低胶材在C30自密实微膨胀混凝土的应用研究

马双平，周芬，朱华雄,2，杨华,2

（1.武汉苏博新型建材有限公司，湖北　武汉　430082；2.武汉青山武钢实业浩源化工有限公司，湖北　武汉　430082； 3.武汉理工大学 材料科学与工程学院，湖北　武汉　430070）

低胶材在C30自密实微膨胀混凝土的应用研究

马双平1,2,3，周芬1，朱华雄1,2，杨华1,2

（1.武汉苏博新型建材有限公司，湖北武汉430082；2.武汉青山武钢实业浩源化工有限公司，湖北武汉430082； 3.武汉理工大学 材料科学与工程学院，湖北武汉430070）

使武汉阳逻港头桩基，参照相关标准将一定比例的聚羧酸母液及缓凝、保塑成份混合后再分别复配优选的 4 种抗离析材料进行 C30 普通低胶材自密实混凝土试验，依据试验结果及抗离析材料的成本选择了一种性价比最优的配比试配了 C30 低胶材自密实微膨胀钢管混凝土，各项性能指标均达到设计施工要求，成功应用于混凝土工程。

低胶凝材料用量；自密实混凝土；抗离析材料

0　前言

自密实混凝土（Self-Consolidation Concrete, SCC）具有良好的施工性能，常采用较多的胶材配制，当配制低强度等级自密实混凝土（也称智能动力混凝土[1]）时，过高的胶材用量虽然满足了粘聚、保水性能，但会导致混凝土成本过高[2]。因而，使用较少的胶材用量配制低强度等级自密实混凝土时，一般需要加入性能优异的抗离析材料[3]。

聚羧酸系高性能减水剂较传统的萘系及脂肪族等高效减水剂具有更高的减水率。使用其配制的混凝土拌合物的黏滞阻力小，工作性好且收缩率低，可以弥补自密实混凝土收缩大的缺陷。

基于上述分析，通过大量的试验，使用优选的抗离析材料与聚羧酸系减水剂复配，配制了低胶材自密实微膨胀混凝土，成功应用于阳逻港码头桩基结构工程。

1　工程概况

武汉阳逻港码头是国家一类开放口岸的重点建设工程，其下部桩基结构采用大直径 (1.8m)、薄壁 (14mm) 钢管混凝土结构，内填 C30 自密实微膨胀混凝土（见图 1）。混凝土技术指标除了满足常规自密实混凝土的要求外，还要满足钢管混凝土的性能要求，设计要求密闭环境下混凝土 28d 自由膨胀率为 1.0～3.0×10-4。王焕刚等人[4-5]对 C50 钢管混凝土的含气量的研究成果表明，混凝土的含气量对其膨胀率影响较大，考虑到含气量可能对膨胀性能造成不利影响及高、低强度等级混凝土的粘聚性能的差异，设计要求拌合物含气量小于 3.0%

图1　武汉阳逻港码头工程

2　原材料及试验方法

2.1原材料

水泥为P•O 42.5级水泥；细集料为天然砂，表观密度2636kg/m3，堆积密度 1629kg/m3，细度模数 2.26；粗集料为普通碎石，5～31.5mm 连续级配，最大粒径 26.8mm，表观密度 2743kg/m3，堆积密度 1580kg/m3；UEA 型膨胀剂；Ⅱ 级粉煤灰；自来水；自制醚类聚羧酸系减水剂。其中，水泥及膨胀剂的性能指标见表 1 和表 2。

表1　水泥主要性能指标

表2　膨胀剂性能指标

2.2试验方法

参照 GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》、GB/T 50081－2002《普通混凝土力学性能试验方法》、GB/T 50082－2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》等标准进行相关试验。

2.3混凝土配合比

参照 JGJ 55－2011《普通混凝土配合比设计规程》和JGJ/T 283－2012《自密实混凝土应用技术规程》相关规定，先计算出 C30 低胶材自密实微膨胀混凝土理论配合比，再通过试验验证，最终确定混凝土配合比如表 3 所示。

表3　混凝土配合比　　kg/m3

3　结果与讨论

3.1抗离析材料的溶解性

优选了 4 种能溶于聚羧酸减水剂的抗离析材料进行溶解性试验，常温下分别将其溶于水及 20% 聚羧酸减水剂溶液中，观察其溶解性。其中，易溶于水的抗离析材料先配制成水溶液后再加入到 20% 聚羧酸减水剂溶液中，难溶于水的则直接加入。结果如表 4 所示。

表4　抗离析材料的溶解性

M1、M2 两种材料在常温下的溶解度略高于表 4 中列出的数值，M3、M4 均易溶于两种溶剂，复配使用非常方便。从表 4 中列出的数值可以看出，4 种抗离析材料在水中及20% 聚羧酸减水剂溶液中的溶解性不一致。M1 难溶于水，但能溶于聚羧酸减水剂溶液；后 3 种在两种溶剂中的溶解性均较好。

3.2混凝土性能

先将一定量的缓凝、保塑成份与 20% 含量的聚羧酸母液复配，再与优选的 4 种抗离析材料分别按一定比例复配。为了降低掺量的敏感性，将减水剂稀释到 10% 含量。按表 3 列出的配合比进行了五组对比试验，结果如表 5 所示。其中，SC-1 所用的减水剂未添加抗离析材料，其余四组依次添加了4 种抗离析材料，M1～M4 添加用量分别为 0.04%，0.04%，0.6%，2.0%。

图2　拌合物工作性能

表 5　混凝土性能

由表 5 及图 2 可知，除未使用抗离析材料的混凝土拌合物 SC-1 的离析率不能满足要求外，其余几组加入了抗离析材料的离析率均较低。未加入抗离析材料的混凝土拌合物 SC-1及加入 M1 和 M2 两种抗离析材料的混凝土拌合物SC-2 和 SC-3 的坍落扩展度与 J 环扩展度的差值均达不到设计要求，加入抗离析材料 M3 和 M4 两种抗离析材料的混凝土拌合物 SC-4 和 SC-5 的工作性能得到明显改善，两组试验的各项性能指标均能满足设计要求，各项性能指标均满足JGJ/T 283－2012《自密实混凝土应用技术规程》SF1/VS1/ PA1/SR2 技术要求，所有拌合物的含气量均小于 3.0%。其中，SC-4 工作性能最好，选定该组试验所用的聚羧酸系减水剂 PC100-R-4# 在工程上应用。

4　工程应用

使用前述试验确定的聚羧酸系减水剂 PC100-R-4#，按表 3 列出的 C30 自密实微膨胀混凝土配合比进行生产，配制的 C30 自密实微膨胀钢管桩基混凝土含气量低，补偿收缩性能良好，各项工作性能和力学性能指标均能满足设计施工要求。在阳逻港码头桩基结构工程实践中一次浇筑成功（见图3）。

图3　混凝土施工图

5　结论

（1）通过试验优选了与聚羧酸减水剂相容性好的抗离析材料并成功配制了低胶材 C30 自密实微膨胀混凝土。

（2）配制的低胶材 C30 自密实微膨胀钢管桩基混凝土实际施工中各项性能指标均满足 JGJ/T 283－2012《自密实混凝土应用技术规程》SF1/VS1/PA1/SR2 技术要求，含气量满足设计要求，成功应用于武汉阳逻港码头工程。

[1] 阎培渝，阿茹罕，赵昕南．低胶凝材料用量的自密实混凝土[J]．混凝土，2011(1)：1-4.

[2] 杨健英，Dr.Bruce Christensen，李林，等．智能动力混凝土——低强度等级普通混凝土高性能化的探索与实践（二）[J]．混凝土，2009(12)；11-14.

[3] 杨健英，吴慧华，Dr.Bruce Christensen，等．智能动力混凝土——低强度等级自密实混凝土的探索与实践[J]．福建建筑，2009(12)；20-22．

[4] 王焕刚，张志刚，陈久恒．含气量对自密实微膨胀钢管混凝土的性能影响研究[J]．混凝土低碳技术与高性能混凝土——混凝土低碳技术国际学术研讨会暨第九届全国高性能混凝土学术研讨会论文选编，2010.

[5] 武金良，刘崇亮，彭艳周，等．混凝土含气量对 C50 自密实钢管砼膨胀性能的影响[J]．国外建材科技，2007(2)：21-23.

［通讯地址］湖北省武汉市青山区工人村都市工业园 B 区 8号（430082）

Study on the low binder content C30 self-compacting and micro-expansive concrete

Ma Shuangping1,2,3, Zhou Fen1, Zhu Huaxiong1,2, Yang Hua1,2
(1.Wuhan Super new building materials Co., Ltd.,Wuhan430082; 2.Wuhan iron & steel Industrial Haoyuan chemical Co., Ltd.,Wuhan430082; 3.School of materials science and engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan430070)

Two kinds of mix proportion of self-compacting with low binder content concrete which had been designed according to the relevant standards and determined by experiment. All kinds of raw materials were taken from pile foundation of Wuhan Yangluo pier. A certain percentage of polycarboxylate superplasticizer, retarder and plastic retaining agent had been mixed first, then the compound mixing with four kinds of anti-segregation materials separately were carried out the C30 self-compacting with low binder content concrete test. The optimal ratio of a cost-effective solution according to the results had been chosen to test preparation the C30 self-compacting and micro-expansion with low binder content concrete filled steel tube in which every performance indicator reached the designs and construction requirements. It was applied successfully in the project.

low content of cementitious materials; self-compacting concrete; anti-segregation materials

马双平（1975－），男，工程师，博士在读，主要从事混凝土外加剂与水泥基材料的研究。