配合比根據JGJ/T 283-2012自密實混凝土應用技術規程及自密實混凝土拌合物的工作性能進行調整。

3 C50自密實混凝土配合比試驗研究

3.1 拌和方法和測試內容

1)混凝土人工拌和。混凝土攪拌采用人工拌和，每次攪拌體積為15 L。拌和時先將拌板和拌鏟潤濕，依次放上稱量好的砂、水泥、粉煤灰、礦渣微粉，用鏟自拌板一端翻拌至另一端，重復至顏色均勻，再加上石子，翻拌至混合均勻。將干混合物堆成堆，中間作一凹槽，倒入2/3拌和用水，仔細翻拌，然后將液態減水劑與水混合，逐步加入全部用水，繼續拌和。

2)新拌C50自密實混凝土和易性及自密實性能測試。新拌自密實混凝土要求具有高流動性、良好的粘聚性和保水性、填充性、間隙通過性和抗離析性。坍落擴展度試驗和擴展時間T500可以評價新拌自密實混凝土的流動性、填充性及離析性;進行坍落擴展度試驗的同時可以觀察C50 SCC的粘聚性和保水性。坍落度筒提起后如有較多的稀漿從底部析出，混凝土也因失漿而骨料外露，則表明拌合物的保水性不好;J環擴展度試驗用于測試C50 SCC的間隙通過性。將坍落擴展度試驗和J環擴展度試驗結合，可以很好地評價新拌C50 SCC的性能。

3.2 試驗結果

C50 SCC配合比計算:按照2.3 SCC的計算配合比設計步驟，1 m3SCC中粗骨料絕對體積用量取0.32 m3，砂的體積分數按照2.2的推薦值結合試驗經驗取0.47，粉煤灰的摻量為膠凝材料總量的15%，礦渣微粉的摻量為膠凝材料總量的25%，減水劑摻量為膠凝材料總量的1.4%。經計算，可得C50 SCC計算配合比見表3。用以上配合比進行C50 SCC拌合物性能測試，發現流動性和間隙通過性不良。將計算配合比進行調整，只調整聚羧酸高效減水劑的用量，使其摻量為膠凝材料總量的1.6%，即每立方米摻量為7.92 kg。調整后的各個參數見表4，可見各項指標均符合CECS 203-2006的要求，調整后的拌合物在試驗時無離析、無泌水，中央無堆臺，工作性能指標見表5。

表3 C50自密實混凝土計算配合比 kg/m3

表4 調整后的配合比參數

表5 試驗結果

4 試驗結果分析

由表5知，調整后的新拌混凝土拌合物的坍落擴展度在660 mm～755 mm之間;擴展時間T500在2 s～10 s之間;坍落擴展度與J環擴展度差值PA在0 mm～25 mm之間。以上性能指標均符合JGJ/T 283-2012的規定，所以所配置的C50 SCC工作性能滿足要求。且混凝土表觀密度實測值與計算值之差的絕對值為計算值的1.1%，不超過2%，表明按上述方法確定的配合比為設計配合比。上述配合比的混凝土單方價格為324元/m3，且自密實混凝土無需振搗，可減少施工工序，加快施工進度，縮短施工工期，節省了人工、機械、電能，因此其潛在的綜合經濟效益是可觀的。

5 結語

1)進行自密實混凝土配合比設計時，可以JGJ/T 283-2012的設計方法為主，并采用CECS 203-2006驗證計算結果。2)當砂的體積分數取值在0.42～0.48之間偏大時，可僅通過調整減水劑的用量來改善C50 SCC拌合物的工作性，減少試拌次數。3)針對本試驗所用材料，砂的體積分數取0.47，采用上述基準配合比時，C50自密實混凝土能達到較好的性能。4)按上述配合比配制的C50自密實混凝土具有可觀的綜合經濟效益。

［1］JGJ/T 283-2012，自密實混凝土應用技術規程［S］.

［2］CECS 203-2006，自密實混凝土應用技術規程［S］.

［3］CECS 02-2004，自密實混凝土設計與施工指南［S］.

［4］JGJ 55-2011，普通混凝土配合比設計規程［S］.

［5］龐超明，張 萍，秦鴻根，等.自密實混凝土配合比設計方法探討［J］.高等建筑教育，2013，22(3):132-138.

［6］范 萍.C50自密實混凝土配制［J］.福建建材，2009(2):31-32.

［7］王海娜，王科元，金南國.C35，C50自密實混凝土配合比研究［J］.混凝土，2010(7):104-105，109.

［8］趙傳標.C50自密實混凝土的制備與施工技術研究［J］.山西建筑，2009，35(19):167-168.

［9］吳科如，張 雄.土木工程材料［M］.上海:同濟大學出版社，2008.