鄒杰明 樊 俊 萬(wàn)夏昊 楊先成

(南昌航空大學(xué)土木建筑學(xué)院，江西南昌 330063)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的繁榮，現(xiàn)代科技的進(jìn)步，建筑行業(yè)得到了快速的發(fā)展，許多復(fù)雜工程對(duì)建筑施工混凝土的要求越來(lái)越高，這促使擁有良好工作性能和力學(xué)性能的自密實(shí)混凝土在土木建筑工程領(lǐng)域被應(yīng)用并得到推廣。自密實(shí)混凝土(Self-Compacting Concrete，簡(jiǎn)稱(chēng)SCC［1］，也稱(chēng)免振搗混凝土)不需要機(jī)械振搗即可在自身的重力作用下自由流動(dòng)，同時(shí)具有良好的粘聚性、不離析、不滲水、強(qiáng)度高、便于施工的優(yōu)良特性，從而帶來(lái)其他建材無(wú)法比擬的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。

20世紀(jì)80年代日本東京大學(xué)崗村甫教授研究室率先提出SCC的概念并研制成功，由崗村甫教授提出的固定砂石體積法是應(yīng)用最早、最廣的自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法［2］，作為一種指導(dǎo)方法其在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，體現(xiàn)了按工作性要求設(shè)計(jì)自密實(shí)混凝土的原理。國(guó)內(nèi)在自密實(shí)混凝土研究方面起步較晚，雖然近幾年有較大進(jìn)步但是國(guó)內(nèi)在自密實(shí)混凝土的配制技術(shù)上各不相同，行業(yè)內(nèi)沒(méi)有統(tǒng)一認(rèn)可的設(shè)計(jì)方法。因此，混凝土配合比設(shè)計(jì)方法迄今為止依然是混凝土材料與工程技術(shù)研究的一個(gè)重點(diǎn)［3-5］，本文就已有成果在現(xiàn)有研究范圍內(nèi)，提出固定體積法設(shè)計(jì)自密實(shí)混凝土的詳細(xì)設(shè)計(jì)方法，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了其簡(jiǎn)易合理性與生產(chǎn)實(shí)用性。

1 固定體積法設(shè)計(jì)配合比思路

水、膠凝材料和粗細(xì)骨料等原材料是混凝土的主要組成部分，但自密實(shí)混凝土與其他普通混凝土相比又有很大區(qū)別，自密實(shí)混凝土都有較大的漿骨比，膠凝材料用量大、骨料用量較小，其配合比對(duì)拌合物施工性能會(huì)產(chǎn)生直接影響。粗骨料和砂的含量直接影響混凝土的強(qiáng)度、耐久性、流動(dòng)性等性質(zhì)，通常認(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)，因此通過(guò)固定體積法設(shè)計(jì)自密實(shí)混凝土配合比將有效的保證其各項(xiàng)性能，實(shí)現(xiàn)自密實(shí)高性能。

國(guó)內(nèi)吳中偉院士等專(zhuān)家學(xué)者早已對(duì)自密實(shí)混凝土砂石固定體積法有了介紹［6］，固定體積法設(shè)計(jì)自密實(shí)混凝土就是把自密實(shí)混凝土工作性能放在首要地位［7，8］(見(jiàn)圖1)。JGJ T283-2012自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程中就是運(yùn)用固定砂石法設(shè)計(jì)配合比，按照固定體積法設(shè)計(jì)流程配制出滿足工作性能和力學(xué)性能要求的自密實(shí)混凝土。

2 自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)目標(biāo)

遵照J(rèn)GJ T283-2012自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程，通過(guò)試驗(yàn)配比得到C35 SF2自密實(shí)混凝土，保證流動(dòng)性、粘聚性、抗離析性、不泌水強(qiáng)度高等多項(xiàng)性能達(dá)到要求的同時(shí)注重經(jīng)濟(jì)效益。性能指標(biāo)如下:坍落度大于260 mm;坍落拓展度達(dá)到660 mm～755 mm;擴(kuò)展時(shí)間T500≥2 s;V漏斗通過(guò)時(shí)間7 s～25 s;坍落拓展度與J環(huán)拓展度差值0≤PA2≤25 mm。

圖1 自密實(shí)混凝土中配合組分的確定

3 原材料與設(shè)計(jì)技術(shù)流程

本試驗(yàn)采用的材料有:1)水泥:海螺牌 P.O42.5，堆積密度1.6 g/cm3;2)礦物摻合料:Ⅰ級(jí)粉煤灰，密度2 200 kg/m3;3)粗骨料:石子，5 mm～20 mm連續(xù)級(jí)配的碎石，級(jí)配良好，石子表觀密度:2.45 g/cm3～2.55 g/cm3;4)細(xì)骨料:中砂，級(jí)配良好;5)外加劑:聚羧酸減水劑;6)水:普通自來(lái)水。

表1 基準(zhǔn)配合比 kg/m3

根據(jù)固定體積法設(shè)計(jì)技術(shù)流程(見(jiàn)圖2)，首先固定粗細(xì)骨料的體積，粉煤灰占膠凝材料總量的20% ～30%;流程圖中ρg為粗骨料的表觀密度，kg/m3;ρs為砂的表觀密度，kg/m3;ρm為礦物摻合料的表觀密度，kg/m3;ρc為水泥的表觀密度，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)，%，粉煤灰β≤0.3;σ=5 MPa;γ為礦物摻合料的膠凝系數(shù)，粉煤灰取0.4;Va為每立方米混凝土中引入空氣的體積，本試驗(yàn)為非引氣型取10 L～20 L;α為每立方米混凝土中外加劑占膠凝材料總量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

圖2 配合比設(shè)計(jì)技術(shù)流程

4 固定體積法設(shè)計(jì)自密實(shí)配合比算例

按照固定體積法設(shè)計(jì)技術(shù)流程設(shè)計(jì)出了SCC35的配合比，再以流程設(shè)計(jì)出來(lái)的配合比為基準(zhǔn)配合比(如表1所示)，同時(shí)采用單一變量法設(shè)立多組不同水膠比(依次增加或減少0.02，如表2所示)，研究其工作性能的變化規(guī)律并確定水膠比以尋找最佳配合比。

實(shí)驗(yàn)全過(guò)程操作均按照技術(shù)規(guī)程實(shí)行，從以上的試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，水膠比的改變對(duì)自密實(shí)混凝土工作性能有著不同程度的影響，雖然拌合物流動(dòng)性能基本都能達(dá)到指標(biāo)，但與基準(zhǔn)配合比相比存在差距。在三組試驗(yàn)中:當(dāng)水膠比為0.48時(shí)其坍落度最大且T500的時(shí)間短，流動(dòng)性較好但其抗離析性能差，有滲水現(xiàn)象，因而不適合工程施工材料要求;水膠比為0.44時(shí)無(wú)離析和滲水但其坍落度最小，流動(dòng)性差;根據(jù)三組對(duì)比試驗(yàn)可以看出按照固定體積法設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)配合比(水膠比為0.46)的自密實(shí)混凝土流動(dòng)性較好而且抗離析性能好，沒(méi)有滲水。

故從整體工作性能考慮，可以確定基準(zhǔn)配合比配制的自密實(shí)混凝土已達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

固定體積法設(shè)計(jì)自密實(shí)混凝土配合比是對(duì)配合比設(shè)計(jì)方法的充實(shí)和探究，提出一種我們能運(yùn)用最基礎(chǔ)最廣泛最簡(jiǎn)易可靠的方法，具有明顯的實(shí)用性。通過(guò)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)各材料用量的不同會(huì)對(duì)自密試混凝土性能有較大影響，理論分析以及試驗(yàn)驗(yàn)證得出最終C35自密實(shí)混凝土的最佳配合比的摻合量，在保證各項(xiàng)自密實(shí)性能達(dá)到SF2同時(shí)，配制出28 d抗壓強(qiáng)度為46.7 MPa，力學(xué)性能良好。

建筑行業(yè)的高速發(fā)展增大了自密實(shí)混凝土的需求空間，大量建筑市政工程采用自密實(shí)混凝土，因此我們更要重視配合比用量(或其他外加劑)對(duì)建筑物的使用壽命和服役期內(nèi)的安全性影響，保證力學(xué)性能。同時(shí)還需要解決好配合比對(duì)自密實(shí)混凝土的美觀性(孔隙率大小)等方面的影響，進(jìn)行更多的試驗(yàn)和工程實(shí)踐以便全面的探索研究。

［1］JGJ T283-2012，自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］陳春珍，張金喜，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］M.M.Rahman，M.Usman，Ali A.Al-Ghalib，et al.Fundamental properties of rubber modified self-compacting concrete(RMSCC) ［J］.Construction and Building Materials，2012(36)：630-637.

［4］余志武，潘志宏，謝友均，等.淺談自密實(shí)高性能混凝土配合比的計(jì)算方法［J］.混凝土，2004(1)：54-57，67.

［5］汶向前，王稷良，單俊鴻，等.自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法的對(duì)比試驗(yàn)研究［J］.混凝土，2011(12)：103-105，115.

［6］吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1999.

［7］吳紅娟.自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法研究［D］.天津：天津大學(xué)，2005.

［8］郭玉峰，李棟國(guó)，王 敏，等.自密實(shí)混凝土配合比的工藝性試驗(yàn)研究［J］.長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，9(2)：7-10.