自密實混凝土配合比設(shè)計

1、自密實混凝土的配合比設(shè)計 傅沛興， 賀 奎(北京市建筑設(shè)計研究院，100039北京) 摘 要：自密實混凝土不但要求有較大的流動性，而且還要求有較好的粘聚性，因而其施工工作性要同時具備流動性、抗離析性、和間隙通過性。據(jù)此，提出了自密實混凝土的配合比設(shè)計原則，并著重闡述了骨料的堆積密實型連續(xù)級配的原理，論述了配制自密實混凝土膠結(jié)材漿體與砂率、石子體系的關(guān)系，以利于配制優(yōu)良的自密實混凝土。 關(guān)鍵詞：自密實混凝土；自密實性；抗離析性；自填充性；連續(xù)級配比。 自密實混凝土由高性能混凝土發(fā)展而來，是高性能混凝土的一個分支。由于自密實?昆凝土可以不用振搗，靠拌合物自重就可以通過鋼筋等障礙物填充到模板的各個角

2、落，因而在工業(yè)發(fā)達(dá)國家節(jié)約了價格較貴的專業(yè)技術(shù)工人工資，節(jié)約了振搗設(shè)備和電力，特別是大大降低了施工噪聲污梨q；因而發(fā)展很快，在日本及歐洲許多國家，自密實混凝土的澆筑量都已超過全部混凝土施工量的50以上。 我國近十年來，已經(jīng)在一些工程上有所應(yīng)用。我們經(jīng)一年來試驗研究，探討自密實混凝土配合比的設(shè)計方法，供業(yè)界參考。1 自密實混凝土工作性的特點(diǎn)和檢測方法 自密實混凝土拌合物不僅要求有較大的流動性，而且還要求有較好的粘聚性。白密實混凝土的膠結(jié)材漿體要能充分包裹與分隔砂石的每一個顆粒，使砂、石懸浮在膠結(jié)材漿體中。因而自密實混凝土工作性就要求同時具備(1)流動性(2)抗離析性(3)自填充性，這三種性能又稱

3、自密實性。 流動性可以用檢測普通高性能混凝土拌合物坍落擴(kuò)展度的方法檢測。 抗離析性又稱抗離析穩(wěn)定性，日本和歐洲標(biāo)準(zhǔn)均用兩種方法檢測。一是用一種特殊的V形漏斗，裝滿10 L混凝土拌合物，打開底蓋計量流出時間(S)。另一種方法是計量坍落擴(kuò)展度擴(kuò)展到平均50 cm的時間(s)。V形漏斗流出時間歐洲規(guī)定不大于20 S，日本雖也同樣規(guī)定一般自密實混凝土不大于20 S，而鋼筋凈間距小于60 mm時，規(guī)定為不大于25 S，意即當(dāng)鋼筋密度大時，拌合物的粘聚性需要大一些。坍落擴(kuò)展度擴(kuò)展Nsocm的時間，日本規(guī)定一般自密實混凝土為3-15 S，鋼筋凈間距小于60 mm時為5-20 S，見圖1。圖1 V形漏斗 自填

4、充性又稱間隙通過性，用箱形試驗(歐洲稱U形箱)，用一個矩形箱，中間通過隔板分為A、B二室，下端流出19cm高連通口，連通口處垂直放一定間距的鋼筋。將A室裝滿混凝土拌合物，拔開隔板，拌合物即通過鋼筋流人B室。停止流動后測兩側(cè)混凝土高度差。日本規(guī)定高度差小于8 cm為合格，歐洲則規(guī)定愈小愈好，(圖2)。圖2 箱形實驗儀(a)歐洲型；(b)13本型2 自密實混凝土配合比設(shè)計原則21 自密實混凝土配合比設(shè)計應(yīng)采取絕對體積法。22 自密實混凝土要求拌合物在保持大流動性的同時增加粘聚性。國內(nèi)外一般均采取增加膠結(jié)材與惰性粉體量的方法，也可以采取摻用一部分增粘劑的方法。增粘劑的品種較多，需要做與膠結(jié)材適應(yīng)性試

5、驗后進(jìn)行選用。關(guān)于自密實混凝土粉體量日本建筑學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為1 60 L-230 L，歐洲規(guī)范則規(guī)定為160L-240L。23在增加膠結(jié)材漿體粘性的同時，還要保持大流動性，就需要選擇優(yōu)質(zhì)高效減水劑。宜選用當(dāng)前市場上減水率大于30的聚羧酸系高效減水劑。24要選用粒型與級配較優(yōu)的粗細(xì)骨料，并限定粗骨料的最大粒徑。關(guān)于粗骨料最大粒徑，歐洲規(guī)范限定不大于20 mm，日本規(guī)定粗骨料最大粒徑為20 mm或25mm。 在增加粉體量的同時，粗骨料用量也相應(yīng)減少。歐洲與日本的標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定粗骨料用量為280 L-350 L。3 關(guān)于級配砂、石與石子用量關(guān)系的討論 配制符合要求的自密實混凝土，砂石的粒型和級配十分重要，

6、國外均采取堆積密實型連續(xù)級配。按富勒(Fuller)堆積密實理論，應(yīng)用于自密實混凝土的粗骨料連續(xù)級配宜用理查德(FERichart)的級配公式4，為 (1)式中，P通過百分率； d篩孔徑(mm)； D粗骨料最大粒徑(mm)。 用(1)式計算粗骨料最大粒徑為25 mm和20 mm的骨料最佳級配如表1所示。表1 骨料連續(xù)級配計算表 從表1的數(shù)據(jù)得出，石子最大粒徑為25 mm時，最佳連續(xù)級配各粒徑石子數(shù)量的比例應(yīng)是：20-25：15-20：1015：510mm約略為17：20：26：37或1：12：15：21。刨去1851粉體，砂率為49。石子最大粒徑為20 mm時，最佳連續(xù)級配各粒徑石子數(shù)量比例應(yīng)

7、是：15-20：10-15：510mm約略為25：31：44或1：13：18。刨去20粉體，砂率為54。這樣連續(xù)級配的石子空隙率，一般為36左右。 配制混凝土?xí)r，用偏粗中砂的砂率，石子最大粒徑25 mm時為49，石子最大粒徑為20 mm時為54。用同樣方法計算，則石子最大粒徑為15 mm時砂率為61。日本建設(shè)省提出“新RC計劃”認(rèn)為，最大堆積密實理論對于骨料比表面積與多余的起潤滑作用漿體數(shù)量的影響考慮不夠，提出有利于新拌混凝土流動性的砂率降低值5。如表2所示。表2 有利于流動性的砂率降低值 為探討自密實混凝土配合比設(shè)計方法，我們作了大量試驗，現(xiàn)將部分試驗數(shù)據(jù)列于表3。配比中原材料均為P0425

8、水泥、一級粉煤灰、$95磨細(xì)礦渣粉、中砂、卵碎石?？諝夂繛?5。試驗的砂石均為表1所示連續(xù)級配，例如525 mm石子，分別為510、10-15、1 520、2025 mm，各粒級復(fù)配，砂率較49適當(dāng)降低。 從表3的數(shù)據(jù)可以看出自密實混凝土配合比設(shè)計相關(guān)技術(shù)參數(shù)。 粉體體積一般在160240 L之間；漿體體積一般在330410 L之間；單方石子用量一般在280360 L之間；鑒于自密實混凝土除流動性外還要求一定粘聚性，故按砂石連續(xù)級配求出的砂率，其降低值應(yīng)略小于表2的數(shù)據(jù)。 為便于按砂石連續(xù)級配的原則合理設(shè)計自密實混凝土配合比，表4為單方漿體量與石子量的關(guān)系。表3 自密實混凝土部分試驗數(shù)據(jù)注：

9、編號1、2、3是實驗初期參照北京城建公司企標(biāo)規(guī)定的50砂率適當(dāng)降低，編號4以后的是按連續(xù)級配曲線的砂率適量降低。表4 單方漿體量與石子量關(guān)系4 自密實混凝土配合比設(shè)計方法 設(shè)計自密實混凝土配合比宜按下列步驟進(jìn)行。41作為工程結(jié)構(gòu)的混凝土，首先應(yīng)按結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求選擇水泥，按水泥實際強(qiáng)度和統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)差確定配制強(qiáng)度，從而計算出水灰比，并按施工工藝要求設(shè)定單方水量，選用適宜的外加劑。42按結(jié)構(gòu)耐久性及施工工藝要求，選擇摻合料品種，取代水泥量和引氣劑品種及用量。43 分別計算出每種膠結(jié)材(粉體)體積(L)，加上單方用水量即為漿體體積(L)。對比粉體量是否符合自密實性能要求的160 L240 L。如不符合自密

10、實性能要求，則應(yīng)調(diào)整粉體量及漿體量。44在每m3混凝土拌合物中，除去膠結(jié)材漿體體積和空氣量即為骨料體積。45 根據(jù)鋼筋疏密程度確定粗骨料最大粒徑，并參照表4，選用適宜砂率計算出單方石子用量。46如使用增稠劑則應(yīng)通過試驗選用增稠劑品種、用量5 配合比設(shè)計實例51某工程結(jié)構(gòu)，鋼筋最小凈間距為60 mm，混凝土強(qiáng)度等級為C30級，要求用免振搗自密實混凝土施工。511 配合比設(shè)計如下。用某廠P0425水泥。廠勰實際強(qiáng)度為49 Nmm2，標(biāo)準(zhǔn)差按3 MPa計，則配制強(qiáng)度為349 MPa。經(jīng)計算，水灰比取06。512參照泵送經(jīng)驗，單方水量取1 80 kgm3，則單方水泥用量為18006=300(kg)。5

11、13按泵送及自密實性需要較多粉體考慮，選用一級粉煤灰取代水泥20，超量系數(shù)1。4，$95磨細(xì)礦渣粉取代水泥30，超量系數(shù)13，則膠結(jié)材量為：水泥150kg，I級粉煤灰84kg，$95礦渣粉為117 kg。三者絕對體積分別為，水泥150/3.12=48(L)，粉煤灰84/2.2=38(L)，礦渣粉11728=42(L)。514綜合粉體體積為48+38+42=128(L)<160 L，膠結(jié)材漿體體積為48+38+42+180=308(L)<330L。按自密實性要求，粉體應(yīng)增加160128=32(L)，膠結(jié)材漿體應(yīng)增力H330308=22(L)。為此，采用增加粉體32 L的方法，調(diào)整設(shè)計

12、配合比。 由于現(xiàn)場沒有惰性摻合材，采取增加粉煤灰12L，礦渣粉20 L的方法。則調(diào)整后的膠結(jié)材量為：水泥150 kg(48 L)，粉煤灰110 kg(50 L)，礦渣粉174 kg(62L)，膠結(jié)材總量為434 kg(160 L)，漿體為340 L?；炷涟韬衔锟諝夂堪?5計，則骨料體積為1 00034015=645(L)。由于鋼筋較密實，石子最大粒徑選用20mm。515查表4，適量砂率為48，單方石子量為335 L。實測現(xiàn)場中砂細(xì)度模數(shù)為25，表觀密度為265，石子的表觀密度為27，外加劑選用聚羧酸高效減水劑。則設(shè)計配合比為：水泥：粉煤灰：磨細(xì)礦渣粉：水：砂：石=150：1 10：174：

13、180：814：905(單位為kg/m3)。516按此配合比，聚羧酸高效減水劑用量為膠結(jié)材質(zhì)量的1時，拌合物的坍落擴(kuò)展度為635 mm，T50為6“41，邊緣無泌漿；箱形試驗為6 mm，此配合比可用于生產(chǎn)。52某工程結(jié)構(gòu)，要求混凝土強(qiáng)度為C50，抗?jié)BP8，抗凍150次，最小鋼筋間距為60 mm，要求用免振自密實混凝土。521配合比設(shè)計如下。 用某廠P0425水泥，I級粉煤灰，$95磨細(xì)礦渣粉，中砂，520 mm卵碎石，摻某品牌引氣劑003，混凝土含氣量為3。522 按叮=4 MPa空氣含量3時混凝土強(qiáng)度降低15設(shè)計，則混凝土配制強(qiáng)度為(50+4×1645)085=666(MPa)，該

14、廠水泥28d實際強(qiáng)度為52 MPa，經(jīng)計算，取WC為O32。523選用某優(yōu)質(zhì)高效減水劑，單方水量為170 kg，則水泥量為170032=531(kg)，以I級粉煤灰等量取代水泥15，$95磨細(xì)礦渣等量取代水泥30，則膠結(jié)材量為，水泥53 1 ×55=292(kg)(94L)，粉煤灰80 kg(36L)，磨細(xì)礦渣粉159 kg(57 L)。粉體體積為94+36+57=1 87(L)>160 L，漿體為187+170=357(L)>330 L。查表4，適宜砂率為46，則砂石量為100035730=613(L)，單方石子量=613x54=33 1(L)。524進(jìn)場中砂細(xì)度模數(shù)2

15、5，表觀密度265，520 mm卵碎石表觀密度27，得出初步設(shè)計配合比為：水泥：粉煤灰：礦渣粉：水：引氣劑：砂：石=292：80：159：170：0159：747：894。525按此配合比試拌，聚羧酸高效減水劑用量為11時，坍落擴(kuò)展度為550 mm，T50為15“20；將聚羧酸高效減水劑用量改為115拌合物的坍落擴(kuò)展度為670 mm，T50為701，箱形試驗高差為8 mm，此配合比可用于生產(chǎn)。6 結(jié)語61 明確提出自密實混凝土工作性的特點(diǎn)，除要求大流動性外，還要求具備一定的粘聚性。具體體現(xiàn)為：(a)流動性；(b)抗離析穩(wěn)定性；(c)間隙通過性。62 解決拌合物流動性與粘聚性的主要方法為：(a)選擇優(yōu)質(zhì)高效減水劑；(b)增加粉體量與漿體量；(c)必要時選用增稠劑。63通過砂石連續(xù)級配曲線，明確了配制自密實混凝土漿體量、砂率與石子量的關(guān)系，并強(qiáng)調(diào)配制自密實性混凝土必須要求砂石有較好的粒形與級配。64 明確了合理設(shè)計自密實混凝土配合比的方法及