自密实混凝土配合比设计方法研究

郭 雯 张宁宁

近几年来，自密实混凝土在我国逐渐得到应用和推广，所以我们必须花大力气研究自密实混凝土的性能，科学的配制自密实混凝土。本文主要对自密实混凝土配合比设计方法进行讨论和总结。从我国自密实混凝土研究的文献上看，配合比计算方法一般有以下几种，下面就这些方法进行简要的介绍和总结。

1 简易配合比设计方法[1]

1)选定密实因数PF，计算粗、细骨料用量;2)根据混凝土配制强度计算水泥用量;3)选定水灰比，计算水泥用水量;4)计算矿物掺合料用量;5)计算总用水量。

这种方法新颖独特，简单易行。砂率较大而粗骨料和胶凝材料用量较少，这有利于提高混凝土的流动性和穿越钢筋间隙的能力，而且节约成本。但该方法只适于配制中低强度自密实混凝土。

2 全计算法[2]

其简要计算步骤如下:1)确定试配强度;2)确定水胶比;3)计算用水量;4)计算胶凝材料用量;5)计算砂率及粗、细骨料的用量;6)确定外加剂掺量。

该方法是一种定量设计法，它推导出了高性能混凝土单方用水量和砂率的计算公式。采用该方法往往砂率较小而粗骨料用量较多，可以节省胶凝材料，但对拌合物的流动性不利。

3 固定砂石体积含量方法

这种方法我国吴中伟院士和其他学者都曾做过介绍[3]，其简要计算步骤如下:1)设定每立方米混凝土中石子的松堆体积为0.5 m3～0.55 m3，得到石子用量和砂浆含量;2)设定砂浆中砂体积含量为0.42～0.44，得到砂用量和浆体含量;3)根据水胶比和胶凝材料中的掺合料比例计算得到用水量和胶凝材料总量，最后由胶凝材料总量计算出水泥和掺合料各自的用量。但水胶比和掺合料的用量如何确定没做具体规定。

实际上，这也是一种基于经验设计配合比的方法。日本、荷兰、法国、瑞典等国都有过类似的方法，EFNARC对此制订了详细的规范和指南，其中的配合比设计程序较国内同类方法更为详细:

1)确定含气量:一般为0.2%;有抗冻性要求时，确定更高含气量(4%～6%);2)确定粗骨料体积:一般占总体积的28%～35%，松散体积为50%～60%;3)确定砂含量:砂的最佳体积含量为砂浆体积的40%～50%，决定于净浆性能;4)确定净浆的组成:净浆的最佳组成为:水泥+粉煤灰+硅灰，可充分利用不同微粒特性，获得最佳性能。水胶比根据强度、耐久性和抗渗性要求决定，水胶比体积比一般介于0.8～1.0之间，最佳比例需要通过砂浆流动度和V形漏斗试验来分析确定。目标值为:流动度达到24 cm～26 cm，漏斗流空时间达到7 s～11 s。

该方法与前述各种方法的最大区别在于，在保证强度的基础上，体现了按工作性要求设计自密实混凝土的原则。

4 改进的全计算法[4]

1)确定自密实混凝土配制强度;2)确定自密实混凝土的水胶比;3)计算石子用量;4)计算砂用量;5)计算用水量;6)胶凝材料组成与用量的计算;7)由混凝土流动性、填充性、间隙通过性和抗离析性要求确定高效减水剂的用量。

该方法中仍通过用水量计算公式将浆体体积与传统的水胶比联系起来，混凝土配合比的参数可全部定量按公式计算，计算公式和步骤简单，公式的物理意义明确。

5 参数设计法

该方法是天津大学提出的自密实混凝土配合比设计方法[1]，下面做一些简要的介绍:

其中共涉及四个参数:粗骨料系数α用于计算石子用量;砂拨开系数β用于计算砂用量;掺合料系数γ和水胶比W/B反映了浆体的组成，联立方程可以得到各材料的具体用量。高效减水剂的用量视拌合物的工作性而定，不参与配合比计算，但其中的含水量应在计算所得的用水量中予以扣除。

在这四个参数中，α，β分别体现了粗、细骨料对于混凝土性能的不同影响，它们同时还决定了砂率值、浆骨比和砂在砂浆中的体积含量，这就比单独使用上面三个参数意义更丰富，控制作用更强。α，β的取值根据骨料质量(如粒径、颗粒形态、级配、细度模数等)和水胶比的变化而变化，这比固定砂、石体积含量法更符合实际情况。

6 四层体系设计法

这种方法由东南大学依据“最大堆积密实度理论”[5]，将自密实混凝土看成由固液两相组成的四层体系。由图1可以看出，自密实混凝土需要的组成材料颗粒从小到大的顺序。

图1 自密实混凝土需要的组成材料颗粒从小到大的顺序

该方法拟以固定砂石体积含量的计算方法为基础，采用设定单方混凝土中粗集料用量和砂浆中砂子体积含量范围，根据“最大堆积密实度原理”，提出改进的固定砂石体积含量理论计算法。其配合比设计步骤和公式如下:

1)配制强度;2)水胶比;3)计算每立方米混凝土粗骨料用量和粗骨料密实体积;4)计算每立方米混凝土砂浆密实体积、砂密实体积、胶结材料浆体密实体积;5)计算每立方米混凝土砂用量;6)计算胶凝材料的表观密度;7)计算水和胶凝材料的密实体积;8)计算 1 m3混凝土中各材料用量(重量)。

7 骨料比表面法配合比设计步骤

该方法是浙江大学根据骨料比表面法和富余浆量理论研究[6]，确定了如下自密实混凝土配合比设计步骤:1)确定石子用量。单位石子绝对体积取0.28 m3～0.35 m3。2)测定石子、砂子的表观密度、堆积密度并计算空隙率。计算砂率，砂的富余系数取1.20～1.25。3)计算骨料比表面积。4)计算骨料的总表面积。石子的比表面积由石子的计算比表面积乘以比表面积修正系数，石子的比表面积修正系数取1.0～1.15。5)确定自密实混凝土的配制强度。6)确定自密实混凝土的水胶比。7)根据石子和砂子的质量、表观密度、堆积密度、骨料的总表面积及自然粘附于骨料表面的水泥浆层厚度，计算浆体体积、填充体积、包裹体积。8)计算水泥浆富余系数。水泥浆富余系数建议取值范围为1.5～1.56。9)确定胶凝材料用量。确定矿物掺合料掺量，结合水胶比，根据体积法计算可得胶凝材料用量。10)确定单位用水量。由胶凝材料用量和水胶比，可得自密实混凝土的单位用水量。11)确定高效减水剂用量。高效减水剂种类和用量根据外加剂与水泥相容性试验及水泥砂浆减水率试验确定。

该方法制作的自密实混凝土收缩性能、抗氯离子渗透性能、抗碳化性能均较优，并且有良好的抗渗性能。该方法考虑到了骨料的性能，计算所得的配合比较合理，而且可以降低成本。

综上所述，各种混凝土配合比设计方法各有其针对性和侧重点，配制自密实混凝土不能照搬照抄。但其中有许多设计思想值得借鉴，认真对比各种方法的优缺点，取长补短，因此，应用更广泛、更合理的自密实混凝土配合比设计方法还有待进一步探索。

[1] 吴红娟，左金库.自密实混凝土配合比设计方法研究[J].混凝土，2008(6):17-18.

[2] 陈建奎，王栋民.高性能混凝土(HPC)配合比设计新法——全计算法[J].硅酸盐学报，2000(4):51-52.

[3] 吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社，1999.

[4] 余志武，潘志宏，谢友均.浅谈自密实高性能混凝土配合比的计算方法[J].混凝土，2004(7):48.

[5] 马冬梅，吴文清，秦鸿根.自密实高强混凝土的配制原理和配合比设计方法研究[J].中外公路，2008(4):25-26.

[6] 王海娜.自密实混凝土的骨料比表面法配合比设计及其基本性能研究[D].杭州:浙江大学硕士学位论文，2007:17-25.

[7] 白震伟.自密实混凝土的研究与应用初探[J].山西建筑，2007，33(13):165-166.