宋文浚

（山西省水利水電科學研究院 太原 030002）

1 自密實混凝土的性能

自密實混凝土（Self-CompactingConcrete，簡稱SCC）是一種特殊的高性能混凝土，在澆灌過程中無需振搗完全靠自重充分填充模板內(nèi)的空間形成均勻密實結(jié)構(gòu)的混凝土。自密實混凝土技術(shù)具有以下優(yōu)點：①良好的密實性和流動性，且不離析、不泌水；②生產(chǎn)效率高，機械化程度高，提高工程進度；③無需振搗，減少施工噪音，改善工人工作環(huán)境和周圍居民環(huán)境；④成型后的混凝土有著良好的耐久性和力學性能；⑤增加結(jié)構(gòu)設(shè)計的自由度，解決了鋼筋過于密集、斷面過深等復雜結(jié)構(gòu)的施工問題，因此被稱為“近幾十年中混凝土建筑技術(shù)最具革命性的發(fā)展”。

目前國內(nèi)在自密實混凝土的配制技術(shù)上雖然有很大進步，但基本上都是靠經(jīng)驗摸索提出配合比，然后通過不斷試配調(diào)整來滿足要求，并且自密實混凝土對原材料的要求較高，其原材料都具有很強的地域性，且原材料和外加劑的相容性也需要試驗論證，因此，研究就地取材的自密實混凝土配合比試驗，具有很現(xiàn)實的經(jīng)濟意義。

本試驗以圍灘水電站工程中選擇的水泥、粗細骨料、粉煤灰、混凝土用減水劑、引氣劑等為原材料，進行等級為C15F150W8自密實混凝土的配合比試驗研究。

2 自密實混凝土配合比設(shè)計

2.1 試驗原材料性能

試驗選用的原材料包括水泥、人工砂、碎石、粉煤灰、混凝土用減水劑、引氣劑等，自密實混凝土試驗選用原材料產(chǎn)地見表1.

水泥：水泥物理力學性能試驗結(jié)果詳見表2，物理力學性能試驗符合標準GB175-2007的要求，滿足試驗研究的使用要求；

表1 自密實混凝土試驗選用原材料產(chǎn)地

表2 水泥物理力學性能試驗結(jié)果

細骨料：為圍灘水電站當?shù)厝斯ど?，細度模?shù)為2.78，松散堆積密度為1 740 kg/m3，表觀密度2 790 kg/m3較為適中，適于作為自密實混凝土試驗的細骨料；

粗骨料：為圍灘水電站級配合格的碎石，級配相對較好，粒徑5～20 mm之間，松散堆積密度為1 440 kg/m3，表觀密度為2 820 kg/m3，砂率為49%，適于作為自密實混凝土試驗的粗骨料；

粉煤灰：粉煤灰作為自密實混凝土的摻合料為必選材料，該粉煤灰為II級灰，可以滿足試驗研究的技術(shù)指標要求；

混凝土外加劑：混凝土減水劑選用山西黃河新型化工有限公司生產(chǎn)的HJSX-A型聚羧酸鹽減水劑（液態(tài)）進行試驗研究；混凝土引氣劑選用河北省混凝土外加劑廠生產(chǎn)的DH9型引氣劑為自密實混凝土試驗研究中的引氣劑。

2.2 自密實混凝土配合比試驗參數(shù)變化范圍的確定

圍灘水電站自密實混凝土基本指標的要求為C15F150W8，據(jù)此作為設(shè)計基準，初步確定自密實混凝土配合比中的基本參數(shù)和變化范圍。自密實混凝土配合比中涉及的基本參數(shù)較多，主要基本參數(shù)為單位體積用水量、水粉比、單位體積粗骨料量、水膠比、水泥摻量、粉煤灰摻量、砂率、外加劑摻量等，各基本參數(shù)的變化幅度范圍確定如下：

1）水粉比：按體積比考慮，水粉比變化的幅度范圍為0.86～1.44；換算成重量比考慮，其水粉比變化的幅度范圍為0.27～0.38，接近于水膠比的變化幅度范圍。

2）單位體積用水量：每1 m3混凝土中，用水量變化的幅度范圍為143～163 kg/m3.

3）單位體積粗骨料量：變化的幅度范圍為0.14～0.23.4）水膠比：變化的幅度范圍為0.27～0.37.

5）水泥摻量：變化的幅度范圍為16%～40%；在每1 m3混凝土中，水泥的摻量變化范圍為62～157 kg/m3.

6）粉煤灰摻量：變化的幅度范圍為60%～84%；在每1 m3混凝土中，粉煤灰的摻量變化范圍為161～367 kg/m3.

7）砂率：變化的幅度范圍為64%～78%.

8）混凝土外加劑的摻量：山西黃河新型化工有限公司生產(chǎn)的HJSX-A型混凝土減水劑（液態(tài)）摻量變化的幅度范圍為1.6%～3.3%.

考慮到混凝土有耐久性的要求，混凝土的抗凍、抗?jié)B指標按F150W8確定，含氣量變化的幅度范圍按3%～6%確定，混凝土引氣劑摻量的變化幅度范圍確定為0.35/萬～0.6/萬。

2.3 自密實混凝土室內(nèi)基本試驗配合比的確定

自密實混凝土試驗配合比根據(jù)《自密實高性能混凝土設(shè)計與施工指南》及自密實混凝土拌和物的工作性能進行調(diào)整，根據(jù)拌和試驗中拌和物的狀態(tài)各測量數(shù)據(jù)的情況和前期拌和試驗的結(jié)果，初步確定自密實混凝土的單位體積用水量基準為150 kg/m3，變化范圍為143～163 kg/m3；粉煤灰摻量的基準為60%，其變化的幅度范圍為60%～84%，最終確定了5組自密實混凝土的配合比進行最優(yōu)選擇，試驗配合比見表3.

表3 自密實混凝土配合比試驗參數(shù)

2.4 自密實混凝土各配合比拌合試驗結(jié)果分析

在Zm1～Zm5配合比系列中，拌和性能整體相對良好，只有Zm1配合比的坍落度略低于20 cm；本系列各配合比中，坍擴度均在55 cm以上，含氣量指標適中，其中Zm5配合比的拌和性能中，含氣量指標、V漏斗通過時間指標均為適中，T50時間相比較最短，其拌和性能良好。

自密實混凝土拌和物的表觀密度與水粉比或水膠比的變化趨勢在本配合比系列中不是很明顯，呈現(xiàn)為無規(guī)則和無規(guī)律的變化，自密實混凝土配合比的拌和試驗結(jié)果見表4.測試情況見圖1、圖2、圖3、圖4.

表4 自密實混凝土配合比的拌和試驗結(jié)果

圖1 V漏斗通過時間測試

圖2 坍落度、坍擴度測試

圖3 含氣量測試

圖4 成型的混凝土試件

2.5 自密實混凝土各配合比試件力學性能分析

在Zm1～Zm5配合比系列中，28 d立方體抗壓強度均在15.0 MPa以上，本系列最大28 d立方體抗壓強度值出現(xiàn)在配合比Zm5中，為26.5 MPa；28 d劈裂強度均在0.7 MPa以上，最大28 d劈裂強度值出現(xiàn)在配合比Zm4中，達到2.10 MPa；混凝土的28 d立方體抗壓強度與水粉比或水膠比的變化趨勢在本配合比系列中也較為明顯，呈現(xiàn)出隨著水粉比或水膠比值的降低、混凝土的28 d立方體抗壓強度值有逐漸增高的變化趨勢。此外，還對自密實混凝土90 d齡期的強度進行了試驗，其90 d齡期的強度仍然有一定的增長空間，抗壓強度的增長幅度最低增加了2.9 MPa，最大增加了8.8 MPa，從試驗的混凝土抗壓強度的增長情況來看，混凝土的90 d齡期的抗壓強度應(yīng)更有代表性。

檢測的自密實混凝土抗?jié)B等級全部達到W8或W8以上，從抗凍性能的試驗結(jié)果來看，Zm4配合比的抗凍等級達到F150等級的要求，自密實混凝土配合比的力學性能見表5、表 6.

表5 自密實混凝土物理和力學性能試驗結(jié)果

2.6 自密實混凝土最優(yōu)配合比確定

圍灘水電站自密實混凝土基本指標的要求為C15F150W8，在Zm1～Zm5配合比系列中，通過拌和實驗分析和力學性能分析，最后得出圍灘水電站自密實混凝土最終配合比為Zm4：用水量為150 kg/m3，水泥為134 kg/m3，粉煤灰為 201 kg/m3，人工砂為 1 269 kg/m3，碎石為 450 kg/m3，山西黃河新型化工有限公司生產(chǎn)的HJSX-A型混凝土減水劑摻量為1.6%，河北省混凝土外加劑廠生產(chǎn)的DH9型引氣劑摻量為0.39/萬。

表6 自密實混凝土物理和力學性能試驗結(jié)果

3 結(jié)論

1）從試驗研究中得出：隨著水膠比的增大，自密實混凝土的強度隨之呈下降的趨勢；

2）從試驗研究中得出：隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土強度有隨之下降的趨勢；

3）按本研究所提出的配合比設(shè)計步驟，能配制出性能滿足要求的自密實混凝土配合比。