自密實混凝土的設計與應用

鄭興民，李青青，陳松玉

（1. 無錫市德濟商品混凝土有限公司，江蘇　無錫　214200；2. 吳江市潤建商品混凝土有限公司，江蘇　吳江　215200）

自密實混凝土的設計與應用

鄭興民1，李青青1，陳松玉2

（1. 無錫市德濟商品混凝土有限公司，江蘇無錫214200；2. 吳江市潤建商品混凝土有限公司，江蘇吳江215200）

本文主要從自密實混凝土的材料選擇、配合比設計及實際工程中的使用情況，來了解自密實混凝土的特殊性能及不同于普通混凝土的優(yōu)點所在。

自密實混凝土；坍落擴展度；強度

0　前言

自密實混凝土是指混凝土拌合物在澆筑時依靠自重不需要振搗的情況下能夠填充配筋密集的模板，并且保持良好均勻性的混凝土。它具有高流動性、均勻性和體積穩(wěn)定性，與同水膠比的普通混凝土相比，自密實混凝土有以下幾點優(yōu)勢：

（1）易于澆筑，施工速度快，提高勞動生產(chǎn)率。

（2）可以改善施工環(huán)境，減少噪聲對環(huán)境的污染。

（3）滿足鋼筋密集、截面狹窄的工程部位的施工。

本文主要從自密實混凝土的材料選擇、配合比設計、工程實例與施工注意事項等幾方面入手，闡述了自密實混凝土的應用特性。

1　材料選擇

1.1膠凝材料

水泥宜選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，為了便于混凝土的密實性和耐久性，在混凝土配合比中使用粉煤灰和礦粉，以此來增加拌合物的黏度，以及混凝土硬化后強度和耐久性。

1.2粗骨料

采用連續(xù)級配，最大公稱粒徑不宜大于 20mm，對于結構緊密、形狀復雜的結構最大公稱粒徑不宜大于 16mm，針片狀含量不大于 8%，含泥量和泥塊含量分別不大于 1.0%、0.5%。

1.3細骨料

宜采用 Ⅱ 區(qū)中砂，含泥量和泥塊含量分別不大于3.0%、1.0%。

1.4外加劑

聚羧酸高性能外加劑具有摻量低、減水率高，混凝土強度增長快、坍落度損失小、拌合物粘滯阻力小等特點，而且相比較其他高效減水劑，聚羧酸高性能減水劑除了以上功能外，還可以明顯改善混凝土的收縮。因此，聚羧酸高性能減水劑適用于配制自密實混凝土，尤其在配制高強自密實混凝土方面表現(xiàn)出更加明顯的優(yōu)勢。

1.5混凝土用水

拌合水、養(yǎng)護水應符合 JGJ 63—2006《混凝土用水標準》的規(guī)定。

2　配合比設計

常州中天鋼鐵廠南區(qū)西料場某工程為倒立錐形料斗，混凝土強度等級為 C35，由于鋼筋密集，最小鋼筋間距只有40mm，所以采用了自密實混凝土澆筑。

2.1原材料

水泥：采用盤固 P·O52.5普通硅酸鹽水泥，初凝136min，終凝 182min，3d 抗折強度與抗壓強度分別為5.8MPa 和 28.2 MPa，28d 抗折與抗壓強度分別為 9.6MPa 和58.0MPa，氧化鎂的含量 2.13%，三氧化硫含量 1.75%，燒失量 1.64%，安定性合格，水泥的表觀密度 ρc為 3150kg/m3。

砂：長江砂，細度模數(shù) 2.6，0.315mm 篩余量 24%，含泥量 1.8%，泥塊含量 0.5%，屬Ⅱ區(qū)中砂，砂的表觀密度 ρs為 2640kg/m3。

石子：5～16mm 連續(xù)級配，壓碎指標 7.8%，針片狀含量 6.4%，含泥量 0.8%，泥塊含量 0.2%，石子的表觀密度 ρg為 2750kg/m3。

粉煤灰：采用夏港電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，0.045mm 篩余量為 12.6%，需水量比 98%，燒失量 2.13%，粉煤灰的表觀密度 ρf為 2250kg/m3。

礦粉：常州中盛 S95 礦粉，比表面積 420m2/kg，28d 活性指數(shù) 103%，礦粉的表觀密度 ρk為 2850kg/m3。

外加劑：采用馬鞍山中海新材料生產(chǎn)的 CNMHP450 聚羧酸系減水劑，密度 1.052g/mL，pH 值為 6.4，減水率 26%。

水：生活用自來水。

2.2目標性能要求

因為鋼筋最小間距為 40mm，斷面尺寸小、形狀復雜，而且配筋率高，因此自密實混凝土性能等級選擇 SF2 級，按JGJ/T 283—2012《自密實混凝土應用技術規(guī)程》，SF2 的填充性要求自密實混凝土坍落擴展度為 660～755mm，離析率不宜大于 15%。配合比設計主要是從混凝土的自密實性、強度及耐久性等方面去考慮。

2.3配合比的計算

自密實混凝土的配合比設計宜采用絕對體積法，現(xiàn)按照JGJ/T 283—2012《自密實混凝土應用技術規(guī)程》進行相關系數(shù)的計算。

（1）粗骨料的用量

SF2 的每立方粗骨料的體積 Vg選擇 0.30～0.33，本配比選擇 Vg= 0.32。

則粗骨料每立方用量 mg=Vg·ρg=880(kg)

（2）細骨料的用量

砂漿體積 Vm中的砂的體積分數(shù)φ可取 0.42～0.45，現(xiàn)取φ=0.45。

則砂的每立方用量 ms=(1-Vg)·0.45·ρs=808(kg)（3）漿體體積 Vp

V=Vm-Vs=(1-Vg)·(1-φ)=0.374(m3)

（4）膠凝材料的表觀密度 ρb

ρb=1/ [βf/ρf+βk/ρk+(1-βf-βk)/ρc]=2914(m2/kg)

其中：βf——粉煤灰占膠凝材料的質量分數(shù)，%；

βk——礦粉占膠凝材料的質量分數(shù)，%。（5）配制強度 fcu,0

fcu,0=fcu,k+1.645·σ=35+1.645×5=43.225(MPa)其中：σ——標準差，取 5MPa。（6）水膠比 mw/mb

mw/mb=0.42·fce·[1-βf-βk＋(βf＋βk)γ]/(fcu,0＋1.2)=0.47

粉煤灰的膠凝系數(shù) γf=0.4(βf≤30%），礦粉的膠凝系數(shù) γk=0.9(βk≤40%）。粉煤灰和礦粉混摻膠凝系數(shù) γ 在0.4～0.9，本配合比計算取 γ=0.6。按 JGJ/T 283—2012 的 5.1.2要求，水膠比宜小于 0.45，本次配比計算取水膠比為 0.44。

（7）每立方混凝土膠凝材料用量 mb

mb=(Vp-Va)/(1/ρb＋mw/mb/ρw)=452(kg )

其中：Va——每立方混凝土引入空氣，取 20L；

ρw——水的表觀密度，取 1000kg/m3。（8）每立方混凝土中水的用量 mwmw=mb(mw/mb)=199(kg)

（9）每立方混凝土中粉煤灰、礦粉和水泥的用量 mf、mk、mc

mf=mb·βf=68(kg) mk=mb·βk=90(kg)

mc=mb-mf-mk=294(kg)（10）外加劑的用量 mcamca=mb·α=5.42(kg)

α為外加劑的摻量，根據(jù)廠方建議，取 1.2%。通過以上計算，得到計算配合比見表 1。

表1　試驗設計配合比　　　kg/m3

2.4試拌

試拌容量為 25L，各種原材料用量及拌合物性能見表 2。所配制混凝土流動性良好，沒出現(xiàn)抓底離析等現(xiàn)象。混凝土各方面的性能均達到了要求，可直接作為基準配合比。

表2　試拌配合比及拌合物性能

現(xiàn)采用 3 個不同的配合比，水膠比在基準配合比上分別增加和減少 0.02，用水量與基準配合比相同，砂的體積分數(shù)可分別增加或減少 1%。設置三組配合比混凝土拌合物，其配比及性能見表 3。

表3　三組混凝土配合比及拌合物性能

根據(jù)試驗結果可知，取水膠比為 0.45 完全可以達到混凝土配制強度的要求。現(xiàn)以水膠比 0.45，通過計算所得配合比見表 4。

表4　計算配合比　　　kg/m3

3　工程實際使用情況

在本次工程的應用中，混凝土的各方面性能均達到了施工的要求，坍落擴展度現(xiàn)場為 680mm×680mm，流動性、均勻性均達到了泵送要求，現(xiàn)場留置的標養(yǎng)試塊 28 天強度為46.4MPa，同養(yǎng)試塊 600d·℃ 強度 44.7MPa，均滿足了設計強度的要求。拆模后混凝土表面沒有出現(xiàn)窩蜂麻面現(xiàn)象。

工地現(xiàn)場取樣做抗?jié)B試塊，經(jīng)抗水滲透試驗均達到了常規(guī) P8 的要求。

4　使用過程中注意事項

與普通混凝土相比，自密實混凝土在實際使用中要注意以下幾個方面：

（1）攪拌時間應比普通混凝土適當延長，正式生產(chǎn)前必須進行開盤鑒定，檢測其坍落擴展度。

（2）混凝土構件的模板除了滿足現(xiàn)行國家有關標準的相關規(guī)定，還應考慮自密實混凝土拌合物對側模的流體靜壓力作用，對模板的承載力、剛度和穩(wěn)定性進行驗算。

（3）在澆筑過程中，必要時可在模板外側做適當敲擊。

（4）混凝土試塊制作不得使用振動臺和插搗方法成型。

5　總結

（1）通過摻加粉煤灰和礦粉，可明顯改善自密實混凝土的流動性能。

（2）由于不需要振搗，自密實混凝土可以提高施工效率，而且由于沒有噪聲，改善了施工環(huán)境。

（3）自密實混凝土拆模后不會出現(xiàn)表面氣泡或蜂窩麻面，不需要進行表面修補，改善了混凝土表面質量。

（4）增加了結構設計的自由度，尤其在鋼筋密集、結構復雜的情況下，更顯示出它特有的性能。

[1] JGJ/T 283—2012．自密實混凝土應用技術規(guī)程[S]．

[2] CCES 02—2004．自密實混凝土設計與施工指南[S]．

[3] 姚燕，王玲，田培．高性能混凝土[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2006．

［通訊地址］江蘇省無錫市碩放南開路碩放工業(yè)園五期（214200）

鄭興民（1977—），男，工程師。