C50自密实混凝土配合比设计

高全青 王晓菡

(江南大学环境与土木工程学院，江苏无锡 214122)

自密实混凝土(Self Compacting Concrete，简称SCC)是具有高流动性、均匀性和稳定性，浇筑时无需外力振捣，能够在自重作用下流动并充满模板空间的混凝土。SCC拌合物具有以下特点:1)在无需振捣的情况下，能均匀密实成型，降低了施工中由于混凝土振捣带来的噪声;2)能均匀通过狭窄间隙并保持各种组分均匀分散，改善混凝土的质量;3)提高生产效率，减轻施工劳动强度;4)选用粉煤灰、矿渣微粉等活性材料替代水泥，有利于废物利用，并降低施工成本。SCC的配合比设计方法更为复杂，拌合物性能可以在短时间内进行测试。其配合比设计需结合理论和实践经验，对实践经验有较高要求。本文结合多个规范，对C50自密实混凝土的配合比设计和拌合物性能进行了试验研究。

1 原材料

水泥:P.O42.5R普通硅酸盐水泥，表观密度3 030 kg/m3;Ⅱ级粉煤灰:表观密度2 660 kg/m3;S95级矿渣微粉:表观密度2 740 kg/m3;粗骨料:粒径为5 mm～10 mm和10 mm～20 mm的级配良好的石灰石碎石，按2∶3混合后表观密度为2 665 kg/m3;细骨料:天然河砂，中砂，细度模数2.6，表观密度2 660 kg/m3;减水剂:苏博特产聚羧酸系液态高性能减水剂，掺量为1%时的减水率为28.2%，固含量22%;水:自来水。

2 自密实混凝土配合比设计

2.1 C50自密实混凝土配合比设计依据

目前SCC的配合比设计主要有3个标准:JGJ/T 283-2012［1］，CECS 203-2006［2］，CECS 02-2004［3］。各标准中仅配置强度 fcu，0的计算方法相同，且只给出了粉煤灰和矿渣微粉的胶凝系数，其他矿物掺合料未给定影响系数。JGJ/T 283-2012中SCC配合比设计采用绝对体积法，并给出了详细的计算步骤，简单易懂。CECS 203-2006给出了单位体积用水量、水粉比、单位体积粉体量、单位体积浆体量、含气量等关键参数的取值范围，对配合比设计的经验要求较高，用水量、水粉比、含气量均需依据经验选择，所以CECS 203-2006更适用于计算结果的复核。设计时可以采用一种方法为主，然后相互借鉴、验证或比较。本文以JGJ/T 283-2012的设计方法为主，借鉴 JGJ 55-2001［4］，并采用 CECS 203-2006验证计算结果。

2.2 C50自密实混凝土中砂的用量

砂率是影响混凝土工作性的主要原因，选择一个最佳的砂率会大大提高自密实混凝土的流动性、粘聚性以及保水性，自密实混凝土砂率一般较普通混凝土高，且不低于45%。

JGJ/T 283-2012推荐砂浆中砂的体积分数为0.42～0.45，对第二届全国大学生混凝土材料设计大赛中实测28 d强度不小于47.5 MPa的60组C40 SCC配合比进行分析，砂的体积分数可在0.42～0.48之间［5］。在21组新拌混凝土性能良好，无离析、泌水的配合比中，18个组的砂的体积分数在0.44～0.48之间，详见表1;在砂的体积分数小于0.44的15组配合比中，12个组的新拌混凝土出现离析、泌水、堆台、非圆角等现象，详见表2。在试验过程中发现，砂的体积分数较小，容易出现离析、泌水现象。所以砂的体积分数可取大一些，建议取0.44～0.48，这样可保证SCC拌合物的粘聚性和保水性良好，若试配得到的SCC拌合物性能不符合要求，可仅调整减水剂的量来改善其性能，不必对配合比进行大幅度的调整，从而减少试拌次数。

表1 新拌混凝土性能良好的设计配合比及其性能［5］

2.3 JGJ/T 283-2012中自密实混凝土计算配合比的具体设计步骤

1)根据结构物的结构形状、尺寸、配筋状态等选用自密实性能等级。一般的钢筋混凝土结构物及构件可采用自密实性能等级二级。根据每立方米混凝土中粗骨料的体积和表观密度确定其质量。2)总体积1减去粗骨料体积即砂浆体积。选定砂的体积分数，再根据砂的表观密度得砂的质量。3)砂浆体积减去砂的体积即浆体体积。根据矿物掺合料计算胶凝材料表观密度ρb，矿物掺合料掺量越多，胶凝材料表观密度越小。

其中，ρm为矿物掺合料表观密度;ρc为水泥表观密度;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，%。4)按JGJ 55-2001相关规定计算SCC配置强度fcu，0，并计算水胶比，其值宜小于0.45。其中，mw/mb为水胶比;fce为水泥的28 d实测抗压强度，如无实测值，一般取强度等级对应值乘以富余系数1.1;γ为矿物掺合料的胶凝系数，对于粉煤灰(β≤0.3)可取 0.4、矿渣微粉(β≤0.4)可取 0.9，可见降低粉煤灰的质量分数，可增大水胶比。5)根据浆体体积、胶凝材料表观密度、水胶比等参数，扣除含气量，计算可得单位用水量、胶凝材料总量和各种胶凝材料分量，其中胶凝材料总量宜控制在400 kg/m3～550 kg/m3。当骨料的含泥量超出规范允许值(粗骨料＞1.0%;细骨料＞3.0%)时，应从胶凝材料总量中扣除含泥量;当骨料含水量超出规范允许值(粗骨料＞0.2%;细骨料＞0.5%)时，应扣除砂石中的含水量。6)根据试验和胶凝材料总量，选择外加剂品种并计算用量。

表2 砂的体积分数小于0.44的设计配合比及其性能［5］

2.4 CECS 203-2006中各关键参数的取值范围

1)单位体积用水量宜为155 kg～180 kg。2)水粉比按体积比宜取0.80～1.15。3)单位体积粉体量宜为 0.16 m3～0.23 m3。4)SCC 单位体积浆体量宜为0.32 m3～0.40 m3。

2.5 试验配合比的确定

试验室配合比根据JGJ/T 283-2012自密实混凝土应用技术规程及自密实混凝土拌合物的工作性能进行调整。

3 C50自密实混凝土配合比试验研究

3.1 拌和方法和测试内容

1)混凝土人工拌和。混凝土搅拌采用人工拌和，每次搅拌体积为15 L。拌和时先将拌板和拌铲润湿，依次放上称量好的砂、水泥、粉煤灰、矿渣微粉，用铲自拌板一端翻拌至另一端，重复至颜色均匀，再加上石子，翻拌至混合均匀。将干混合物堆成堆，中间作一凹槽，倒入2/3拌和用水，仔细翻拌，然后将液态减水剂与水混合，逐步加入全部用水，继续拌和。

2)新拌C50自密实混凝土和易性及自密实性能测试。新拌自密实混凝土要求具有高流动性、良好的粘聚性和保水性、填充性、间隙通过性和抗离析性。坍落扩展度试验和扩展时间T500可以评价新拌自密实混凝土的流动性、填充性及离析性;进行坍落扩展度试验的同时可以观察C50 SCC的粘聚性和保水性。坍落度筒提起后如有较多的稀浆从底部析出，混凝土也因失浆而骨料外露，则表明拌合物的保水性不好;J环扩展度试验用于测试C50 SCC的间隙通过性。将坍落扩展度试验和J环扩展度试验结合，可以很好地评价新拌C50 SCC的性能。

3.2 试验结果

C50 SCC配合比计算:按照2.3 SCC的计算配合比设计步骤，1 m3SCC中粗骨料绝对体积用量取0.32 m3，砂的体积分数按照2.2的推荐值结合试验经验取0.47，粉煤灰的掺量为胶凝材料总量的15%，矿渣微粉的掺量为胶凝材料总量的25%，减水剂掺量为胶凝材料总量的1.4%。经计算，可得C50 SCC计算配合比见表3。用以上配合比进行C50 SCC拌合物性能测试，发现流动性和间隙通过性不良。将计算配合比进行调整，只调整聚羧酸高效减水剂的用量，使其掺量为胶凝材料总量的1.6%，即每立方米掺量为7.92 kg。调整后的各个参数见表4，可见各项指标均符合CECS 203-2006的要求，调整后的拌合物在试验时无离析、无泌水，中央无堆台，工作性能指标见表5。

表3 C50自密实混凝土计算配合比 kg/m3

表4 调整后的配合比参数

表5 试验结果

4 试验结果分析

由表5知，调整后的新拌混凝土拌合物的坍落扩展度在660 mm～755 mm之间;扩展时间T500在2 s～10 s之间;坍落扩展度与J环扩展度差值PA在0 mm～25 mm之间。以上性能指标均符合JGJ/T 283-2012的规定，所以所配置的C50 SCC工作性能满足要求。且混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值为计算值的1.1%，不超过2%，表明按上述方法确定的配合比为设计配合比。上述配合比的混凝土单方价格为324元/m3，且自密实混凝土无需振捣，可减少施工工序，加快施工进度，缩短施工工期，节省了人工、机械、电能，因此其潜在的综合经济效益是可观的。

5 结语

1)进行自密实混凝土配合比设计时，可以JGJ/T 283-2012的设计方法为主，并采用CECS 203-2006验证计算结果。2)当砂的体积分数取值在0.42～0.48之间偏大时，可仅通过调整减水剂的用量来改善C50 SCC拌合物的工作性，减少试拌次数。3)针对本试验所用材料，砂的体积分数取0.47，采用上述基准配合比时，C50自密实混凝土能达到较好的性能。4)按上述配合比配制的C50自密实混凝土具有可观的综合经济效益。

［1］JGJ/T 283-2012，自密实混凝土应用技术规程［S］.

［2］CECS 203-2006，自密实混凝土应用技术规程［S］.

［3］CECS 02-2004，自密实混凝土设计与施工指南［S］.

［4］JGJ 55-2011，普通混凝土配合比设计规程［S］.

［5］庞超明，张 萍，秦鸿根，等.自密实混凝土配合比设计方法探讨［J］.高等建筑教育，2013，22(3):132-138.

［6］范 萍.C50自密实混凝土配制［J］.福建建材，2009(2):31-32.

［7］王海娜，王科元，金南国.C35，C50自密实混凝土配合比研究［J］.混凝土，2010(7):104-105，109.

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