楊康 龔平 柯昌君

(長(zhǎng)江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，湖北荊州 434023)

0 引言

自密實(shí)混凝土是高性能混凝土的一種，其變形能力優(yōu)良，施工時(shí)可以免振搗，同時(shí)具有足夠的粘度和抗離析能力，使用范圍開始增大。隨著建設(shè)步伐加快，社會(huì)要求有更大擴(kuò)展度并且粘聚性和抗離析更好的自密實(shí)混凝土。因此最新規(guī)范增大了混凝土擴(kuò)展度的值，同時(shí)對(duì)T500提出了新的要求［1］。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)以該規(guī)范為基準(zhǔn)，滿足強(qiáng)度、工作性、經(jīng)濟(jì)性和相應(yīng)工程環(huán)境的耐久性要求。

本文配合比設(shè)計(jì)以滿足強(qiáng)度和有利于特定環(huán)境的耐久性為原則，主要強(qiáng)調(diào)混凝土拌合物工作性使其達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1 常見自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)法

1)固定砂石體積法。

該法認(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)。此認(rèn)識(shí)將自密實(shí)混凝土的工作性與其他混凝土區(qū)分開。

2)改進(jìn)全計(jì)算法。

該法將漿體體積與傳統(tǒng)的水膠比定則聯(lián)系起來，混凝土配比的參數(shù)可全部定量按公式計(jì)算，計(jì)算公式和步驟簡(jiǎn)單，公式的物理意義明確。

3)參數(shù)法。

其主要用四個(gè)參數(shù)來控制配合比中材料的用量。粗骨料系數(shù)α用于計(jì)算石子用量，砂撥開系數(shù)β用于計(jì)算砂用量，摻合料系數(shù)γ和水膠比W/B反映了膠凝材料凈漿的組成。當(dāng)原材料性能不一樣時(shí)α，β取值要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整［2］。

4)絕對(duì)體積法。

主要用四個(gè)參數(shù)來控制配合比中材料的用量，確定外加劑占膠凝材料總質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)α，礦物摻合料占膠凝材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)β，礦物摻合料的膠凝系數(shù)γ，單位體積中砂的質(zhì)量砂率Фs。

2 自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)

自密實(shí)混凝土對(duì)原材料質(zhì)量十分敏感，絕對(duì)體積法中用摻合料質(zhì)量分?jǐn)?shù)β和膠凝系數(shù)γ共同計(jì)算水膠比，將水膠比的波動(dòng)范圍控制的很小，有利于控制混凝土的強(qiáng)度，通過加入減水劑達(dá)到要求擴(kuò)展度。故選擇絕對(duì)體積法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。

本次試驗(yàn)在限定75 min內(nèi)完成有效。

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

1)混凝土工作性:坍落擴(kuò)展度要求:660 mm～750 mm;T500要求:2 s≤T≤10 s;粘聚性、保水性、抗離析性良好。2)混凝土強(qiáng)度等級(jí):C40自密實(shí)水泥混凝土，抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取5.0 MPa。3)耐久性:廣東某臨海環(huán)境。

2.2 原材料及技術(shù)指標(biāo)

1)水泥:P.Ⅱ42.5R，水泥表觀密度ρc=3 010 kg/m3，比表面積360 m2/kg。

2)Ⅰ級(jí)粉煤灰:粉煤灰表觀密度ρFA=2 580 kg/m3，含水率a=1.03%，比表面積417 m2/kg。

3)硅灰:硅灰表觀密度ρSI=2 620 kg/m3。

4)磨細(xì)礦渣:表觀密度ρk=2 800 kg/m3，比表面積416 m2/kg。

5)細(xì)集料:天然河砂。砂表觀密度ρs=2 614 kg/m3，堆積密度ρs'=1 570 kg/m3，細(xì)度模數(shù)Mx=2.6，含水率b=0.2%。

6)石:10 mm～20 mm大石表觀密度2 740 kg/m3，5 mm～10 mm小石表觀密度2 770 kg/m3;體積比大石∶小石=6∶4時(shí)表觀密度ρg=2 752 kg/m3。

7)聚羧酸鹽高效減水劑:減水率28.3%。

2.3 粗細(xì)骨料用量

粗骨料含量少，硬化后混凝土彈性模量較小，自縮大;但含量多時(shí)，拌合物的流動(dòng)性下降并且間隙通過性也下降，容易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。粗骨料最大粒徑不宜大于20 mm，SF2級(jí)單位體積粗骨料的絕對(duì)體積0.30 kg/m3～0.33 kg/m3［1］。粗骨料的松堆積體積一般為0.50 kg/m3～0.60 kg/m3。

砂為中、粗砂，根據(jù)前人大量實(shí)驗(yàn)，SCC中質(zhì)量砂率一般在45%～55%范圍內(nèi)比較合適，粗細(xì)骨料比以0.85～1.20較合適。在絕對(duì)體積法中，砂在砂漿中的體積含量0.42～0.44［3］，經(jīng)過試驗(yàn)選擇體積砂率為43%。

2.4 膠凝材料和水

自密實(shí)混凝土水膠比宜小于0.45，膠凝材料用量宜控制在400 kg/m3～550 kg/m3［1］，同時(shí)大量實(shí)驗(yàn)表明水泥用量在350 kg/m3～450 kg/m3，單位用水量不宜超過200 kg/m3比較合適。礦物摻合料一般為粉煤灰、磨細(xì)礦渣、硅灰等?？紤]到強(qiáng)度、耐久性和經(jīng)濟(jì)性合理選擇硅灰和粉煤灰摻量［4］。

3 配合比設(shè)計(jì)步驟

SF2級(jí)每立方米中碎石絕對(duì)體積可取 Vg=0.30 kg/m3～0.33 kg/m3，本配合比取Vg=0.31 kg/m3。砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)取Φs=43%。

在廣東臨海環(huán)境中使用混凝土需考慮抗?jié)B性和抗硫酸鹽侵蝕性。

材料中礦渣比表面積大于水泥，對(duì)拌合物泌水的影響較比表面積小的礦渣小，其摻量最大為65%。粉煤灰可取代部分水泥，可提高耐久性，隨加入量增大混凝土密實(shí)性變差抗?jié)B性下降。最大摻量不宜超過45%。硅灰可提高混凝土密實(shí)性，提高混凝土抗化學(xué)腐蝕能力和抗?jié)B性。因其比表面積很大會(huì)增加單位用水量，并且價(jià)格高，所以最大摻量不宜超過10%［5］。

1)計(jì)算1 m3混凝土粗骨料用量mg和其密實(shí)體積Vg:

2)計(jì)算1 m3混凝土砂漿密實(shí)體積Vm，砂密實(shí)體積Vs，砂的質(zhì)量ms:

3)膠凝材料漿體密實(shí)體積Vp:

4)膠凝材料表觀密度(ρb)根據(jù)礦物摻合料和水泥的相對(duì)含量及各自的表觀密度，按下式計(jì)算:

其中，ρm為礦物摻合料表觀密度，kg/m3;ρc為水泥表觀密度，kg/m3;β為每立方米混凝土中礦物摻合料占膠凝材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。當(dāng)采用兩種或兩種以上礦物摻合料時(shí)，可以用β1，β2，β3表示，并進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算。

5)適配強(qiáng)度:

其中，σ=5 MPa;fcu，o=40 MPa。

6)水膠比:

其中，mb為單方混凝土中膠凝材料的質(zhì)量，kg;mw為單方混凝土中用水的質(zhì)量，kg;fce為水泥的28 d實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度，MPa;當(dāng)水泥28 d抗壓強(qiáng)度未知時(shí)，可用水泥強(qiáng)度等級(jí)對(duì)應(yīng)值乘以1.1代替;γ為礦物摻合料的膠凝系數(shù);對(duì)于粉煤灰(β≤0.3)可取0.4、礦渣粉(β≤0.4)可取0.9、硅灰可取1。

7)每立方米自密實(shí)混凝土中膠凝材料的質(zhì)量(mb)根據(jù)自密實(shí)混凝土中的漿體體積(Vp)、膠凝材料的表觀密度(ρb)、水膠比(mw/mb)按下式計(jì)算:

其中，Va為對(duì)于非引氣型的自密實(shí)混凝土，可取1%～2%;ρw為水的表觀密度，取1 000 kg/m3。

8)計(jì)算1 m3混凝土中各材料用量:

粗骨料用量:mg=797 kg;

細(xì)骨料用量:ms=784×(1+0.2%)=785.6 kg;

用水量:mw=mb×mw/mb-ms×0.2%-mb×β1×1.03%;

粉煤灰用量:mFA=mb×β1×(1+1.03%);

硅灰用量:mSI=mb×β2;

礦渣用量:mK=mb×β3;

水泥用量:mc=mb-mb×(β1+β2+β3);

減水劑用量:mca=(mb+mb×β1×1.03%)α。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

一隊(duì)做A組，A-1擴(kuò)展度和T500均不符合要求，故在其他摻量不變條件下將減水劑用量由0.8%變?yōu)?.00%再做A-2;二隊(duì)做B組，B-1擴(kuò)展度過大改變粉煤灰摻量做B-2。每隊(duì)的兩次實(shí)驗(yàn)總時(shí)間均在75 min內(nèi)，參見表1。

表1 混凝土配合比及工作性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)分析:

1)對(duì)比編號(hào)A-1和A-2可知在其他條件不變時(shí)，增大減水劑用量可提高混凝土拌合物的流動(dòng)性。2)對(duì)比編號(hào)B-1和B-2發(fā)現(xiàn)在水膠比降低的前提下，增大粉煤灰的用量仍可以使混凝土的流動(dòng)性達(dá)到要求，表明粉煤灰可以提高混凝土拌合物的流動(dòng)性。另外，因粉煤灰比表面積較大(大于水泥的比表面積)，單位用水量不變時(shí)，B-2的T500較大，故可認(rèn)為粉煤灰在一定程度上會(huì)增加單位用水量。

5 結(jié)語

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可明顯看出A-2和B-2在工作性能方面完全可以滿足施工要求，同時(shí)也可看出粉煤灰和減水劑可以改善混凝土的流動(dòng)性，但對(duì)于比表面積很大的粉煤灰其對(duì)混凝土單位用水量和流動(dòng)性的影響仍需做大量的對(duì)比試驗(yàn)進(jìn)一步研究。

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

［2］ 陳春珍，張金善，陳煒林，等.自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法適用性的研究［J］.混凝土，2009(12)：83-86.

［3］ 馬冬梅，吳文清，秦鴻根.自密實(shí)高強(qiáng)混凝土的配置原理和配合比設(shè)計(jì)方法研究［J］.中外公路，2008(2)：177-180.

［4］ 齊永順，楊玉紅.自密實(shí)混凝土的研究現(xiàn)狀分析及展望［J］.混凝土，2007(1)：25-29.

［5］ JGJ 55-2011，普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.

［6］ 陳 明.高性能自密實(shí)飾面混凝土的配制與應(yīng)用［J］.山西建筑，2011，37(14)：98-99.