基于新规范的自密实混凝土配合比设计

2012-03-07杨康龚平柯昌君

山西建筑 2012年26期

杨康龚平柯昌君

(长江大学城市建设学院，湖北荆州 434023)

0 引言

自密实混凝土是高性能混凝土的一种，其变形能力优良，施工时可以免振捣，同时具有足够的粘度和抗离析能力，使用范围开始增大。随着建设步伐加快，社会要求有更大扩展度并且粘聚性和抗离析更好的自密实混凝土。因此最新规范增大了混凝土扩展度的值，同时对T500提出了新的要求［1］。在进行设计时以该规范为基准，满足强度、工作性、经济性和相应工程环境的耐久性要求。

本文配合比设计以满足强度和有利于特定环境的耐久性为原则，主要强调混凝土拌合物工作性使其达到设计目标。

1 常见自密实混凝土设计法

1)固定砂石体积法。

该法认为粗骨料的体积含量和砂在砂浆中的体积含量是影响拌合物流动性的重要参数。此认识将自密实混凝土的工作性与其他混凝土区分开。

2)改进全计算法。

该法将浆体体积与传统的水胶比定则联系起来，混凝土配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。

3)参数法。

其主要用四个参数来控制配合比中材料的用量。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反映了胶凝材料净浆的组成。当原材料性能不一样时α，β取值要进行适当的调整［2］。

4)绝对体积法。

主要用四个参数来控制配合比中材料的用量，确定外加剂占胶凝材料总质量的质量百分数α，矿物掺合料占胶凝材料的质量分数β，矿物掺合料的胶凝系数γ，单位体积中砂的质量砂率Фs。

2 自密实混凝土配合比设计

自密实混凝土对原材料质量十分敏感，绝对体积法中用掺合料质量分数β和胶凝系数γ共同计算水胶比，将水胶比的波动范围控制的很小，有利于控制混凝土的强度，通过加入减水剂达到要求扩展度。故选择绝对体积法进行配合比设计。

本次试验在限定75 min内完成有效。

2.1 设计目标

1)混凝土工作性:坍落扩展度要求:660 mm～750 mm;T500要求:2 s≤T≤10 s;粘聚性、保水性、抗离析性良好。2)混凝土强度等级:C40自密实水泥混凝土，抗压强度标准值取5.0 MPa。3)耐久性:广东某临海环境。

2.2 原材料及技术指标

1)水泥:P.Ⅱ42.5R，水泥表观密度ρc=3 010 kg/m3，比表面积360 m2/kg。

2)Ⅰ级粉煤灰:粉煤灰表观密度ρFA=2 580 kg/m3，含水率a=1.03%，比表面积417 m2/kg。

3)硅灰:硅灰表观密度ρSI=2 620 kg/m3。

4)磨细矿渣:表观密度ρk=2 800 kg/m3，比表面积416 m2/kg。

5)细集料:天然河砂。砂表观密度ρs=2 614 kg/m3，堆积密度ρs'=1 570 kg/m3，细度模数Mx=2.6，含水率b=0.2%。

6)石:10 mm～20 mm大石表观密度2 740 kg/m3，5 mm～10 mm小石表观密度2 770 kg/m3;体积比大石∶小石=6∶4时表观密度ρg=2 752 kg/m3。

7)聚羧酸盐高效减水剂:减水率28.3%。

2.3 粗细骨料用量

粗骨料含量少，硬化后混凝土弹性模量较小，自缩大;但含量多时，拌合物的流动性下降并且间隙通过性也下降，容易产生堵塞现象。粗骨料最大粒径不宜大于20 mm，SF2级单位体积粗骨料的绝对体积0.30 kg/m3～0.33 kg/m3［1］。粗骨料的松堆积体积一般为0.50 kg/m3～0.60 kg/m3。

砂为中、粗砂，根据前人大量实验，SCC中质量砂率一般在45%～55%范围内比较合适，粗细骨料比以0.85～1.20较合适。在绝对体积法中，砂在砂浆中的体积含量0.42～0.44［3］，经过试验选择体积砂率为43%。

2.4 胶凝材料和水

自密实混凝土水胶比宜小于0.45，胶凝材料用量宜控制在400 kg/m3～550 kg/m3［1］，同时大量实验表明水泥用量在350 kg/m3～450 kg/m3，单位用水量不宜超过200 kg/m3比较合适。矿物掺合料一般为粉煤灰、磨细矿渣、硅灰等。考虑到强度、耐久性和经济性合理选择硅灰和粉煤灰掺量［4］。

3 配合比设计步骤

SF2级每立方米中碎石绝对体积可取 Vg=0.30 kg/m3～0.33 kg/m3，本配合比取Vg=0.31 kg/m3。砂浆中砂的体积分数取Φs=43%。

在广东临海环境中使用混凝土需考虑抗渗性和抗硫酸盐侵蚀性。

材料中矿渣比表面积大于水泥，对拌合物泌水的影响较比表面积小的矿渣小，其掺量最大为65%。粉煤灰可取代部分水泥，可提高耐久性，随加入量增大混凝土密实性变差抗渗性下降。最大掺量不宜超过45%。硅灰可提高混凝土密实性，提高混凝土抗化学腐蚀能力和抗渗性。因其比表面积很大会增加单位用水量，并且价格高，所以最大掺量不宜超过10%［5］。

1)计算1 m3混凝土粗骨料用量mg和其密实体积Vg:

2)计算1 m3混凝土砂浆密实体积Vm，砂密实体积Vs，砂的质量ms:

3)胶凝材料浆体密实体积Vp:

4)胶凝材料表观密度(ρb)根据矿物掺合料和水泥的相对含量及各自的表观密度，按下式计算:

其中，ρm为矿物掺合料表观密度，kg/m3;ρc为水泥表观密度，kg/m3;β为每立方米混凝土中矿物掺合料占胶凝材料的质量分数，%。当采用两种或两种以上矿物掺合料时，可以用β1，β2，β3表示，并进行相应计算。

5)适配强度:

其中，σ=5 MPa;fcu，o=40 MPa。

6)水胶比:

其中，mb为单方混凝土中胶凝材料的质量，kg;mw为单方混凝土中用水的质量，kg;fce为水泥的28 d实测抗压强度，MPa;当水泥28 d抗压强度未知时，可用水泥强度等级对应值乘以1.1代替;γ为矿物掺合料的胶凝系数;对于粉煤灰(β≤0.3)可取0.4、矿渣粉(β≤0.4)可取0.9、硅灰可取1。

7)每立方米自密实混凝土中胶凝材料的质量(mb)根据自密实混凝土中的浆体体积(Vp)、胶凝材料的表观密度(ρb)、水胶比(mw/mb)按下式计算:

其中，Va为对于非引气型的自密实混凝土，可取1%～2%;ρw为水的表观密度，取1 000 kg/m3。

8)计算1 m3混凝土中各材料用量:

粗骨料用量:mg=797 kg;

细骨料用量:ms=784×(1+0.2%)=785.6 kg;

用水量:mw=mb×mw/mb-ms×0.2%-mb×β1×1.03%;

粉煤灰用量:mFA=mb×β1×(1+1.03%);

硅灰用量:mSI=mb×β2;

矿渣用量:mK=mb×β3;

水泥用量:mc=mb-mb×(β1+β2+β3);

减水剂用量:mca=(mb+mb×β1×1.03%)α。

4 试验结果及分析

一队做A组，A-1扩展度和T500均不符合要求，故在其他掺量不变条件下将减水剂用量由0.8%变为1.00%再做A-2;二队做B组，B-1扩展度过大改变粉煤灰掺量做B-2。每队的两次实验总时间均在75 min内，参见表1。

表1 混凝土配合比及工作性能实验数据

实验分析:

1)对比编号A-1和A-2可知在其他条件不变时，增大减水剂用量可提高混凝土拌合物的流动性。2)对比编号B-1和B-2发现在水胶比降低的前提下，增大粉煤灰的用量仍可以使混凝土的流动性达到要求，表明粉煤灰可以提高混凝土拌合物的流动性。另外，因粉煤灰比表面积较大(大于水泥的比表面积)，单位用水量不变时，B-2的T500较大，故可认为粉煤灰在一定程度上会增加单位用水量。