自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

■許睦暉

(廈門(mén)合誠(chéng)工程檢測(cè)有限公司，廈門(mén) 361027)

1 引言

自密實(shí)混凝土(簡(jiǎn)稱(chēng)SCC)是指在自身重力作用下，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)的混凝土。自密實(shí)混凝土具備高流動(dòng)性、高粘聚性、高保水性，以及較好的耐久性能。 自密實(shí)混凝土具有施工快速、降低成本、減少噪聲等特點(diǎn)，可以滿足特殊部位施工需要，如鋼筋密集、截面復(fù)雜等部位。自密實(shí)混凝土從推出到現(xiàn)在的普遍應(yīng)用產(chǎn)生了很多種配合比設(shè)計(jì)方法，推出了一些新設(shè)計(jì)參數(shù)如漿骨比的控制， 也增加了一些新的檢測(cè)參數(shù)如擴(kuò)展度、T500 等質(zhì)量控制指標(biāo)。 住建部于2012 年發(fā)布的《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 283-2012 對(duì)自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了規(guī)定，但因其設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜，參數(shù)選擇約定模糊而沒(méi)有受到較好的應(yīng)用。有些教科書(shū)推出的配合比設(shè)計(jì)方法因其過(guò)于理論化，在實(shí)際拌制混凝土后產(chǎn)生的偏差較大。 本文依據(jù)多年的檢測(cè)工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)關(guān)注的主要因素，提出了在配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中各參數(shù)選擇應(yīng)注意的要點(diǎn)。

2 影響自密實(shí)混凝土性能的因素

自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)需要充分考慮自密實(shí)混凝土流動(dòng)性、抗離析性、自填充性、漿體用量和體積穩(wěn)定性之間的相互關(guān)系及其矛盾， 原材料及其用量是影響其性能的主要因素。 自密實(shí)混凝土所用原材料與普通混凝土基本相同， 主要包括水泥和礦物摻合料組成的膠凝材料、粗細(xì)骨料、外加劑、水，每種材料的選擇和用量對(duì)自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)都有極大的影響。

2.1 骨料的影響

骨料在混凝土中起著骨架作用，要保持高流動(dòng)性，需要骨料的顆粒之間保持較好地鑲嵌和潤(rùn)滑， 因此粗骨料宜采用形狀較圓、棱角較少的連續(xù)級(jí)配碎石；由于粒徑過(guò)大不易產(chǎn)生滾動(dòng)，故粗骨料最大粒徑不宜超過(guò)20mm。 細(xì)骨料起著填充碎石的作用，采用細(xì)度模數(shù)為2.5～2.9 的II區(qū)中砂，易與碎石搭配成良好的骨架；如采用機(jī)制砂為細(xì)骨料， 應(yīng)注意機(jī)制砂中的石粉含量對(duì)混凝土工作性能的影響，當(dāng)石粉含量較大時(shí)，添加的高性能減水劑應(yīng)提高摻量，機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)宜控制在2.5 左右，確保自密實(shí)混凝土的潤(rùn)滑性。

2.2 水泥和礦物摻合料的影響

水泥的細(xì)度對(duì)混凝土的用水量有較大的影響， 理論上水泥越細(xì)需水量就越大， 水化充分有利于混凝土的粘聚性和強(qiáng)度，但是并非越細(xì)越好，自密實(shí)混凝土要求水泥的細(xì)度以及熟料中石膏和礦物質(zhì)的摻量要控制在合理的范圍內(nèi)，使混凝土的保塌性能達(dá)到設(shè)計(jì)施工要求。

礦物摻合料的種類(lèi)和摻量對(duì)混凝土的流變性和觸變性有較大的影響。粉煤灰具有“玻璃微珠”效應(yīng)，具有良好的潤(rùn)滑作用， 摻加適量的粉煤灰可以降低混凝土的剪切應(yīng)力和塑性粘度，從而改善SCC 拌合物的流變性。 礦渣粉SiO2含量較高，能有效提升混凝土的強(qiáng)度；當(dāng)?shù)V渣粉的比表面積達(dá)到400m2/kg 時(shí)，其活性得到充分的發(fā)揮，加入適量高級(jí)別的礦渣粉， 能有效改善混凝土的力學(xué)性能和耐久性能。

2.3 外加劑的影響

自密實(shí)混凝土對(duì)外加劑的選擇要求比較高， 宜采用高性能減水劑，聚羧酸類(lèi)減水劑作為第三代減水劑，有其突出的特點(diǎn)：低摻量高性能、流動(dòng)性保持優(yōu)異、可適應(yīng)的原材料范圍廣泛、性能的可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、提高混凝土制品和構(gòu)件的質(zhì)量、 可根據(jù)混凝土的特點(diǎn)生產(chǎn)系列化產(chǎn)品及綠色環(huán)保無(wú)污染等。 雖然聚羧酸減水劑與原材料的適應(yīng)性好，但也不是意味著完全適應(yīng)，也要考慮匹配度的問(wèn)題。不同種類(lèi)的聚羧酸類(lèi)減水劑與水泥匹配的問(wèn)題， 需通過(guò)配合比試驗(yàn)，檢測(cè)拌合物的工作性能，分析出現(xiàn)異常的原因并及時(shí)調(diào)整減水劑或水泥的品種。

3 配合比設(shè)計(jì)與試驗(yàn)結(jié)果分析

考慮到前面所述的影響因素， 本文收集整理了近年開(kāi)展自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)注意的要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。

3.1 粗骨料種類(lèi)、砂率及水灰比變化對(duì)混凝土性能的影響

本次配合比設(shè)計(jì)使用材料： 海螺P.O42.5R 水泥，漳州后石電廠II 級(jí)粉煤灰，日照京華S95 礦渣粉，廈門(mén)宏發(fā)緩凝型聚羧酸高性能減水劑，細(xì)度模數(shù)為2.7 中砂，粗集料分別采用反擊破碎石和鄂破碎石進(jìn)行對(duì)比， 并在不同砂率和不同水灰比下進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1：

表1 C35、C40 自密實(shí)混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果

由表1 可知：

(1)碎石種類(lèi)的影響：采用鄂破碎石與反擊破碎石的混凝土對(duì)比， 混凝土拌合物擴(kuò)展度變化范圍為45mm～60mm，T500 變化范圍為1.8s～5s， 強(qiáng)度的變化值不明顯，由此可見(jiàn)碎石的形狀對(duì)混凝土拌合物填充性和間隙通過(guò)性有較大影響，自密實(shí)混凝土宜采用反擊破碎石。

(2)砂率的影響：砂率在下限與中上限時(shí)混凝土的對(duì)比， 混凝土拌合物擴(kuò)展度變化范圍為50mm～60mm，T500變化范圍為2.0s～3.4s，7d 強(qiáng)度的變化范圍為1.6MPa～2.6MPa，28d 強(qiáng)度的變化范圍為2.5MPa～3.2MPa。 由此可見(jiàn)采用中上限的砂率能提升自密實(shí)混凝土拌和物的填充性、間隙通過(guò)性，從而提高混凝土強(qiáng)度。

(3)水灰比的影響：在不改變其他參數(shù)選擇的前提下降低水灰比，擴(kuò)展度降低、T500 增大，說(shuō)明其填充性和間隙通過(guò)性在下降，而強(qiáng)度的提升并不明顯，因此對(duì)高標(biāo)號(hào)自密實(shí)混凝土不能單純的降低水灰比，還要結(jié)合其他因素。

3.2 細(xì)骨料種類(lèi)變化對(duì)外加劑摻量和用水量的影響

本次配合比設(shè)計(jì)使用材料： 海螺P.O42.5R 水泥，漳州后石電廠II 級(jí)粉煤灰，日照京華S95 礦渣粉，廈門(mén)宏發(fā)緩凝型聚羧酸高性能減水劑， 用細(xì)度模數(shù)為2.7 的河砂與細(xì)度模數(shù)2.8 的機(jī)制砂進(jìn)行對(duì)比， 并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)整外加劑摻量和水用量，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2：

表2 C40、C50 自密實(shí)混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果

由表2 可知：

(1)當(dāng)砂種類(lèi)由河砂變成機(jī)制砂時(shí)，外加劑摻量必須提高， 且提高的幅度要根據(jù)試拌過(guò)程混凝土拌合物性能的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。 水灰比為0.34 的配合比外加劑摻量需提高0.4%，水灰比為0.31 的配合比外加劑摻量需提高0.7%，才能達(dá)到使用河砂配合比的填充性和間隙通過(guò)性的水平。

(2)采用低水灰比時(shí)，適當(dāng)增加外加劑的摻量可以降低混凝土的粘性，提高填充性和間隙通過(guò)性。水灰比0.31比0.34 同等條件下外加劑摻量增大了0.2%～0.5%， 其試驗(yàn)結(jié)果表明拌合物性能相近。

(3)使用機(jī)制砂的混凝土外加劑摻量有其上限，到一定程度并不利于混凝土拌合物性能， 此時(shí)應(yīng)該調(diào)整漿體體積，提高漿骨比。表中所示兩種水灰比通過(guò)增加5kg 的水提高了漿骨比，使擴(kuò)展度增大60mm，T500分別下降4.1s和3.7s，強(qiáng)度增加值也比較明顯。

3.3 摻合料的變化對(duì)混凝土性能影響

本次配合比設(shè)計(jì)使用材料： 海螺P.O42.5R 水泥，漳州后石電廠II 級(jí)粉煤灰，日照京華S95 礦渣粉，長(zhǎng)安育才緩凝型聚羧酸高性能減水劑， 采用摻合料單摻和雙摻的設(shè)計(jì)方法，用細(xì)度模數(shù)為2.7 的河砂與細(xì)度模數(shù)2.8 的機(jī)制砂進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3：

表3 C50 自密實(shí)混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果

由表3 可知：

(1)雙摻技術(shù)的混凝土擴(kuò)展度較大，T500 較小，強(qiáng)度較大，說(shuō)明雙摻混凝土填充性、間隙通過(guò)性和強(qiáng)度均優(yōu)于單摻的，因此自密實(shí)混凝土宜采用雙摻技術(shù)。

(2)機(jī)制砂混凝土擴(kuò)展度大于河砂混凝土，但T500 較大，強(qiáng)度也較小，說(shuō)明機(jī)制砂混凝土填充性較好，但間隙通過(guò)性較差。

(3)混凝土的強(qiáng)度不僅僅是由漿骨比決定，高漿骨比并不意味著高強(qiáng)度。

4 結(jié)論

綜上所述，自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意掌握以下要點(diǎn)：

(1)粗骨料宜采用形狀較圓、棱角較少的5～20mm 連續(xù)級(jí)配碎石；

(2)砂率的選擇對(duì)拌合料性能影響很大，在規(guī)定范圍內(nèi)盡量選擇中上限；

(3)合理采用機(jī)制砂，并且適當(dāng)提高減水劑的摻量可以提升自密實(shí)混凝土的各項(xiàng)性能；

(4)設(shè)計(jì)高標(biāo)號(hào)自密實(shí)混凝土?xí)r不能單純地降低水灰比，應(yīng)當(dāng)通過(guò)增加水量，提高減水劑摻量等方法提高水泥漿比例，從而提升混凝土的流動(dòng)性；

(5)條件允許的前提下盡量采用雙摻或多摻的方法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，這樣可以提升混凝土的各項(xiàng)性能。

自密實(shí)混凝土的拌合性能對(duì)其應(yīng)用有較大影響，在配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合拌合物性能檢測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整各種原材料的用量， 拌合物性能應(yīng)充分考慮填充性和間隙通過(guò)性，通過(guò)調(diào)整混凝土的用水量、外加劑摻量、摻合料的選擇和摻量、粗細(xì)骨料和砂率的選擇、漿骨比等方式進(jìn)行，不能生搬硬套既有的公式。發(fā)現(xiàn)混凝土異常時(shí)可以多方法結(jié)合處理，不要單一調(diào)整某個(gè)材料用量，找到所使用材料的匹配性再進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)與調(diào)整， 這樣調(diào)整出來(lái)的自密實(shí)混凝土配合比既經(jīng)濟(jì)又可靠。