石灰石粉在自密實混凝土工程中的應(yīng)用

王瑞

（寧夏錦泰鴻業(yè)商砼有限公司研發(fā)中心，寧夏 銀川 750200）

石灰石粉在自密實混凝土工程中的應(yīng)用

王瑞

（寧夏錦泰鴻業(yè)商砼有限公司研發(fā)中心，寧夏 銀川 750200）

將石灰石粉部分取代粉煤灰用于自密實混凝土的制備，通過試驗研究了其摻量對混凝土工作性能、力學(xué)性能及密實性的影響，結(jié)果表明：不同摻量的石灰石粉可以顯著改善自密實混凝土的工作性，并且對混凝土的長期力學(xué)性能有所幫助，同時利用粗細(xì)骨料 Excel 軟件求解骨料級配設(shè)計和優(yōu)化配合比，能改善混凝土和易性、工作性、耐久性及工程實體感觀。

自密實混凝土；石灰石粉；骨料級配；工作性；力學(xué)性能；密實性

0　前言

自密實混凝土（簡稱 SCC）拌合物具備良好的填充性、間隙通過性、勻質(zhì)性及抗離析性，且具有高流動性、均勻性和穩(wěn)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，凝固硬化后有較好的力學(xué)性能和耐久性能。礦物摻合料是自密實混凝土必不可少的組分，現(xiàn)階段使用最多的是用粉煤灰和礦粉作為調(diào)節(jié)自密實混凝土性能的材料，以往實際使用過程中多次出現(xiàn)混凝土表層呈現(xiàn)泡沫狀、未燃燒煤灰上浮（表面呈現(xiàn)黑褐色）現(xiàn)象等。本文結(jié)合實際使用的原材料對石灰石粉和粉煤灰作為礦物摻合料進(jìn)行自密實混凝土拌合物工作性能、力學(xué)性能、密實性等試驗，對試驗數(shù)據(jù)的進(jìn)行整理分析，并在工程中得到使用。通過使用石灰石粉取代粉煤灰雙摻和單摻粉煤灰進(jìn)行混凝土工作性能、密實性、力學(xué)性能的試驗和實際應(yīng)用驗證，研究和分析石灰石粉在不同摻量下的自密實混凝土拌合物工作性能、力學(xué)性能、密實性的各項試驗數(shù)據(jù)，合理使用石灰石粉。針對自密實混凝土的密實性利用粗細(xì)骨料 Excel 軟件自動求解骨料級配設(shè)計和優(yōu)化配合比，選擇合理骨料級配和砂率配制自密實混凝土來增加其密實性。

1　工程概況

銀川某工程主體結(jié)構(gòu)；包括 ABCD 座及其裙樓部分和地下室部分，總建筑面積約 178588.6m2。其中 A 座主體結(jié)構(gòu)為鋼、混結(jié)構(gòu)，地下三層，地上 38 層，總高 158m，地上建筑面積約 60918m2，地下建筑面積約 14875m2。地下三層結(jié)構(gòu)柱為鋼骨柱結(jié)構(gòu) C55 自密實混凝土；地上 1～6 層為鋼管柱結(jié)構(gòu) C55 自密實混凝土，6 層以上為 C50 自密實混凝土。參照 A 座主體鋼柱結(jié)構(gòu)設(shè)計，該工程鋼柱結(jié)構(gòu)使用的自密實混凝土在現(xiàn)階段不具備泵送條件，均由塔吊自卸完成混凝土澆筑，隨后將使用泵送法施工進(jìn)行澆筑。結(jié)合我公司現(xiàn)有原材料和施工單位的技術(shù)要求，根據(jù) JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》和 JGJ/T 283—2012《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行材料選擇、配合比設(shè)計，保證自密實混凝土工作性、密實性、力學(xué)性能及耐久性符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和設(shè)計要求。

2　原材料的選擇

2.1水泥

寧夏石嘴山賽馬水泥有限責(zé)任公司產(chǎn)賽馬牌 P·O42.5R 水泥，3d 水泥強(qiáng)度 29.8MPa；28d 水泥強(qiáng)度 50.6MPa。

2.2摻合料

粉煤灰：寧夏青鋁自備電廠Ⅰ級灰，45μm 方孔篩篩余10%，燒失量 4.75%。石灰石粉：阿拉善左旗鑫磊石料廠石灰石粉，比表面積 800m2/kg，45μm 方孔篩篩余 9.2%。摻合料性能見表 1、2。

表1　石灰石粉化學(xué)分析 %

表2　礦物摻合料物理性能 %

2.3骨料

粗骨料：阿拉善左旗鑫磊石料廠 5～20mm 碎石，含泥量 0.7%，壓碎指標(biāo)值 9.6%，其它性能見表 3；細(xì)骨料：阿拉善左旗鑫磊石料廠生產(chǎn)的水洗砂，細(xì)度模數(shù) 3.1，含泥量2.5%；吳忠關(guān)馬湖砂廠生產(chǎn)的細(xì)砂，細(xì)度模數(shù) 1.8，含泥量2.3%。

2.4外加劑

寧夏騰仁化工建材有限公司騰仁牌聚羧酸高性能減水劑，減水率 28.9%，含固量 14%。

表3　粗骨料主要技術(shù)指標(biāo)

2.5Excel 軟件求解骨料級配試驗數(shù)據(jù)分析

根據(jù) JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》中骨料級配范圍，經(jīng)過大量試驗使用 Excel 軟件求解骨料級配與相同砂、石相同用料比例做緊密密度、堆積密度試驗數(shù)據(jù)基本接近，從而證明了 Excel 軟件求解骨料級配的真實性和準(zhǔn)確性，進(jìn)而節(jié)省了人力和時間，提高了工作效率。合理調(diào)整砂率和粗細(xì)骨料用量設(shè)計配合比，有利于控制混凝土拌合物性能、工作性、密實性。

通過圖1和表 3 的試驗數(shù)據(jù)，根據(jù)粗細(xì)骨料合成級配找出骨料最佳級配和用料比例，其中粗骨料用料比例為5～20mm 碎石 : 5～10mm 碎石=75% : 25%；細(xì)骨料用料比例為水洗砂 : 細(xì)砂=70% : 30%。依據(jù)以上骨料用料比例設(shè)計和計算混凝土配合比，減少了骨料用料比例的隨意性，彌補(bǔ)了實際混凝土生產(chǎn)中骨料級配缺乏定量化和計算機(jī)化。粗骨料在 Excel 軟件計算下級配更加合理，孔隙率減小，從而提高了混凝土拌合物工作性、力學(xué)性能及密實性。

3　試驗及結(jié)果分析

3.1石灰石粉取代粉煤灰對自密實混凝土拌合物性能試驗數(shù)據(jù)分析

根據(jù) JGJ/T 283—2012《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》、JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》、CCES02—2004《自密實混凝土設(shè)計與施工指南》和設(shè)計要求。利用表3、圖1中得出的骨料級配和骨料用料比例設(shè)計配合比（見表4），根據(jù) JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》中骨料級配范圍，用石灰石粉以水泥質(zhì)量的 5%、10%、15%、20% 取代粉煤灰，結(jié)合該工程中對鋼柱自密實混凝土工作性、填充性、間隙通過性的技術(shù)要求，用質(zhì)量法假定 C55 自密實表觀密度 2415kg/m3，砂率提高到 40% 和 C50自密實表觀密度 2410kg/m3，砂率提高到 41%，設(shè)計混凝土配合比見表 5），觀察混凝土拌合物工作狀態(tài)并得出試驗數(shù)據(jù)（見表 6）。

圖1　粗細(xì)骨料級配曲線圖

表4　混凝土試驗配合比 kg/m3

通過觀察表 5 的試驗，混凝土拌合物的和易性、工作性隨著石灰石粉摻量的逐步提高，和易性、工作性越來越好。單摻粉煤灰的兩組混凝土拌合物出現(xiàn)表面上浮未燃燒的煤灰（呈黑褐色）、混凝土出現(xiàn)輕微的漿骨分離現(xiàn)象且在靜止的過程中表面出現(xiàn)氣泡集中不宜消除的現(xiàn)象，凝固硬化后表面呈泡沫狀，隨著石灰石粉摻量的逐步提高該現(xiàn)象有所改善并得到解決。

3.2石灰石粉對自密實混凝土工作性和力學(xué)性能試驗數(shù)據(jù)對比和分析

通過表 5 在試驗室對混凝土配合比進(jìn)行調(diào)整并對各項技術(shù)指標(biāo)性能進(jìn)行觀察和驗證，制作 100mm×100mm×100mm試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗。根據(jù)自密實混凝土相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，通過檢測自密實混凝土 T500 擴(kuò)展時間、L 型儀 H2/ H1值、初始坍落度/坍落擴(kuò)展度值及 1h、2h 保留值、抗壓強(qiáng)度，選擇各項技術(shù)指標(biāo)符合要求的應(yīng)用于實際工程中。

通過表 6及圖2的試驗數(shù)據(jù)可以看出，檢測坍落擴(kuò)展度、T500 擴(kuò)展時間、L 型儀 H2/H1 值、初始坍落度/坍落擴(kuò)展度值及 1h、2h 保留值、抗壓強(qiáng)度得出的試驗數(shù)據(jù)來看。隨著石灰石粉摻量逐步增加，坍落度、坍落擴(kuò)展度有明顯改善，坍落度經(jīng)時損失減小，T500 擴(kuò)展時間隨之縮短。保證了自密實混凝土在現(xiàn)場自卸兩小時達(dá)到技術(shù)要求。當(dāng)摻量達(dá)到 20%時，混凝土拌合物從感觀和工作性狀態(tài)出現(xiàn)粘性增大，T500擴(kuò)展時間增加流動性減緩現(xiàn)象不利于自密實混凝土施工。混凝土的力學(xué)性能方面隨著石灰石粉摻量的提高，混凝土 7d、28d 抗壓強(qiáng)度有所增長，符合規(guī)范和設(shè)計要求，并對該自密實混凝土進(jìn)行了 60d 抗壓強(qiáng)度檢測，相比單摻粉煤灰強(qiáng)度增長明顯。

表5　混凝土調(diào)整后配合比 kg/m3

表6　拌合物性能試驗結(jié)果

圖2　抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計圖

表7　A組和B組混凝土配合比對比 kg/ m3

表8　工作性和力學(xué)性能試驗數(shù)據(jù)對比

3.3石灰石粉與骨料最佳級配結(jié)合運用對混凝土工作性、密實性及力學(xué)性能試驗和數(shù)據(jù)分析

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和現(xiàn)有試驗儀器，結(jié)合實際混凝土生產(chǎn)中，骨料級配是參照國家規(guī)范通過砂率確定的，缺乏定量化、計算機(jī)化。通過使用石灰石粉和 Excel 軟件求解骨料級配相結(jié)合進(jìn)行混凝土配合比的設(shè)計和計算，進(jìn)行配合比優(yōu)化。并對配合比進(jìn)行試驗驗證和實際工程運用，以本文中粗細(xì)骨料級配曲線圖、用質(zhì)量法假定 C55 自密實表觀密度 2415kg/m3為例設(shè)計配合比，砂率相同為 40%，A 組為運用 Excel 軟件求解骨料級配計算配合比和 B 組為參照標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量法計算配合比，并對兩組配合比進(jìn)行表觀密度和工作性試驗對比。

通過表 7、表 8 的配合比進(jìn)行反復(fù)試驗驗證，觀察和檢測混凝土拌合物的和易性、工作性、密實性及力學(xué)性能，最終調(diào)整和確定實際使用配合比。通過A組和B組混凝土拌合物和易性、工作性及力學(xué)性能的對比可以看出，使用最佳級配配制的混凝土在和易性、工作性方面明顯優(yōu)于B組質(zhì)量法配制的混凝土。從感觀來看 A 組明顯比 B 組混凝土骨料級配更加合理，拌合物工作狀態(tài)更好，混凝土表觀密度實測值相對比B組拌合物表觀密度值高，混凝土的密實性得到改善和提高。同時運用了骨料最佳級配這一科學(xué)的計算方法，在該工程和其他工程中的使用后，運用骨料最佳級配來調(diào)整和控制混凝土出廠質(zhì)量，既提高了混凝土拌合物的和易性、工作性，又降低了因級配不合理造成的和易性差、工作性差、可泵性差、易開裂等問題。

4　結(jié)論

（1）石灰石粉作為礦物摻合料在自密實混凝土中使用，能夠較好的改善混凝土拌合物的和易性、工作性、密實性及力學(xué)性能。和粉煤灰復(fù)摻運用到自密實混凝土中，既改善了混凝土的各項性能，又充分的利用石粉資源減少了對環(huán)境的污染，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

（2）石灰石粉隨著其摻量的增加，混凝土的填充性及間隙通過性逐步變好，當(dāng)摻量大于水泥質(zhì)量的 20% 時，在強(qiáng)度較高的混凝土中使用出現(xiàn)粘性增大，流動性減緩現(xiàn)象，混凝土拌合物工作性、力學(xué)性能及經(jīng)濟(jì)性均略有降低。

（3）在合理摻量下使用石灰石粉，利用 Excel 軟件求解骨料級配與石灰石粉相結(jié)合，選擇骨料最佳級配和合理砂率來配制混凝土，增加了混凝土的密實性，減少了質(zhì)量缺陷，還改善了工作性、耐久性、力學(xué)性能及工程實體感觀，提高了混凝土拌合物和易性、施工工作性、可泵性及工作效率。

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

[2] CCES02—2004．自密實混凝土設(shè)計與施工指南》[S]．

[3] 楊欣，馬雪英，呂興國．石灰石粉在自密實混凝土中應(yīng)用的研究[J]．商品混凝土，2011.07．

[4] 吳中偉，廉慧珍．高性能混凝土[J]．中國鐵道出版社，1999.9．

[5] 宋少民，劉娟紅．綠色高性能混凝土技術(shù)與工程應(yīng)用[J]．中國電力出版社，2011.1．

［通訊地址］寧夏回族自治區(qū)銀川市德勝工業(yè)園區(qū)新勝東路（750200）

王瑞（1986—），男，工程師，長期從事混凝土技術(shù)工作。