燕 偉，謝 博

(中交第二航務(wù)工程局有限公司第五工程分公司，武漢 430000)

自密實混凝土因其高流動性、高間隙通過能力、抗分離性等優(yōu)異的工作性能，往往用在一些不易振搗的重要部位。以往工程項目常使用河砂配制出工作性優(yōu)異的自密實混凝土，而在使用機制砂時，因其棱角多、粒型差、級配不合理等原因，參照河砂進行高強自密實混凝土配合比設(shè)計時，混凝土的自密實性能不易滿足要求[1]。李北星[2]等利用機制砂中石粉對混凝土的潤滑、增粘、填充的作用配制出了高石粉含量的機制砂自密實混凝土，有研究表明根據(jù)自密實混凝土的流變性特點篩選出關(guān)鍵因素按正交表設(shè)計混凝土配合比，具有顯著優(yōu)勢[3 ]，邵林等[4]等根據(jù)自密實混凝土性能主要影響因素設(shè)計出了5因素3水平的正交試驗表研究自密實配合比，均取得良好效果。

研究依托的工程對象為銀川至北海高速公路建始(隴里)至恩施(羅針田)段土建5標清江河大橋鋼管自密實砼施工，該橋為一座上承式勁性骨架鋼筋混凝土箱型拱橋，全橋長117.4 m，凈跨90 m，勁性骨架拱的弦桿采用φ203×10 mm鋼管，合攏成拱后鋼管內(nèi)頂升壓注C50微膨脹自密實混凝土。項目所在地湖北鄂西地區(qū)缺乏天然河砂，工程建設(shè)中只能使用機制砂，因此需因地制宜，結(jié)合地材，調(diào)整方法。該文結(jié)合以往經(jīng)驗，探索了一條在正交試驗法基礎(chǔ)上，使用機制砂制備高強自密實混凝土的方法，并對機制砂的石粉含量變化引起混凝土的自密實性能改變做了研究。

1 自密實混凝土的技術(shù)要求及配合比設(shè)計思路

1.1 技術(shù)要求

1)自密實性能：混凝土坍落擴展度為570～675 mm，擴展時間T500為2～6 s，離析率≤20%，試驗方法依據(jù)《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T283—2012)檢測。

2)力學(xué)性能：28 d強度大于59.9 MPa，采用成型長150 mm的立方體試件標準養(yǎng)護28 d后做抗壓破壞。

3)體積穩(wěn)定性：水中養(yǎng)護14 d限制膨脹率≥0.015%，水中14 d后轉(zhuǎn)入空氣中28 d限制膨脹率≥-0.030%，試驗方法依據(jù)《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》，以成型100 mm×100 mm×300 mm的試件操作。

1.2 配合比設(shè)計思路

進行自密實混凝土配合比設(shè)計時，以體積法計算，將混凝土成分拆分為兩部分，即粗集料和砂漿，而砂漿則可拆分為砂與漿體，漿體又可拆分為膠凝材料、水及含氣量(非引氣型為20 L)。粗集料用量以其在混凝土單位體積中的體積率(Vg)體現(xiàn)；細集料用量以其在砂漿中的體積分數(shù)(φs)體現(xiàn)；則漿體體積Vp=(1-Vg)×(1-φs)；初步水膠比(W/B)可依據(jù)JGJ 55《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》中回歸公式計算或者本項目的長期砼強度統(tǒng)計資料經(jīng)驗確定；膠凝材料的合成表觀密度ρB可由水泥與摻合料的表觀密度及各自摻量計算得到，而后在已知水膠比(W/B)及漿體體積下(Vp)下，可由二元一次方程計算得到混凝土中膠凝材料用量和單位用水量。外加劑摻量以廠家調(diào)試后的摻量為準，試驗中可適當微調(diào)，則簡化后配合比設(shè)計的主要參數(shù)包括粗骨料體積率、砂漿中砂體積分數(shù)、水膠比及活性摻合料摻量。

該文對粗骨料體積率、砂漿中砂體積分數(shù)(以下簡稱“砂體積分數(shù)”)、水膠比及活性摻合料摻量四個配合比參數(shù)形成正交因素，利用正交試驗法“均衡分散，整齊可比”的特點，設(shè)計正交試驗表安排試驗，以期在盡可能少的試驗次數(shù)及時間內(nèi)得到理想的因素組合方案。

2 原材料

1)水泥采用華新水泥(恩施)有限公司P·O42.5級水泥，密度為3 060 kg/m3，比表面積為342 m2/kg，28 d抗壓強度為48.8 MPa，其性能符合GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》技術(shù)要求。

2)粉煤灰為武漢華電實業(yè)有限公司粉煤灰開發(fā)有限公司F類Ⅰ級灰，表觀密度為2 430 kg/m3，強度活性指數(shù)82%，其技術(shù)標準符合GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》要求。

3)細集料為石灰?guī)r機制砂，石粉含量控制在7%，細度模數(shù)3.2，機制砂的技術(shù)指標見表1，其顆粒組成在《公路工程水泥混凝土用機制砂》(JT/T 819)II類級配范圍內(nèi)。

表1 機制砂技術(shù)指標

4)粗集料采用5～20 mm連續(xù)級配碎石，母巖強度為95 MPa，壓碎值為19.2%，針片狀顆粒含量小于4.0%，含泥量小于0.5%，表觀密度為2 714 kg/m3。

5)外加劑為中交二航武漢港灣新材料有限公司生產(chǎn)的CP-J型聚羧酸高性能減水劑，含固量19%～22%，摻量為1%時減水率可達28%，各項質(zhì)量符合GB 8076—2008《混凝土外加劑》要求。

6)膨脹劑選用中交二航武漢港灣新材料有限公司Ⅱ型膨脹劑，表觀密度2 350 kg/m3，其質(zhì)量符合GB 23439—2009《混凝土膨脹劑》要求，廠家推薦內(nèi)摻法摻量10%。

在平時的課堂教學(xué)開始前，先環(huán)視整個教室，關(guān)注每一位學(xué)生的精神狀態(tài)和課前準備情況，用眼神告訴學(xué)生：老師很關(guān)注你的學(xué)習狀況。在課堂教學(xué)中，也要經(jīng)常開展自主合作探究的學(xué)習方式，鼓勵學(xué)生在小組內(nèi)暢所欲言，達到生生互學(xué)的效果。這樣的學(xué)習方式，讓學(xué)生在學(xué)習伙伴面前展現(xiàn)了自己的存在感，進而提升學(xué)習自信心。在小組匯報階段，都要鼓勵學(xué)生聲音響亮且有條理地表達自己的見解，要求其他學(xué)生能安靜傾聽并思考，要求對匯報者的匯報給予眼神的關(guān)注和語言上的評價及掌聲鼓勵。美其名曰：“他說，你聽！”“他說，你評！”“他說，你點贊！”通過這一系列的實踐活動，讓學(xué)生真切感受到學(xué)習伙伴和教師都在關(guān)注自己。

3 正交試驗設(shè)計

3.1 配合比參數(shù)的處理

1)粗骨料體積率(Vg)過大影響混凝土的填充性能，過小則使混凝土的彈性模量顯著降低[5]，自密實混凝土1 m3混凝土中粗骨料體積率Vg宜取范圍為0.32～0.35[ 6]。

2)砂漿中砂體積分數(shù)(Φs)過大，則漿體體積過少，必然降低工作性及抗壓強度；過小則增加混凝土體積收縮性，自密實混凝土Φs宜取范圍為0.42～0.45[6 ]。

3)粉煤灰占膠凝材料質(zhì)量比不宜低于20%，且不宜高于30%，過低影響工作性及硬化后收縮，過高則28 d抗壓強度不易保證。

4)水膠比：膨脹劑具有一定的膠凝材料活性，故將其納入膠凝材料中，摻量為廠家推薦的內(nèi)摻10%，但將膨脹劑作為膠凝材料設(shè)計時，無相應(yīng)經(jīng)驗公式計算水膠比，故基準水膠比依據(jù)工地試驗室以往混凝土強度統(tǒng)計經(jīng)驗選取0.31。

5)每方混凝土膠凝材料用量(mb)可由自密實混凝土中的漿體體積、水膠比、膠凝材料合成表觀密度及含氣量(非引氣型取20 L/m3)等參數(shù)計算得到。

3.2 正交試驗過程

將砂體積分數(shù)、膠凝材料用量、粗骨料體積率及水膠比形成正交因素，分別設(shè)三個水平，形成L9(34)正交試驗方案，如表2所示。

表2 正交因素和水平表

依據(jù)4因素3水平得出的具體配合比數(shù)據(jù)及試拌試驗結(jié)果見表3，從表中看出，隨著水膠比的降低，引起混凝土粘滯性增加，可適當提高外加劑摻量改善。從表3中對擴展度、T500、離析率及28 d抗壓強度指標數(shù)據(jù)的直觀分析，以極差法算得各因素的主次和優(yōu)方案見表4。

表3 L9(34)配合比正交試驗表

表4 各因素對技術(shù)指標影響的主次和優(yōu)方案

因素A對于擴展度、T500、28 d抗壓強度及離析率指標的影響均處于第二位，整體考慮取A2水平。因素B對離析率指標為最重要因素，對其余為次要影響因素，整體考慮取B3水平。因素C對于擴展度及T500指標為最重要因素，對其余為次要影響因素，綜合考慮選擇C1水平。因素D對28 d抗壓強度指標為最重要因素，對其余為次要影響因素，綜合考慮選擇D1水平。綜合上述分析，綜合最優(yōu)方案為A2-B3-C1-D1，即砂體積分數(shù)為0.435，粉煤灰摻量30%，粗集料體積0.32 m3，水膠比0.30。

3.3 優(yōu)方案驗證

對優(yōu)方案A2-B3-C1-D1組成的配合比進行試驗驗證，即每方混凝土原材料為(單位：kg/m3)水泥328，粉煤灰164，膨脹劑54，細集料800，粗集料868，水164，外加劑6.28。檢查拌合物的自密實性能指標，外加劑摻量微調(diào)至1.15%。經(jīng)驗證，為擴展度試驗結(jié)果650 mm，擴展時間T500為3.5 s，離析率11.4%，自密實性能良好，28 d抗壓強度為64.9 MPa，7 d及14 d限制膨脹率檢測合格。

4 石粉含量影響試驗

4.1 試驗方法

通過對機制砂先水洗凈再摻配石粉的方法改變石粉含量，調(diào)整出5組石粉含量不同的機制砂，在優(yōu)方案配合比的基礎(chǔ)上，進行對比試驗，對混凝土自密實性能進行檢測。試驗結(jié)果見表5，擴展度、擴展時間及離析率指標隨石粉含量變化結(jié)果見圖1～圖3。

表5 不同石粉含量對自密實混凝土工作性影響

4.2 試驗結(jié)果分析

從圖1～圖3看出，隨機制砂石粉增加，擴展度指標呈現(xiàn)正相關(guān)變化；擴展時間T500值呈先減小后增加的凹曲線變化，在石粉含量為3%和11%時T500值較大，在9%時T500值最小；離析率指標則呈負相關(guān)變化，在石粉含量為3%時離析率值最大。

分析原因為：石粉細度接近于水泥細度，石粉的增加可以提高混凝土中的漿體量，石粉漿體可以緩解機制砂與碎石之間的摩擦，提高混凝土的和易性，這是導(dǎo)致擴展度隨石粉含量增加而一直增大的原因；但石粉的增加，因比表面積效應(yīng)，必然會使裹覆其顆粒的用水量增加，在單位用水量不變的情況下，混凝土的粘稠性也隨著增加，這是離析率呈現(xiàn)一直減小的原因；當機制砂石粉含量為3%時，由于石粉漿體少致使機制砂顆粒與碎石顆粒之間摩擦力大，相互擠嵌，不易流出，使得T500值較大；當機制砂石粉含量增加到11%時，因致拌合物過于粘稠，使得T500值接近要求范圍的上限了，石粉含量增加對改善拌合物的離析泌水現(xiàn)象、提高粘聚性，在文獻[7]中亦有研究論述。

綜上分析，實際施工以離析率較低為宜，T500值盡可能低，因此施工中適宜的石粉含量為6%～10%。

4.3 施工驗證及后期檢測

清江河大橋鋼管拱自密實混凝土施工中出機與入泵車的自密實性能良好，現(xiàn)場泵送順利。鋼管混凝土28 d抗壓強度評定合格，對全橋拱肋進行混凝土脫空率檢測結(jié)果良好，符合JTG F80/1—2017《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》的要求。

5 結(jié) 論

a.該文提供了一種以正交法為基礎(chǔ)，使用機制砂制備自密實混凝土的方法，全程以體積法計算，將混凝土組成逐級拆分，過程較為簡單，效果較良好。

b.機制砂石粉含量變化對自密實混凝土影響顯著，施工中應(yīng)嚴控機制砂質(zhì)量，在亞甲藍值合格下(<1.4)，石粉含量建議放寬至8%～10%。