浅谈自密实混凝土配合比计算方法

王立保 郭栋 杨静

1 自密实混凝土配合比特点

自密实混凝土的配合比应满足拌合物施工性能的要求。因此,与相同强度等级的普通混凝土相比,有较大的浆骨比;砂率较大;细掺料总量大的特点。自密实混凝土配合比的确定是以上各参数和新拌自密实混凝土工作性、硬化混凝土力学性能和耐久性等诸性能间矛盾的统一。粗骨料用量多时,流动性大,而抗离析性很难满足要求,砂率大,有利于施工性而不利于弹性模量;水胶比大,有利于流动性,而不利于强度和耐久性等等。因此,与普通混凝土配合比设计不同的是,需要根据上述矛盾的统一,确定粗细骨料的最合适用量。

2 自密实混凝土配合比计算方法

2.1 全计算法及其特点

全计算法通过建立普遍适用的混凝土体积模型,经推导得出高性能混凝土单方用水量(kg/m3)和砂率 SP(%)的计算公式。这两个公式结合传统的水灰比定则,同时在此基础上通过复合超塑化剂配方的设计,求出外加剂的掺量,即可定量确定混凝土各组成材料用量,实现高性能混凝土的全计算配合比设计。

实践证明,全计算法可以用于大多数高性能混凝土的配合比设计,但用于自密实混凝土配合比设计时,存在一定的缺陷。

由于自密实混凝土对流变性能要求很高,使得自密实混凝土配合比中应当有较小的粗骨料体积含量和足够的砂浆,全计算法的浆骨比不能满足要求。全计算法算得的砂率随用水量的降低而降低,当强度等级高于C30时砂率偏小,石子的松堆体积偏大,导致浆体含量较少。

2.2 固定砂石体积法及其特点

固定砂石体积含量计算法是根据高流动自密实混凝土流动性及抗离析性和配合比因素之间的平衡关系,在试验研究的基础上得到的一种能较好适用高流动自密实混凝土的特点和要求的配合比计算方法。这种方法日本预拌混凝土联合会和吴中伟院士都作过介绍。

主要计算步骤如下:

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用量;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。

3 固定砂石体积含量法算例

3.1 计算步骤

1)设每立方米混凝土中石子松堆体积(VOG=0.5 m3～0.55 m3),根据石子堆积密度(ρOG)计算每立方米混凝土石子用量:

2)根据石子表观密度(ρG)计算每立方米混凝土中石子密实体积(VG),由1 m3混凝土密实体积减去石子密实体积,得到砂浆密实体积(Vm):

3)设砂浆中砂体积含量为0.42～0.44,根据砂浆密实体积和砂在砂浆中体积含量计算砂的密实体积(VS):

4)根据砂密实体积和砂表观密度(ρS)计算每立方米混凝土中砂子的用量:

5)从砂浆密实体积中(Vm)减去砂密实体积(VS),得到胶凝材料浆体密实体积(VP):

6)根据混凝土设计强度等级,用强度—水胶比公式计算水胶比(W/B),再根据经验估算调整水胶比(W/B):

其中,A,B均为回归系数,分别为0.46,0.07。

7)设掺合料在胶凝材料中的体积含量 VF(%),根据掺合料和水泥的体积比及其各自的表观密度计算出胶凝材料的表观密度(ρB):

8)由胶凝材料的表观密度(ρB)、水胶比(W/B),计算水和胶凝材料的体积比(VW/VB),再根据胶凝材料浆体积(VP=Vm-VS=VB+VW)分别求出胶凝材料和水的体积(VB,VW),再根据各自的表观密度分别计算胶凝材料总量(B)和水(W)的用量:

9)根据胶凝材料中掺合料的体积含量(根据国外资料和相关试验数据宜选用30%～60%),分别求出每立方米混凝土中掺合料和水泥的用量。

3.2 计算配合比

按照上述计算方法,设计强度C25强度等级的自密实混凝土配合比经过计算如表1所示。

表1 SCC25混凝土计算配合比(kg/m3,粉煤灰掺量35%)

4 实验结果

根据上述配合比,按照《自密实混凝土规程》在实验室条件下进行自密实混凝土试配。采用普通42.5水泥,中砂,连续级配的碎石,适当添加外加剂,试验结果见表2。

实验过程中,混凝土拌合物初始有少量泌水和气泡,60 min后泌水和气泡均消失,表明满足工作性能。将混凝土拌合物成型混凝土试块,放入养护室进行养护,测得7 d强度为28.1 M Pa,28 d强度为33.7 MPa,满足强度要求。

表2 水胶比变化对SCC25混凝土拌合物工作性的影响 mm

5 结语

固定砂石体积含量计算法计算过程简单,计算配合比能够满足自密实混凝土的工作性能要求和强度要求,是一种比较可靠的自密实混凝土配合比计算方法。

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