羅建平

（中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江杭州310004）

自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法和步驟

羅建平

（中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江杭州310004）

自密實(shí)混凝土與普通混凝土相比，自密實(shí)混凝土關(guān)鍵性能特征是能夠依靠自重作用沖模、密實(shí)，而不需要外力振搗，這不僅要求混凝土有較大的流動性，而且還要求有較好的粘聚性。文章從自密實(shí)混凝土原材料的選擇以及自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)原則來研究探討配合比設(shè)計(jì)方法，總結(jié)出了自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)步驟，并通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

自密實(shí)混凝土；自密實(shí)性；配合比設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)步驟

自密實(shí)混凝土具有很高的流動性而不離析、不泌水，能不經(jīng)振搗或少振搗而自動流平并充滿模型和包裹鋼筋的混凝土。由于自密實(shí)混凝土對振搗的消除，顯著降低了普通振搗混凝土施工中的噪音污染，明顯改善混凝土的施工性，降低勞動成本；節(jié)約振搗機(jī)具和能耗，從而減少機(jī)械費(fèi)用及人工費(fèi)用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。且在生產(chǎn)中需大量添加粉煤灰、?；郀t礦渣等工業(yè)廢料，又有利于資源得到有效的利用。

1 原材料的選擇

1.1 水 泥

配制自密實(shí)混凝土一般采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》的規(guī)定。而對于有溫控要求的大體積自密實(shí)混凝土需要選用礦渣硅酸鹽水泥、中熱或低熱水泥，水泥需具有較低的需水性，并能與所用的高效減水劑有較好的相容性。

1.2 摻和料

自密實(shí)混凝土中摻加摻和料主要目的是改善混凝土的工作性、提高混凝土耐久性和降低混凝土水化熱?？蛇x用粉煤灰、?；郀t礦渣粉等作為礦物摻和料。粉煤灰應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/ T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》規(guī)定，自密實(shí)混凝土優(yōu)先使用I級粉煤灰，也可以使用II級粉煤灰，但要控制需水量比不超過100%。?；郀t礦渣粉應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》的規(guī)定，自密實(shí)混凝土宜使用S95級礦渣粉。

1.3 骨 料

粗骨料宜采用連續(xù)級配或2個(gè)及以上單粒徑級配搭配使用，最大公稱粒徑不宜大于20 mm；對于結(jié)構(gòu)緊密的豎向構(gòu)件、復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)以及有特殊要求的工程，粗骨料的最大粒徑不宜大于16 mm。粗骨料中的針片狀顆粒含量對自密實(shí)混凝土間隙通過性影響較大，其含量不宜超過8%，粗骨料含泥量及泥塊含量應(yīng)分別小于1.0%，0.5%。

細(xì)骨料宜采用級配II區(qū)的中砂，天然砂的含泥量、泥塊含量以及人工砂的石粉含量應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。

1.4 外加劑

外加劑性能應(yīng)符合GB8076-2008《混凝土外加劑》和GB50119-2003《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定。外加劑應(yīng)具有較大的減水率、較好的緩凝保塑性。

對于有抗凍要求的自密實(shí)混凝土需摻加引氣劑，其摻量應(yīng)控制含氣量不超過5%為限，含氣量過大不僅會嚴(yán)重降低混凝土強(qiáng)度，而且會影響到自密實(shí)混凝土的流動性。

自密實(shí)混凝土拌合物因流動度大常有離析現(xiàn)象，一般在外加劑中摻加增稠劑來解決，增稠劑應(yīng)用最多的有纖維素醚和甲基纖維素兩種。

2 自密實(shí)混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法

自密實(shí)混凝土拌合物除應(yīng)滿足普通混凝土拌合物工作性外，還應(yīng)滿足自密實(shí)性能要求。自密實(shí)混凝土自密實(shí)性能包括：填充性能、抗離析性能、間隙通過性能。其中填充性能是自密實(shí)混凝土拌合物的必檢項(xiàng)目，對高流動高填充性的自密實(shí)混凝土，應(yīng)有抗離析性能要求。

填充性能：用坍落擴(kuò)展度和擴(kuò)展時(shí)間T500檢測與判別。填充性能是自密實(shí)混凝土拌合物控制性指標(biāo)，按施工難易程度分為3個(gè)性能等級，①無配筋或少配筋的混凝土結(jié)構(gòu)物、泵送澆筑施工的工程、截面較小無需水平長距離流動的豎向結(jié)構(gòu)物，坍落擴(kuò)展度要求在550～655 mm；②一般的普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，坍落擴(kuò)展度要求在660～755 mm，擴(kuò)展時(shí)間T500不小于2 s；③結(jié)構(gòu)緊密的豎向構(gòu)件、形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，粗骨料最大粒徑不大于16 mm，坍落擴(kuò)展度要求在760～850 mm，擴(kuò)展時(shí)間T500不大于2 s。

抗離析性能：用離析率判別。抗離析性能是自密實(shí)混凝土拌合物自密實(shí)性能可選指標(biāo)，按流動距離和鋼筋密集程度分為2個(gè)性能等級，①混凝土流動距離小于5 m、鋼筋凈距大于80 mm的薄板和豎向結(jié)構(gòu)，離析率不大于20%；②混凝土流動距離大于5 m、鋼筋凈距大于80 mm的豎向結(jié)構(gòu)，離析率不大于15%；當(dāng)混凝土流動距離大于5m、鋼筋凈距小于80 mm的豎向結(jié)構(gòu)，離析率宜小于10%。

3 自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)原則

配制自密實(shí)混凝土主要平衡高流動性和抗離析性之間的矛盾，通過試驗(yàn)正確選擇砂、石體積是自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)中的主要參數(shù)指標(biāo)。自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)原則主要包括以下4條：

和易性要求：自密實(shí)混凝土不僅具有流動性、粘聚性和保水性，而且要具有自密實(shí)性。

強(qiáng)度要求：符合設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級。

耐久性要求：自密實(shí)混凝土由于膠凝材料和用水量較大，導(dǎo)致收縮也大，因此必須處理好自密實(shí)性、力學(xué)性和體積穩(wěn)定性等方面的關(guān)系。

經(jīng)濟(jì)性要求：在確保和易性、強(qiáng)度和耐久性要求的前提下，盡量減少水泥和外加劑用量。

4 自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法和步驟

4.1 確定單方混凝土中粗骨料和細(xì)骨料用量

配制自密實(shí)混凝土配合比時(shí)，在水膠比、用水量與膠凝材料用量確定的情況下，粗骨料的體積是影響混凝土拌合物和易性的重要因素。經(jīng)過大量試驗(yàn)成果表明，中低強(qiáng)度自密實(shí)混凝土每方用量中粗骨料密實(shí)體積宜控制在0.28～0.35 m3。粗骨料體積含量過小時(shí)，會顯著降低混凝土彈性模量等力學(xué)性能；粗骨料體積含量過大時(shí)，則會顯著降低混凝土拌合物的和易性，不能滿足自密實(shí)性能的要求。

除粗骨料外，自密實(shí)混凝土中的砂漿性質(zhì)對混凝土拌合物和易性起到關(guān)鍵作用。而砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)能顯著影響砂漿的稠度，從而影響到混凝土拌合物的和易性。通過試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，中低強(qiáng)度自密實(shí)混凝土砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)在0.42～ 0.45之間為宜。過大會降低混凝土的強(qiáng)度和影響混凝土自密實(shí)性能；過小則會造成混凝土收縮，體積穩(wěn)定性差。

1）粗骨料用量確定

選定每立方米混凝土中粗骨料體積，測定粗骨料的表觀密度，可求出每方混凝土中粗骨料用量。計(jì)算公式為：

式中：Mg——每方混凝土中粗骨料用量，kg；ρg——粗骨料的表觀密度，kg/m3；Vg——每方混凝土中粗骨料體積，m3。

2）細(xì)骨料用量確定

式中：Vm——每方混凝土中砂漿體積，m3；Vg——每方混凝土中粗骨料體積，m3。

選定砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)θs，測定細(xì)骨料的表觀密度ρs，可求出每方混凝土中砂的體積Vs和質(zhì)量Ms。計(jì)算公式：

式（3）（4）中：VS——每方混凝土中砂的體積，m3；Vm——每方混凝土中砂漿體積，m3；θs——砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)，取值在0.42～0.45；Ms——每方混凝土中砂的質(zhì)量，kg；ρs——細(xì)骨料的表觀密度，kg/m3。

4.2 計(jì)算自密實(shí)混凝土配制強(qiáng)度及水膠比

根據(jù)自密實(shí)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級，按照J(rèn)GJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》的規(guī)定選取混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差,可得出自密實(shí)混凝土配制強(qiáng)度,計(jì)算公式如下：

式中：fcu，o——混凝土配制強(qiáng)度，MPa；fcu，k——混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級，MPa；σ——混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，MPa。

自密實(shí)混凝土水膠比與混凝土配制強(qiáng)度以及工程所用的原材料密切相關(guān)，可通過試驗(yàn)建立水膠比與自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度關(guān)系式求得。當(dāng)不具備上述試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，也可按下式計(jì)算：

式中：W/B——混凝土水膠比；fce——水泥實(shí)測抗壓強(qiáng)度，MPa；β——礦物摻合料摻量質(zhì)量分?jǐn)?shù)；y——礦物摻合料膠凝系數(shù)；粉煤灰（≤0.3）可取0.4，礦渣（≤0.4）可取0.9；fcu，o——混凝土配制強(qiáng)度，MPa。

4.3 計(jì)算單方混凝土用水量

單方混凝土中水泥漿體積Vp等于1 m3混凝土拌合物中砂漿體積Vm減去砂體積Vs求出，計(jì)算式如下：

單方混凝土用水量按照體積計(jì)算法的公式來計(jì)算，如下式所示：

式中：Vw——單位用水量體積，m3；Vp——水泥漿體積，m3；Vo——拌合物含氣量，可考慮2%的含氣量，m3；ρc，ρm——水泥、礦物摻和料表觀密度，g/ cm3；β——礦物摻合料摻量質(zhì)量分?jǐn)?shù)；B/W——膠水比，即水膠比的倒數(shù)。

根據(jù)求出的單位用水量體積Vw，乘以水的密度(1 000 kg/m3)算出單方混凝土中的用水量Mw。

4.4 計(jì)算膠凝材料用量

通過以上公式得出的水膠比和單位用水量，即可求出單方混凝土中膠凝材料總用量，根據(jù)膠凝材料中礦物摻和料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，得到單方混凝土中礦物摻和料質(zhì)量和水泥的質(zhì)量。如下式所示：

式中：Mb——單方混凝土膠凝材料總用量，kg；Mw——單方混凝土用水量，kg；W/B——水膠比；Mm—單方混凝土礦物摻合料用量，kg；β——礦物摻合料摻量質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Mc——單方混凝土水泥用量，kg。

4.5 外加劑摻量

由于每種外加劑對自密實(shí)混凝土工作性能的影響各不相同，試驗(yàn)中可按照經(jīng)驗(yàn)及自密實(shí)混凝土的工作性能來調(diào)整摻量。

4.6 自密實(shí)混凝土配合比的試配、調(diào)整

根據(jù)上述計(jì)算得到初步混凝土配合比進(jìn)行試拌，檢查拌合物自密實(shí)性能的填充性、間隙通過性和抗離析性。當(dāng)自密實(shí)性能滿足要求時(shí)，需制作28 d齡期混凝土抗壓強(qiáng)度試件，如果拌合物自密實(shí)性能不能滿足要求時(shí)應(yīng)加以調(diào)整，應(yīng)在保證水膠比不變的原則下合理調(diào)整膠凝材料用量、外加劑用量或砂的體積分?jǐn)?shù)，直到符合要求為止。

5 自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)實(shí)例

5.1 自密實(shí)混凝土性能設(shè)計(jì)要求

強(qiáng)度等級：C40

坍落擴(kuò)展度：650 mm±50 mm

5.2 原材料性能

臺泥重慶水泥廠生產(chǎn)的臺泥牌P.O42.5級水泥，實(shí)測強(qiáng)度為49.0 MPa，水泥密度為3.08 g/cm3；重慶華珞電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，粉煤灰密度為2.24 g/cm3；粗骨料為碎石，5～20 mm連續(xù)級配，表觀密度2.65 g/cm3；細(xì)骨料為河砂，細(xì)度模數(shù)2.70，表觀密度2.65 g/cm3；外加劑為江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑；拌合用水為飲用水。

5.3 初步配合比設(shè)計(jì)

按照上文自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法和步驟，1 m3自密實(shí)混凝土中粗骨料密實(shí)體積取0.32 m3，砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)取0.42，粉煤灰摻量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3，減水劑摻量通過試驗(yàn)確定，經(jīng)過計(jì)算，得到C40自密實(shí)混凝土初步配合比如下：水膠比為0.34，水泥為368 kg/m3，粉煤灰為158 kg/m3，石子為848 kg/m3，砂子為768 kg/m3，單位用水量為179 kg/m3，蘇博特聚羧酸高效減水劑摻量為1.2%。

5.4 試驗(yàn)驗(yàn)證

按照上文計(jì)算得到的初步自密實(shí)混凝土配合比進(jìn)行混凝土試拌，測試拌合物的自密實(shí)性能以及28 d齡期硬化抗壓強(qiáng)度，驗(yàn)證結(jié)果表明：混凝土拌合物自密實(shí)性能優(yōu)良，混凝土拌合物坍落擴(kuò)展度為660 mm，擴(kuò)展時(shí)間T500為2.3 s，離析率為17.5%，28 d立方體抗壓強(qiáng)度為48.5 MPa，達(dá)到了配制強(qiáng)度要求，同時(shí)滿足自密實(shí)混凝土工作性能要求。

6 結(jié)語

文章根據(jù)自密實(shí)混凝土工作性的特點(diǎn)和配制原理，對配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究，提出了自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)步驟。得到結(jié)論如下：

1）自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)主要從自密實(shí)性、力學(xué)性、體積穩(wěn)定性三方面要求確定了配合比設(shè)計(jì)參數(shù)：每立方混凝土中粗骨料體積宜在0.28～0.35 m3之間，細(xì)骨料占砂漿中的體積比范圍為0.42～0.45，自密實(shí)混凝土水膠比宜小于0.45。

2）提出的自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)步驟簡明，公式明確，計(jì)算簡便，且自密實(shí)混凝土性能可靠，其有效性得到了試驗(yàn)驗(yàn)證。

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TV528.1 < class="emphasis_bold"> ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］B

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1002—0624（2017）09—0017—03

2017-01-20