李睿峰 程 威 李固華 馬 超 祝 福

（西南交通大學土木工程學院，四川 成都611756）

1 概述

自密實混凝土（Self-Compacting Concrete，簡稱SCC）是指具有高流動性、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的混凝土。自密實混凝土這一概念最早由日本學者Okamura教授于1986年提出[1]，隨后研究與應用迅速展開，很快成為一種實用的、施工性能十分優(yōu)良的混凝土[2]。

自密實混凝土能充分填充空隙，澆筑后拌和物均勻密實，硬化后混凝土結(jié)構(gòu)致密，具有較高的力學性能和耐久性能[3]。相比于普通混凝土，自密實混凝土不需要額外的人工或機械振搗就能保證混凝土良好的密實性，從而很大程度上地縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，并且大大地降低了工人的工作強度，節(jié)約了人力物力; 由于無需人工和機械振搗，可以保證鋼筋、埋件及預留孔道位置不因振搗而移位，有利于保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量;此外，自密實混凝土利用了大量的工業(yè)廢料作為摻合料，降低了混凝土的原料成本，滿足目前的環(huán)保要求。

本文所研究的C40自密實混凝土主要用于高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道，其對混凝土要求非?？量蹋煌诔Ｒ?guī)自密實混凝土，對于混凝土的流動性能非常高，同時要求抗離析、抗泌水性能很高。一般自密實混凝土主要是以大量的粉體材料代替了常規(guī)混凝土中的相當部分的粗骨料，并且通過了高效減水劑的塑化和分散作用，保證流動性和粘聚性，有效地包裹運輸骨料，達到自密實的效果[4]，但過多的粉體材料將增加混凝土收縮性能。本文研究通過向自密實混凝土中添加各種粘性粉體材料，并調(diào)整摻入量，來分析其對自密實混凝土拌合物性能、硬化收縮性能和強度的影響。

2 實驗

2.1 實驗材料

水泥：P.O42.5；比表面積為370m2/kg，28d抗壓強度為48MPa，28d抗折強度為8.5MPa；

粗骨料：碎石直徑分別為5～10mm和10～16mm，二者比率為7:3；

細骨料：采用機制砂與河砂比為7:3，細度模數(shù)Mx=2.6；

減水劑：柯帥減水劑，減水率為30%；

膨脹劑：UAE膨脹劑；

粉煤灰：II級粉煤灰；

采用的粘性材料的性能參數(shù)如下：

1）石粉:石灰石石粉，細度為100目。

2）硅灰：比表面積為20m2/g，SiO2含量為96.75%。

3）偏高嶺土：比表面積為1250m2/kg，主要成分及含量如表1。

表1 偏高嶺土主要成分及含量

2.2 實驗配合比

本文是在大量的前期試驗基礎(chǔ)上得到的基準配合比，采用的水膠比為0.36。

2.3 實驗方法

自密實混凝土拌合物的自密實性能包括流動性、間隙通過性和抗離析性等三方面內(nèi)容[5]。

測試混凝土拌合物自密實性能的方法有：坍落擴展度、T50、V形漏斗、L形儀、J環(huán)以及篩析法等。自密實混凝土需要借助這些方法進行配合比設(shè)計和現(xiàn)場質(zhì)量檢驗，并且一般需要同時采用兩種以上實驗方法來評價流動性、穩(wěn)定性和通過鋼筋間隙通過能力[2]。本實驗根據(jù)《自密實混凝土應用技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 283-2012），并參照鐵路客運專線CRTSⅢ型板式無砟軌道相關(guān)的技術(shù)要求，采用坍落擴展度試驗、L形儀試驗和J環(huán)試驗。其中，坍落擴展度試驗用來檢測自密實混凝土的擴展時間T50和坍落擴展度；L形儀試驗用于測量自密實混凝土的流勻時間T700和H2/H1;J環(huán)試驗用于檢測自密實混凝土的BJ值。

現(xiàn)場實驗完成后，將自密實混凝土拌合物裝入模具。一段時間后，再測定自密實混凝土的收縮和強度，以此來確定粘性材料對自密實混凝土的綜合影響程度。

2.4 實驗結(jié)果與分析

2.4 .1 工作性能情況

1）坍落擴展度測定

坍落擴展度試驗主要用于檢測自密實混凝土拌合物的流動性和抗離析性。

圖1 擴展時間

圖2 坍落擴展度

由圖1、圖2可以得出以下結(jié)論

（1）在第一組實驗中,固定石粉摻量為35kg/m3不變，隨著硅灰摻量增加，擴展時間逐漸下降，擴展度增大。一般來說,硅灰的需水量較大,摻入硅灰會增加混凝土用水量。其實,在適當?shù)臈l件下,硅灰也可以表現(xiàn)出減水作用[6]。

（2）在第二組實驗中，固定石粉摻量為35kg/m3不變，隨著偏高嶺土摻量增加，對擴展度影響不大，當摻量為45～55kg/m3時，擴展時間達到最佳。

（3）在第三組實驗中，固定硅灰摻量為24.2kg/m3不變，隨著石粉摻量增加，擴展時間基本保持不變，當摻量為30～40kg/m3時，擴展度達到最大。

2）L形儀測定

L形儀試驗主要用于檢測自密實混凝土拌合物的流動性和間隙通過性。

圖3 流勻時間

圖4 H2/H1值

由圖3、4可以得出以下結(jié)論

（1）在第一組實驗中,固定石粉摻量為35kg/m3不變，隨著硅灰摻量增加，流動時間逐漸減小，當摻量大于30kg/m3時，滿足T700L<18s的要求，但對H2/H1影響不大，H2/H1均大于0.9，說明硅灰能夠提高混凝土的流動性。

（2）在第二組實驗中，固定石粉摻量為35kg/m3不變，隨著偏高嶺土摻量增加，流動時間均較長，當摻量為45～55kg/m3時，流動時間最小，但仍大于18s，而對H2/H1影響不大，均大于0.9，說明適量的偏高嶺土同硅灰一樣可以提高混凝土的流動性。

（3）在第三組實驗中，固定硅灰摻量為24.2kg/m3不變，隨著石粉摻量增加，自密實混凝土拌合物的流動時間隨之降低趨勢，且能滿足T700L<18s的要求，H2/H1也逐漸增大，因此，適當摻入一定量的石粉能夠提高自密實混凝土的流動性和間隙通過性；當石粉摻量大于35kg/m3,H2/H1>0.9，自密實混凝土拌合物的綜合性能達到最佳。

3）J環(huán)試驗測定

J環(huán)試驗主要用于檢測自密實混凝土拌合物的抗離析性和間隙通過性。

由圖5可以看出：

（1）硅灰和偏高嶺土的摻量大小對BJ值均不敏感，隨著摻量的增加，BJ值基本保持不變。

（2）石粉摻量的大小對BJ值影響很大，隨著石粉摻入量的增加BJ值先減小后增大，當摻量為30～40kg/m3時，BJ<15mm，即自密實混凝土拌合物的性能達到相對最佳。

2.4 .2 力學性能情況

圖5 BJ值

圖6 硅灰單軸抗壓強度

圖7 偏高嶺土單軸抗壓強度

圖8 石粉單軸抗壓強度

由圖6、圖7、圖8可以得出,在用水量一樣的情況下：

（1）偏高嶺土和石粉均能夠提高自密實混凝土的早期強度，硅灰在適量的情況下也能夠提高混凝土的早期強度。其中，以偏高嶺土的效果最為顯著。

（2）硅灰和偏高嶺土在摻量適度的前提下均能夠提高自密實混凝土的后期強度，而石粉對自密實混凝土的后期強度基本影響不大?；诖耸劭捎糜谥械蛷姸鹊燃壍淖悦軐嵒炷猎O(shè)計[7]。

2.4 .3 收縮情況

主要測量了100mmx100mmx400mm的試塊的收縮率，III型軌道板自密實混凝土收縮率應低于400x10-6。各組的收縮率如表2。其中1～4組為不同的硅灰摻量所對應的收縮率情況；4～5組不同的偏高嶺土摻量所對應的收縮率情況；8～11組為不同的石粉摻量所對應的收縮率情況。

從表3中可知，增加硅灰摻量對自密實混凝土的早期收縮的影響不是很大，能夠較小地降低后期收縮；偏高嶺土對自密實混凝土的早期收縮的影響也不是很大，當偏高嶺土摻量為40～50kg/m3時，能夠明顯降低后期收縮，但是當偏高嶺土摻量大于50kg/m3會導致后期收縮增加。增加石粉含量能夠增大混凝土的后期收縮，但是對前期影響不是很大。

3 結(jié)論

1）適量的硅灰能夠提高自密實混凝土拌合物的流動性和抗離析性，使混凝土在澆筑的時候不易出現(xiàn)分層、離析的現(xiàn)象；添加適量的偏高嶺土能夠提高自密實混凝土的流動性；添加適量的石粉能夠提高自密實混凝土的間隙通過性能，避免其在澆筑鋼筋混凝土試件的時候出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象。

2）適量的硅灰和偏高嶺土均能夠提高自密實混凝土的早期強度和后期強度，而石粉只能提高自密實混凝土的早期強度，對后期強度影響不大。

3）硅灰、偏高嶺土和石粉對自密實混凝土的早期收縮影響都不大，但三者均能降低混凝土的后期收縮，尤其是當偏高嶺土摻量為40～50kg/m3時能明顯降低后期收縮，但當其摻量超過50kg/m3時，會導致后期收縮增加。

4）粘性膠凝材料的摻入量應在一個合理的范圍內(nèi)。在單方混凝土中，硅灰的摻入量宜為25kg/m3,偏高嶺土的摻入量宜為45～50kg/m3,石粉的摻入量宜為30～40kg/m3。

表2 （1）不同硅灰摻量的混凝土配合比（單位：kg/m3）

表2 （2）不同偏高嶺土摻量的混凝土配合比（單位：kg/m3）

表2 （3）不同石粉摻量的混凝土配合比（單位：kg/m3）

表3 斷面收縮率(×10-6)

[1]OKAMURA Hajime,OUCHI Masahiro.Selfcompacting concrete：development,present use and future [A].In：SKARENDAHL A,PE-TERSSON O eds.Proceedings of 1st International RILEM Symposiumon Self-Compacting Concrete [C].Paris：RILEM Publication SARL,1999.3–14.

[2]趙均.自密實混凝土的研究和應用[J].混凝土,2003,6：9-17.

[3]廉慧珍，張清，張耀凱.國內(nèi)外自密實高性能混凝土的研究及應用現(xiàn)狀[J].施工技術(shù),1999,28(5)：1-16.

[4]周虎，安雪暉，金峰.低水泥用量自密實混凝土配合比設(shè)計試驗研究[J].混凝土,2005,1：20-32.

[5] OZAWA K,MAEKAWA K, KUNISHIMA M,et al.Development of high performance concrete based on the durability design of concrete structures[A].The Second East-Asia and Pacific Concrete on Structural Engineering and Construction (EASEC–2)[C],Tokyo,Japan,1989.445–450.

[6]付亞偉,王碩太,崔云長.硅灰對自密實混凝土性能的影響[J].四川建筑科學研究,2009,35(1)：191-193.

[7]楊欣，馬雪英，呂興國.石灰石粉在自密實混凝土中應用的研究[J],CHINA CONCRETE,2011,25：66-68.