高全青 王曉菡

(江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，江蘇無錫 214122)

自密實混凝土(Self Compacting Concrete，簡稱SCC)是具有高流動性、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。SCC拌合物具有以下特點:1)在無需振搗的情況下，能均勻密實成型，降低了施工中由于混凝土振搗帶來的噪聲;2)能均勻通過狹窄間隙并保持各種組分均勻分散，改善混凝土的質(zhì)量;3)提高生產(chǎn)效率，減輕施工勞動強度;4)選用粉煤灰、礦渣微粉等活性材料替代水泥，有利于廢物利用，并降低施工成本。SCC的配合比設(shè)計方法更為復(fù)雜，拌合物性能可以在短時間內(nèi)進行測試。其配合比設(shè)計需結(jié)合理論和實踐經(jīng)驗，對實踐經(jīng)驗有較高要求。本文結(jié)合多個規(guī)范，對C50自密實混凝土的配合比設(shè)計和拌合物性能進行了試驗研究。

1 原材料

水泥:P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，表觀密度3 030 kg/m3;Ⅱ級粉煤灰:表觀密度2 660 kg/m3;S95級礦渣微粉:表觀密度2 740 kg/m3;粗骨料:粒徑為5 mm～10 mm和10 mm～20 mm的級配良好的石灰石碎石，按2∶3混合后表觀密度為2 665 kg/m3;細(xì)骨料:天然河砂，中砂，細(xì)度模數(shù)2.6，表觀密度2 660 kg/m3;減水劑:蘇博特產(chǎn)聚羧酸系液態(tài)高性能減水劑，摻量為1%時的減水率為28.2%，固含量22%;水:自來水。

2 自密實混凝土配合比設(shè)計

2.1 C50自密實混凝土配合比設(shè)計依據(jù)

目前SCC的配合比設(shè)計主要有3個標(biāo)準(zhǔn):JGJ/T 283-2012［1］，CECS 203-2006［2］，CECS 02-2004［3］。各標(biāo)準(zhǔn)中僅配置強度 fcu，0的計算方法相同，且只給出了粉煤灰和礦渣微粉的膠凝系數(shù)，其他礦物摻合料未給定影響系數(shù)。JGJ/T 283-2012中SCC配合比設(shè)計采用絕對體積法，并給出了詳細(xì)的計算步驟，簡單易懂。CECS 203-2006給出了單位體積用水量、水粉比、單位體積粉體量、單位體積漿體量、含氣量等關(guān)鍵參數(shù)的取值范圍，對配合比設(shè)計的經(jīng)驗要求較高，用水量、水粉比、含氣量均需依據(jù)經(jīng)驗選擇，所以CECS 203-2006更適用于計算結(jié)果的復(fù)核。設(shè)計時可以采用一種方法為主，然后相互借鑒、驗證或比較。本文以JGJ/T 283-2012的設(shè)計方法為主，借鑒 JGJ 55-2001［4］，并采用 CECS 203-2006驗證計算結(jié)果。

2.2 C50自密實混凝土中砂的用量

砂率是影響混凝土工作性的主要原因，選擇一個最佳的砂率會大大提高自密實混凝土的流動性、粘聚性以及保水性，自密實混凝土砂率一般較普通混凝土高，且不低于45%。

JGJ/T 283-2012推薦砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)為0.42～0.45，對第二屆全國大學(xué)生混凝土材料設(shè)計大賽中實測28 d強度不小于47.5 MPa的60組C40 SCC配合比進行分析，砂的體積分?jǐn)?shù)可在0.42～0.48之間［5］。在21組新拌混凝土性能良好，無離析、泌水的配合比中，18個組的砂的體積分?jǐn)?shù)在0.44～0.48之間，詳見表1;在砂的體積分?jǐn)?shù)小于0.44的15組配合比中，12個組的新拌混凝土出現(xiàn)離析、泌水、堆臺、非圓角等現(xiàn)象，詳見表2。在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，砂的體積分?jǐn)?shù)較小，容易出現(xiàn)離析、泌水現(xiàn)象。所以砂的體積分?jǐn)?shù)可取大一些，建議取0.44～0.48，這樣可保證SCC拌合物的粘聚性和保水性良好，若試配得到的SCC拌合物性能不符合要求，可僅調(diào)整減水劑的量來改善其性能，不必對配合比進行大幅度的調(diào)整，從而減少試拌次數(shù)。

表1 新拌混凝土性能良好的設(shè)計配合比及其性能［5］

2.3 JGJ/T 283-2012中自密實混凝土計算配合比的具體設(shè)計步驟

1)根據(jù)結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、配筋狀態(tài)等選用自密實性能等級。一般的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物及構(gòu)件可采用自密實性能等級二級。根據(jù)每立方米混凝土中粗骨料的體積和表觀密度確定其質(zhì)量。2)總體積1減去粗骨料體積即砂漿體積。選定砂的體積分?jǐn)?shù)，再根據(jù)砂的表觀密度得砂的質(zhì)量。3)砂漿體積減去砂的體積即漿體體積。根據(jù)礦物摻合料計算膠凝材料表觀密度ρb，礦物摻合料摻量越多，膠凝材料表觀密度越小。

其中，ρm為礦物摻合料表觀密度;ρc為水泥表觀密度;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)，%。4)按JGJ 55-2001相關(guān)規(guī)定計算SCC配置強度fcu，0，并計算水膠比，其值宜小于0.45。其中，mw/mb為水膠比;fce為水泥的28 d實測抗壓強度，如無實測值，一般取強度等級對應(yīng)值乘以富余系數(shù)1.1;γ為礦物摻合料的膠凝系數(shù)，對于粉煤灰(β≤0.3)可取 0.4、礦渣微粉(β≤0.4)可取 0.9，可見降低粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可增大水膠比。5)根據(jù)漿體體積、膠凝材料表觀密度、水膠比等參數(shù)，扣除含氣量，計算可得單位用水量、膠凝材料總量和各種膠凝材料分量，其中膠凝材料總量宜控制在400 kg/m3～550 kg/m3。當(dāng)骨料的含泥量超出規(guī)范允許值(粗骨料＞1.0%;細(xì)骨料＞3.0%)時，應(yīng)從膠凝材料總量中扣除含泥量;當(dāng)骨料含水量超出規(guī)范允許值(粗骨料＞0.2%;細(xì)骨料＞0.5%)時，應(yīng)扣除砂石中的含水量。6)根據(jù)試驗和膠凝材料總量，選擇外加劑品種并計算用量。

表2 砂的體積分?jǐn)?shù)小于0.44的設(shè)計配合比及其性能［5］

2.4 CECS 203-2006中各關(guān)鍵參數(shù)的取值范圍

1)單位體積用水量宜為155 kg～180 kg。2)水粉比按體積比宜取0.80～1.15。3)單位體積粉體量宜為 0.16 m3～0.23 m3。4)SCC 單位體積漿體量宜為0.32 m3～0.40 m3。

2.5 試驗配合比的確定

試驗室配合比根據(jù)JGJ/T 283-2012自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程及自密實混凝土拌合物的工作性能進行調(diào)整。

3 C50自密實混凝土配合比試驗研究

3.1 拌和方法和測試內(nèi)容

1)混凝土人工拌和?；炷翑嚢璨捎萌斯ぐ韬停看螖嚢梵w積為15 L。拌和時先將拌板和拌鏟潤濕，依次放上稱量好的砂、水泥、粉煤灰、礦渣微粉，用鏟自拌板一端翻拌至另一端，重復(fù)至顏色均勻，再加上石子，翻拌至混合均勻。將干混合物堆成堆，中間作一凹槽，倒入2/3拌和用水，仔細(xì)翻拌，然后將液態(tài)減水劑與水混合，逐步加入全部用水，繼續(xù)拌和。

2)新拌C50自密實混凝土和易性及自密實性能測試。新拌自密實混凝土要求具有高流動性、良好的粘聚性和保水性、填充性、間隙通過性和抗離析性。坍落擴展度試驗和擴展時間T500可以評價新拌自密實混凝土的流動性、填充性及離析性;進行坍落擴展度試驗的同時可以觀察C50 SCC的粘聚性和保水性。坍落度筒提起后如有較多的稀漿從底部析出，混凝土也因失漿而骨料外露，則表明拌合物的保水性不好;J環(huán)擴展度試驗用于測試C50 SCC的間隙通過性。將坍落擴展度試驗和J環(huán)擴展度試驗結(jié)合，可以很好地評價新拌C50 SCC的性能。

3.2 試驗結(jié)果

C50 SCC配合比計算:按照2.3 SCC的計算配合比設(shè)計步驟，1 m3SCC中粗骨料絕對體積用量取0.32 m3，砂的體積分?jǐn)?shù)按照2.2的推薦值結(jié)合試驗經(jīng)驗取0.47，粉煤灰的摻量為膠凝材料總量的15%，礦渣微粉的摻量為膠凝材料總量的25%，減水劑摻量為膠凝材料總量的1.4%。經(jīng)計算，可得C50 SCC計算配合比見表3。用以上配合比進行C50 SCC拌合物性能測試，發(fā)現(xiàn)流動性和間隙通過性不良。將計算配合比進行調(diào)整，只調(diào)整聚羧酸高效減水劑的用量，使其摻量為膠凝材料總量的1.6%，即每立方米摻量為7.92 kg。調(diào)整后的各個參數(shù)見表4，可見各項指標(biāo)均符合CECS 203-2006的要求，調(diào)整后的拌合物在試驗時無離析、無泌水，中央無堆臺，工作性能指標(biāo)見表5。

表3 C50自密實混凝土計算配合比 kg/m3

表4 調(diào)整后的配合比參數(shù)

表5 試驗結(jié)果

4 試驗結(jié)果分析

由表5知，調(diào)整后的新拌混凝土拌合物的坍落擴展度在660 mm～755 mm之間;擴展時間T500在2 s～10 s之間;坍落擴展度與J環(huán)擴展度差值PA在0 mm～25 mm之間。以上性能指標(biāo)均符合JGJ/T 283-2012的規(guī)定，所以所配置的C50 SCC工作性能滿足要求。且混凝土表觀密度實測值與計算值之差的絕對值為計算值的1.1%，不超過2%，表明按上述方法確定的配合比為設(shè)計配合比。上述配合比的混凝土單方價格為324元/m3，且自密實混凝土無需振搗，可減少施工工序，加快施工進度，縮短施工工期，節(jié)省了人工、機械、電能，因此其潛在的綜合經(jīng)濟效益是可觀的。

5 結(jié)語

1)進行自密實混凝土配合比設(shè)計時，可以JGJ/T 283-2012的設(shè)計方法為主，并采用CECS 203-2006驗證計算結(jié)果。2)當(dāng)砂的體積分?jǐn)?shù)取值在0.42～0.48之間偏大時，可僅通過調(diào)整減水劑的用量來改善C50 SCC拌合物的工作性，減少試拌次數(shù)。3)針對本試驗所用材料，砂的體積分?jǐn)?shù)取0.47，采用上述基準(zhǔn)配合比時，C50自密實混凝土能達到較好的性能。4)按上述配合比配制的C50自密實混凝土具有可觀的綜合經(jīng)濟效益。

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

［2］CECS 203-2006，自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］CECS 02-2004，自密實混凝土設(shè)計與施工指南［S］.

［4］JGJ 55-2011，普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程［S］.

［5］龐超明，張 萍，秦鴻根，等.自密實混凝土配合比設(shè)計方法探討［J］.高等建筑教育，2013，22(3):132-138.

［6］范 萍.C50自密實混凝土配制［J］.福建建材，2009(2):31-32.

［7］王海娜，王科元，金南國.C35，C50自密實混凝土配合比研究［J］.混凝土，2010(7):104-105，109.

［8］趙傳標(biāo).C50自密實混凝土的制備與施工技術(shù)研究［J］.山西建筑，2009，35(19):167-168.

［9］吳科如，張 雄.土木工程材料［M］.上海:同濟大學(xué)出版社，2008.