自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法綜述

孫晉辰

（重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶 400074）

自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法綜述

孫晉辰

（重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶 400074）

自密實(shí)混凝土是一種在自身重力作用下，能夠流動(dòng)、密實(shí)，即使存在致密鋼筋也能完全填充模板，同時(shí)獲得很好均質(zhì)性，并且不需要附加振動(dòng)的高性能混凝土。本文將已有的常見自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行簡單介紹，并分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于研究自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。

自密實(shí)混凝土 配合比 工作性

1引言

自1824年英國人J.Aspdin發(fā)明波特蘭水泥以來，水泥工業(yè)和混凝土材料在不到兩百年的時(shí)間里，有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。混凝土因其原材料來源廣，生產(chǎn)簡單，抗壓強(qiáng)度大，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性好，施工方便等突出優(yōu)點(diǎn)而成為全世界用量最大、用途最廣的人造建筑材料。從今后的發(fā)展趨勢(shì)來看，混凝土還會(huì)在今后相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)在建筑工程材料中起著無可替代的作用。然而，在混凝土的實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)了它不可避免的存在著一些問題，例如：受施工環(huán)境或場地限制，并不能保證混凝土在施工過程中達(dá)到完全密實(shí)，從而影響到結(jié)構(gòu)的耐久性；傳統(tǒng)的振搗施工方法不僅工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，噪音污染嚴(yán)重，而且影響整個(gè)工程的施工工期，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且效果依舊不是很好。自密實(shí)混凝土的出現(xiàn)，使得混凝土的這一突出問題迎刃而解，混凝土的施工過程也更趨于合理化，同時(shí)對(duì)于施工工期和進(jìn)度的提高效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益也較普通混凝土顯著[1-4]。

混凝土配合比設(shè)計(jì)是混凝土材料科學(xué)中最基本且最重要的一個(gè)問題。傳統(tǒng)的配合比設(shè)計(jì)方法是計(jì)算試配法，其計(jì)算依據(jù)是在普通混凝土組成與性能一般規(guī)律的基礎(chǔ)上，計(jì)算得到粗略配合比，再經(jīng)試配調(diào)整得到以強(qiáng)度為主要指標(biāo)的配合比。然而，在任何情況下都能通用的配合比是不存在的，需要不同的配合比設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)滿足不同要求的混凝土。

2.國外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)

從發(fā)展趨勢(shì)來看，在今后相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)水泥混凝土仍起著不可替代的作用,然而普通混凝土的局限性也隨著人們對(duì)工程質(zhì)量和效率的要求而顯現(xiàn)出來，自密實(shí)混凝土的出現(xiàn)使得混凝土的施工過程更趨于合理化。十幾年來世界各國出現(xiàn)的自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法概括起來有以下幾種。日本東京大學(xué)崗村甫教授1993年提出的方法如下：首先對(duì)凈漿和砂漿進(jìn)行試驗(yàn)以檢測減水劑、水泥、細(xì)骨料和火山灰質(zhì)摻合料之間的相容性，然后進(jìn)行自密實(shí)混凝土的配合比試驗(yàn)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是避免了重復(fù)進(jìn)行同樣的混凝土質(zhì)量控制試驗(yàn)，節(jié)省了時(shí)間和勞動(dòng)力；而缺點(diǎn)是：1）在自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)之前，要對(duì)砂漿和漿體進(jìn)行質(zhì)量控制，而許多混凝土預(yù)拌廠商并沒有做這些試驗(yàn)所需的設(shè)備。2）配合比設(shè)計(jì)方法和過程對(duì)于實(shí)際應(yīng)用過于復(fù)雜。在此基礎(chǔ)上，日本預(yù)拌混凝土協(xié)會(huì)JRMCA提出了崗村甫方法的簡化版本—自密實(shí)混凝土標(biāo)準(zhǔn)化配合比設(shè)計(jì)方法，該方法可用于大摻量細(xì)粉摻和料和水膠比小于0.30的場合。另外一種是采用正交試驗(yàn)或所謂的“析因法”思想研究膠凝材料總量、礦物材料摻量、砂率、水膠比、漿體體積及外加劑摻量等不同因素對(duì)于混凝土工作性和強(qiáng)度的影響，確定各參數(shù)的合理用量范圍，再按普通混凝土配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配合比計(jì)算[2,29-33]；第二類是直接引用高性能混凝土配合比計(jì)算的一些方法（如全計(jì)算法）或改進(jìn)的全計(jì)算法[2,34-35]；第三類是純粹經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)法[2,36]，即以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)確定單位粗集料用量、用水量和膠凝材料用量，單位細(xì)集料體積等于總體積減去其它材料體積。化學(xué)外加劑用量考慮混凝土的性能，可由試拌得出也可以通過砂漿試驗(yàn)確定。在此基礎(chǔ)上確定初始配合比配制自密實(shí)混凝土，檢驗(yàn)其新拌和硬化狀態(tài)下的性能，對(duì)配合比進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，繼而得到自密實(shí)混凝土的最終配合比。采用此類方法計(jì)算混凝土配合比比較簡單，但要以大量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，當(dāng)采用新的原材料種類或質(zhì)量出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，需要進(jìn)行全新的試驗(yàn)來重新確定各材料組分的用量范圍。

3.國內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)

固定砂石體積含量方法是我國吳中偉院士和其他學(xué)者都曾做過介紹，其簡要計(jì)算步驟如下:(1)設(shè)定每立方米混凝土中石子的松堆體積為0.5-0.55m3，得到石子用量和砂漿含量;（2）設(shè)定砂漿中砂體積含量為0.42-0.44，得到砂用量和漿體含量;(3)根據(jù)水膠比和膠凝材料中的摻合料比例計(jì)算得到用水量和膠凝材料總量，最后由膠凝材料總量計(jì)算出水泥和摻合料各自的用量[3,37]。但水膠比和摻合料的用量如何確定沒做具體規(guī)定。

實(shí)際上，這也是一種基于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)配合比的方法。日本、荷蘭、法國、瑞典等國都有過類似的方法，EFNARC對(duì)此制訂了詳細(xì)的規(guī)范和指南，其中的配合比設(shè)計(jì)程序較國內(nèi)同類方法更為詳細(xì):（1)確定含氣量:一般為2.0;有抗凍性要求時(shí)，確定更高含氣 的28%-35%，松散體積為50%-60%;（3）確定砂含量:砂的最佳體積含量為砂漿體積40%-50%,決定于凈漿性能;（4）確定凈漿的組成:凈漿的最佳組成為:水泥+粉煤灰十硅灰，可充分利用不同微粒特性，獲得最佳性能。水膠比根據(jù)強(qiáng)度、耐久性和抗?jié)B性要求決定，水膠比體積比一般介于0.8-1.0之間，最佳比例需要通過砂漿流動(dòng)度和V型漏斗試驗(yàn)來分析確定目標(biāo)值為:流動(dòng)度達(dá)到24cm-26cm,漏斗流空時(shí)間達(dá)到7秒-11秒。

該方法與前述各種方法最大的區(qū)別在于，在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，體現(xiàn)了按工作性要求設(shè)計(jì)自密實(shí)混凝土的原則。認(rèn)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(dòng)性的重要參數(shù)，這種認(rèn)識(shí)將自密實(shí)混凝土從工作性上與其它混凝土區(qū)別開來，但這兩個(gè)參數(shù)取值的確定過于籠統(tǒng)和經(jīng)驗(yàn)化，它沒有一個(gè)區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)，例如骨料的粒徑級(jí)配、水灰比或流動(dòng)度要求等，而只給出一個(gè)籠統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)范圍；在目前國內(nèi)對(duì)自密實(shí)混凝土的研究應(yīng)用尚且不是很純熟完善的情況下，該經(jīng)驗(yàn)值恐怕并不比《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中查表選取單位用水量和砂率更符合客觀實(shí)際。

4.結(jié)語：

由于自密實(shí)混凝土對(duì)于原材料的質(zhì)量變化十分敏感，因此對(duì)其的研究需要從針對(duì)自密實(shí)混凝土對(duì)材料和配比的敏感性，在大量正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析外加劑、礦物摻合料、骨料質(zhì)量和數(shù)量等因素對(duì)自密實(shí)混凝土工作性能的影響，并從自密實(shí)混凝土的流變特性和工作性能的角度考慮，結(jié)合上述分析后再建立定量關(guān)系，利用優(yōu)化理論，研究基于地域材料特點(diǎn)的自密實(shí)混凝土的最佳配比方法。

[1] 巫祖烈,耿 卓,何小兵，高摻量大長細(xì)比聚丙烯纖維自密實(shí)混凝土性能試驗(yàn)研究[J].路基工程,2013.5:27-30

[2] 韓先福，李清和，段雄輝，等，免振搗自密實(shí)混凝土的研制與應(yīng)用，混凝土，1996（6）：4-15

[3] 吳中偉，廉慧珍，高性能混凝土，北京：中國鐵道出版社，1999,10

TU7

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1007-6344（2015）04-0166-01

孫晉辰，1990.04，學(xué)歷：碩士研究生，研究方向：橋梁結(jié)構(gòu)損傷、病害分析、加固與健康檢測。