低强度等级自密实混凝土配制研究

库热西·艾孜孜，罗志明，朱炎宁

（中建西部建设股份有限公司，新疆　乌鲁木齐　830000）

低强度等级自密实混凝土配制研究

库热西·艾孜孜，罗志明，朱炎宁

（中建西部建设股份有限公司，新疆乌鲁木齐830000）

本文针对 C30及以下低强度等级混凝土配合比设计并改进，限制最大胶凝材料用量，尤其是水泥用量，复掺活性矿物掺合料，掺入高性能减水剂提高混凝土拌合物流动性能，并复合粘度调节剂起到增加混凝土拌合物粘稠度的作用，确保混凝土拌合物粘聚性、包裹性良好，不泌水、不离析，从而配制智能动力混凝土，实现混凝土低强度自密实。

低强度等级；智能动力；粘度调节剂；流动性；粘聚性

0　引言

随着时代的进步、建筑行业的发展，建筑结构抗震性的进一步普及。如今的建（构）筑物向着超薄轻质高强的趋势发展。建筑结构配筋率的增加、钢筋间距的减小、异形构件的增加，难于施工部位的存在等因素影响下都导致了混凝土的浇注振捣难于进行或其施工质量难以保证。

智能动力混凝土（Smart Dynamic Concrete，简称 SDC）源自巴斯夫化学建材，其含义是能够借助地心引力依靠自身重力在一定的倾斜面上实现自流动[1]。智能动力混凝土和传统自密实混凝土具有许多相同的性能，但是却更加经济，因为它是专门为以 C30为代表的低强度等级混凝土而设计的，这种混凝土约占中国预拌混凝土市场的70%～80%[2]。智能动力混凝土能为年产量最高的强度等级混凝土（C30）提供易于生产、提高效率、实现市场差异化定位等附加值。总之，智能动力混凝土结合了传统振捣密实混凝土的稳定性优势和传统高胶凝材料用量自密实混凝土的流动性特点，可以简化生产，并将高度流动性混凝土的应用扩展到日常混凝土中[3]。

1　试验研究内容及试验方法

该项目运用普通硅酸盐水泥（不大于380kg/m3胶凝材料总量）、高性能减水剂和黏度改性剂、矿物掺合料和级配良好的砂石，根据不同强度等级（≤C30），不同工程要求，进行配方试验。

1.1原材选取

原材料选取：天宇华鑫 P·O42.5R 水泥，28d 实测抗压强度51.1MPa，表观密度为3100kg/m3；S95级矿粉，活性指数（3d：76%，7d：86%，28d：104%），表观密度为2830kg/m3；II 级 F 类粉煤灰，需水量比97%，活性指数（7d：81%，28d：87%），表观密度为2340kg/m3；粗骨料选用5～20mm 卵石，针片状含量为7%，表观密度为2620kg/m3；细骨料选用细度模数3.1的粗砂，含泥量不大于3%，表观密度为2580kg/m3；聚羧酸高性能减水剂，减水率不小于25%。

粘度改性剂的选取与配制：综合考虑成本及使用性能选择合成高分子类（聚丙烯酰胺 PAM）、纤维素醚类（羟乙基纤维素 HEC）[4]。

1.2研究仪器设备

HJW-60型混凝土试验用搅拌机、混凝土快速法抗冻试验机、混凝土电通量试验机、J 型环、7L 直读式精密混凝土含气量测定仪、秒表等。

1.3智能动力混凝土配合比设计

本研究参考 JGJ/T283－2012《自密实混凝土应用技术规程》设计初始配合比，选取拌合物中粗骨料体积（Vg 取0.30m3）、砂浆中砂的体积分数（Φs 取0.45m3）、矿物掺合料的比例（粉煤灰掺量：20%，矿粉掺量：30%）、计算水胶比、胶凝材料用量等参数，得出单方混凝土理论配合比用量[5]：

以确定智能动力混凝土总胶凝材料为380kg/m3对上式进行水胶比不变下的胶凝材料比例缩放得比例系数为1.18，则修正后的单方混凝土用量为：

修正后配合比如下：

式中：

mb——胶凝材料总质量，kg/m3。

mc——水泥的质量，kg/m3。

mf——粉煤灰的质量，kg/m3。

mk——矿粉的质量，kg/m3。

ms——细骨料的质量，kg/m3。

mg——粗骨料的质量，kg/m3。

mw——水的质量，kg/m3。

mca——减水剂的质量，kg/m3。

1.4智能动力混凝土配合比正交设计

在智能动力混凝土理论配合比的基础上以粘度改性剂、水胶比、细骨料的体积分数为变量进行正交设计，具体如表1所示。

表1　智能动力混凝土配合比正交设计

2　研究结果及其分析

2.1拌合物性能及力学性能试验

投料方式：依次加入骨料、胶凝材料后加入粘度改性剂、水及聚羧酸高效减水剂的混合物，搅拌3min，出料。测定混凝土拌合物的坍落度、坍落扩展度、T500流动时长、坍落扩展度与 J 环扩展度差值、离析率等与智能动力混凝土相关的性能指标。不经过振动一次性入模成型，并进行标准养护测定其力学性能（抗压强度）。具体试验结果见附表1及附表2。

结合表1、附表1、附表2、JGJ/T283—2012《自密实混凝土应用技术规程》及试验现象，可得出以下结论：掺入一定量粘度改性剂能够达到增加混凝土拌合物粘聚性的目的，同时高效减水剂的掺入是混凝土拌合物流动性及力学性能（抗压强度）的保障，一定量的含气量则能起到改善混凝土拌合物流变性能的作用，是高效减水剂的补充。

2.2耐久性能试验

2.2.1电通量试验

相比于高总胶凝材料的基准配合比，总胶凝材料相对较低的智能动力混凝土总体上电通量均较大，并有随着聚丙烯酰胺掺量的增加电通量逐渐降低的趋势。具体试验结果如表2所示。

表2　以聚丙烯酰胺为粘度改性剂的28d 电通量数据

2.2.2抗冻试验

本研究依照 GB/T50082－2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行抗冻试验。试验表明：智能动力混凝土能达到150次冻融循环，抗冻融能力不及基准配合比（F200），总胶凝材料用量少、成型未经过振捣是其抗冻融能力略低的主要因素。

3　结论

（1）在粘度改性剂0.3%、0.5% 及0.7% 的掺量范围内增稠作用随着粘度改性剂掺量的增加而增大。

（2）混凝土拌合物的坍落度处于刚好达标的分界点，是粘度改性剂、高效减水剂及砂率等各因素共同作用的结果。

（3）粘度调节剂的掺量对试件的抗压强度影响较小，但随着砂率的提高抗压强度向着降低的趋势发展。

（4）较低的粘度调节剂掺量下成型的试件边角存在孔洞现象，若有可能宜在模板边角处辅助振动模板，使混凝土充分填充密实。

（5）智能动力混凝土耐久性能（抗渗性能、抗冻性能）相比基准配合比都略差。

附表1　以聚丙烯酰胺为粘度改性剂的试验结果数据表

附表2　以羟乙基纤维素为粘度改性剂的试验结果数据

[1] 杨健英，吴慧华，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（一）[J]．混凝土，2009(10)：47-49．

[2]2013年中国各省市商品混凝土产量，中国混凝土网．

[3] 杨健英，李林，冯丘陵，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．

[4] Mario Corradi．A new Viscosity Modifying Agent (VMA)for low fines content Self-Consolidating Concrete(SCC)，Proceedings of the2nd International Symposium on design，Performance and use of Self-Consolidating Concrete SCC's2009，Rilem, Beijing, China, June2009．

[5] JGJ/T283－2012，自密实混凝土应用技术规程[S]．

［通讯地址］新疆乌鲁木齐雅山中路418号（830000）

库热西·艾孜孜（1966—），男，高级工程师，主要研究新型建材研发与安全质量管理。