馬 冬 哲

(北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京 100144)

0 引言

自密實混凝土(Self-Compacting Concrete,SCC)具有很高的流動性、勻質(zhì)性和鋼筋穿透性能，工作性能強于普通混凝土，在實際工程中有巨大的應(yīng)用[1,2]。自密實混凝土往往采用天然砂作為細骨料，隨著天然砂的匱乏，越來越多的工程開始使用機制砂，可以解決資源短缺問題。機制砂石粉含量高、級配較差、細度模數(shù)偏大，導(dǎo)致機制砂自密實混凝土穩(wěn)定性較差，對自密實混凝土的工作性能有較大的影響。因此優(yōu)化配合比，降低混凝土的造價和選材要求，改善機制砂自密實混凝土的工作性能是一個非常重要的問題[3]?；炷恋墓ぷ餍阅芡ǔ２捎锰鋽U展度、V漏斗、L形箱試驗來共同評價[4]。通過本次試驗，在滿足混凝土工作性能和強度要求的前提下，降低自密實混凝土的材料成本，降低工程造價[5]。

1 試驗概況

1.1 試驗原材料

試驗采用P.O42.5級水泥，密度為3.27 g/cm3；Ⅰ級粉煤灰密度為2.41 g/cm3，Ⅱ級粉煤灰密度為2.33 g/cm3；細骨料采用機制砂，細度模數(shù)為2.42，屬于Ⅱ區(qū)中砂，表觀密度為2.54 g/cm3，石粉含量為9.3%，石粉密度為2.5 g/cm3；粗骨料級配為粒徑5 mm～10 mm摻量60%，粒徑10 mm～19 mm摻量40%，混合石子表觀密度為2.78 g/cm3，堆積密度為1.53 g/cm3；減水劑采用聚羧酸高效減水劑，減水劑與保塑劑的比例為1∶4。其中各原材料的成本如表1所示。

表1 混凝土各原材料成本 元/t

1.2 機制砂SCC工作性能試驗

SCC研究的重點之一就是保證SCC拌合物的工作性能，國內(nèi)外開發(fā)的許多測試方法中，通常采用坍落擴展度與V漏洞試驗、L形箱，我國協(xié)會標準中對SCC的工作性能評價指標如表2所示[6]。

表2 機制砂自密實混凝土工作性能評價指標

1.3 機制砂自密實混凝土配合比

采用基于凈漿流變閾值理論的自密實混凝土配合比設(shè)計方法，混凝土配合比見表3，其中水粉比為水與粉體材料的體積比；砂率為砂與砂漿的體積比；粉煤灰摻量指的是膠凝材料體積不變的前提下，粉煤灰與膠凝材料的體積比。

表3 機制砂自密實混凝土配合比(一)

對本組機制砂自密實混凝土進行坍落擴展度、V漏斗、L形箱、擴展度經(jīng)時損失、強度檢測試驗，其工作性能參數(shù)和強度如表4所示。

表4 機制砂自密實混凝土工作性能和強度(一)

結(jié)合表1的混凝土原材料成本，經(jīng)過計算，按照此配合比進行試配，一方混凝土的價格為369元，其擴展度、0.5 h擴展度損失、L形箱比例、V漏斗時間均滿足工作性能評價指標。28 d強度為43.8 MPa，強度偏高，進一步優(yōu)化考慮增加石子摻量[7]，可以降低膠凝材料的用量。

2 配合比優(yōu)化

本次試驗的目的是在滿足混凝土工作性能評價指標和強度的需求下，優(yōu)化混凝土的配合比，降低每方混凝土的成本，將試驗編號1中的石子摻量由300 L/方增加到330 L/方，其余各參數(shù)保持不變，優(yōu)化后的機制砂自密實混凝土配合比如表5所示，試驗參數(shù)如表6所示。

表5 機制砂自密實混凝土配合比(二)

表6 機制砂自密實混凝土工作性能和強度(二)

經(jīng)過計算，第2組混凝土的成本為364元/方，相較于第1組，每方混凝土節(jié)省了5元，且有效降低了強度，滿足C30混凝土的強度要求。第2組混凝土的流動性能降低，但是滿足機制砂自密實混凝土的工作性能評價指標。V漏斗時間較長，混凝土的勻質(zhì)性較差，考慮將石子級配由小石子∶中石子=6∶4調(diào)整為小石子∶中石子=4∶6，同時將Ⅰ級粉煤灰替換為Ⅱ級粉煤灰，增加混凝土的勻質(zhì)性[8]，且降低混凝土的成本。第3組混凝土的配合比如表7所示，混凝土的工作性能和強度參數(shù)如表8所示。

表7 機制砂自密實混凝土配合比(三)

表8 機制砂自密實混凝土工作性能和強度(三)

第3組混凝土的成本僅為358元，每方混凝土較第2組可以節(jié)省6元，強度略有上升，混凝土的擴展度降低，V漏斗時間減少，均滿足混凝土的工作性能要求。本組混凝土的擴展度僅為620 mm，雖然滿足指標要求，考慮到這一批Ⅱ級粉煤灰活性較差，吸水性比較大，導(dǎo)致混凝土的流動性略有降低，且保塑性能較差。將減水劑摻量增加至1.1%，增加混凝土的流動性能和保塑性能。優(yōu)化后的混凝土配合比如表9所示。

表9 機制砂自密實混凝土配合比(四)

第4組混凝土的工作性能和強度如表10所示。

表10 機制砂自密實混凝土工作性能和強度(四)

本組混凝土的成本為359元/方，流動性能和保塑性能大于第3組混凝土，強度略有減小，滿足混凝土的工作性能要求。為了進一步減小混凝土的成本，將第4組混凝土中的砂率由45%調(diào)整為47%[9]，減小膠凝材料的用量，調(diào)整后的混凝土配合比如表11所示，工作性能和強度如表12所示。

表11 機制砂自密實混凝土配合比(五)

表12 機制砂自密實混凝土工作性能和強度(五)

通過比較，本組混凝土的成本為355元/方，均小于以上4組混凝土，且流動性、保塑性，強度均滿足C30混凝土的要求。相較于第1組基準配合比的混凝土，每方混凝土節(jié)省了14元，成本較為可觀。

3 結(jié)語

本研究在機制砂自密實混凝土的基準配合比基礎(chǔ)上，通過調(diào)整混凝土的水粉比、減水劑摻量、粉煤灰、石子摻量、石子級配、砂率，從而得到滿足自密實混凝土工作性能評價指標和強度要求的混凝土配合比，得到以下結(jié)論：

1)優(yōu)化后的混凝土較基準配合比的混凝土，每方混凝土成本減小了14元，從而減少了工程造價。

2)小石子∶中石子由6∶4調(diào)整為4∶6，混凝土的流動性能和勻質(zhì)性有所提高。

3)增加每方混凝土的石子摻量、砂率，雖然強度有所下降，但是可以有效減小膠凝材料的用量，從而減小混凝土的成本。