自密实混凝土配合比设计探讨及应用

颜 剑 秋

(中国水利水电第八工程局有限公司科研设计院，湖南 长沙 410000)

0 引言

水工构筑物一般是大坝、引水系统、发电厂房、船闸等，大部分是大体积混凝土，某工地水处理系统，其辐流沉淀池、压滤车间、廊道及渣浆泵房结构钢筋密度大，施工复杂，混凝土方量及其浇筑难度大。据现场施工情况拟采用C25自密实混凝土浇筑，以下是其设计过程。

1 自密实混凝土性能特点

1.1 自密实混凝土具有的性能

1)填充性。自密实混凝土必须能够流动并填满模板内每个角落，无须振捣，依靠自身重量且能密实成型。

2)抗离析性。自密实混凝土在流动过程中必须保证不离析、减少泌水。

3)间隙通过性。自密实混凝土在流过密集钢筋或狭窄空间时不能产生堵塞，为此应减少粗骨料的粒径和用量，适当增大胶凝材料比例。

1.2 原材料选择

1)水泥。

选用低热硅配盐水泥，品种和选择确定于混凝土工作性、强度、耐久性等的要求，水泥用量一般为200 kg/m3～400 kg/m3，水泥用量过大会增大混凝土的收缩及开裂风险，且不经济。当水泥用量低于350 kg/m3，一般须同时使用其他粉体掺合料，胶材用量不宜超过500 kg/m3，本工程选用华新低热水泥。

2)粉煤灰。

掺加粉煤灰不但能代替部分水泥，节省工程造价，还可以降低初期水化热，减少干缩，改善新拌混凝土的和易性，增加混凝土的后期强度。本工程选用四川珙县Ⅰ级粉煤灰。

3)细骨料。

自密实混凝土的砂率一般比较高，若采用细砂，将会增大拌和物用水量，并对拌和物工作性及混凝土力学性能产生不利影响；粗砂则会降低混凝土拌和物黏聚性，流动性变差；宜选用级配良好的中砂，质地均匀洁净砂，细度模数2.3～2.8，本工程人工砂石系统生产的人工砂根据要求细度模数控制在2.5～2.7，属于级配良好的中砂。

4)粗骨料。

骨料的选择对于自密实混凝土的物理力学性能和耐久性非常重要。骨料粒径越大，混凝土抗离析性和自密实性能越差，粗骨料选用本工程大型人工砂石系统生产的人工粗骨料，粒形好，质地均匀，压碎指标小的洁净人工碎石，最大粒径为20 mm。

5)外加剂。

对外加剂的要求为：与水泥适用性好、减水率大、缓凝、保塑。该配合比拟选用龙游五强外加剂厂生产的聚羧酸高性能减水剂ZB-1C800，进厂时已进行严格检验，各项性能指标均符合要求。

2 自密实混凝土配合比初始设计

2.1 自密实混凝土性能设计要求

性能要求：SF1(扩展度550 mm～655 mm),扩展时间VS1(2 s～6 s)，障碍高差BS1(20～40),SR离析率l≤20。

设计强度等级：C25。

2.2 原材料性能

1)水泥：华新低热42.5硅酸盐水泥，28 d强度48.3 MPa,密度3.27 g/cm3；

2)粉煤灰：四川珙县Ⅰ级煤灰，密度2.52 g/cm3；

3)骨料：玄武岩生产的人工粗细骨料，粗骨料最大粒径20 mm,表观密度2.83 g/cm3，针片状含量3.2%，压碎指标6.2%。细骨料饱和面干表观密度2.81 g/cm3，细度模数2.63，0.08以下粉体含量6.0%；

4)外加剂：龙游五强聚羧酸高性能减水剂ZB-1C800，减水率28.1%，推荐掺量0.5%～0.8%。引气剂采用长安育才GB-9K，推荐掺量(0.4～1.0)1/万。

2.3 初始配合比参数计算选择

1)粗骨料最大粒径和单位体积用量。

a.粗骨料粒径据现场施工设计要求最大粒径20 mm。

b.单位体积混凝土中粗骨料体积用量按规范DL/T 5720—2015水工自密实混凝土技术规程中规定，在0.280 m3～0.350 m3,初选为0.330 m3。

2)单位体积用水量、水粉比和单位体积粉体量。

a.单位体积混凝土中用水量，骨料最大粒径为20 mm，DL/T 5720—2015水工自密实混凝土技术规程规范要求为155 kg～185 kg,初选为177 kg。

b.水粉比按体积比，宜取0.80～1.15，初选为1.06。

c.单位体积粉体量宜取0.13 m3～0.23 m3，根据单位体积用水量和水粉比计算为0.167 m3，符合范围。

3)本配合比选择含气量为3.0%。

4)自密实混凝土单位体积浆体量宜为0.29 m3～0.40 m3。计算为0.344 m3，符合范围。

5)单位体积细骨料用量。

根据单位体积粗骨料用量、用水量、粉体量、含气量确定，因细骨料中含有6%的粉体，绝对体积经计算为0.315 m3，占骨料总体积的49%，符合范围45%～55%。

6)确定单位体积胶凝材料体积用量。

单位体积胶材用量等于单位体积粉体量减去砂中所含的小于0.08以下颗料含量，计算得到为0.148 m3。

7)计算水胶比和理论单位体积水泥用量。

3 初始配合比设计中计算理论水胶比的探讨

1)DL/T 5720—2015里面理论水胶比计算使用的规范是原DL/T 5330—2005水工混凝土配合比设计规程，新规程DL/T 5330—2015已有多条款进行了修改和说明。

2)DL/T 5720—2015水工自密实混凝土技术规程规范里面使用原规范DL/T 5330—2005中的保罗密公式来计算理论水胶比，但是现行规范DL/T 5330—2015已取消了保罗密公式，并认为强度与胶水比呈非线性关系，从现行水工混凝土配合比设计的理念，还是遵循现行L/T 5330—2015水工混凝土配合比设计规程提出的设计方法和过程。

笔者认为：

1)规范DL/T 5720—2015在理论计算水胶比的选用回归系数A和B还是有很大的局限性，原规范没有低热硅酸盐水泥在不同掺合料时回归系数A和B的选择值，而现在低热水泥已广泛用于水工大体积混凝土。

2)初始水灰比选择。

依据DL/T 5330—2015水工混凝土配合比设计规程7.0.1程序进行。初始水胶比选择参照DL/T 5330—2015条文5表3。

本标段工程的保证率(P)均为95%，为此，概率度系数(t)取1.645。

C25配制强度计算为31.6 MPa，初始水灰比选择为0.45。

4 初始配合比基本参数的确定

1)根据规范DL/T 5330—2015水工混凝土配合比设计规程条文说明第5款，表3水胶比的参考范围，选择初始水胶比0.45。

2)C25配制强度计算为31.6 MPa,根据初选的用水量177 kg，计算理论水泥用量为393 kg/m3，理论单位体积粉体量0.120 m3，小于初选计算的0.148 m3。

3)当单位体积胶凝材料用量大于理论单位体积水泥用量时，通过试验建立活性掺合料体积掺量与强度的关系，再由混凝土强度确定活性掺合料体积掺量，计算出单位体积活性掺合料用量和实际单位体积水泥用量。初选煤灰体积掺量为25%,30%,35%，初始配合比基本参数确定如表1所示。

表1 初始配合比基本参数(三个不同煤灰体积掺量)

5 配合比的调整及确定原则

配合比试验通过不同的煤灰掺量，拌和物的性能状态，多次调整试验，再据28 d强度试验结果，复核得出自施工自密实混凝土配合比，表2为拌和物性能、表3为施工配合比。

表2 自密实混凝土拌和物性能

表3 自密实混凝土施工配合比

6 结语

1)施工中要注意的是自密实混凝土的流动性大，对模板的侧压力大，制定施工方案时要考虑周到，另自密实混凝土对用水量较为敏感，必须要根据粗细骨料含水状态及时检测并调整用水量，其搅拌时间相对于普通混凝土要长，拌和时间不宜小于120 s,才能保证其良好的和易性和流动性。

2)本次配合比设计试验结果，在满足自密实混凝土性能的条件下，通过调整水粉比和粉煤灰掺量来满足拌和物的性能和混凝土强度。在拌和站生产时，试验人员认真做好相关检测准备工作，严控混凝土生产拌和状态。自密实混凝土由拌和楼罐车运至浇筑点，泵车输送自然入仓，流动性好，没有进行人工振捣，拆模后混凝土表面平整、光滑、无蜂窝麻面，密实质量好。解决了钢筋密度大结构复杂的大型污水辐流池混凝土施工。混凝土取样试验一次灌注成型，混凝土28 d强度35.7 MPa。

3)水工施工混凝土配合比首先是考虑强度，通过建立强度与胶水比的关系曲线，再根据混凝土配制强度选择水灰比。而自密实混凝土其强调的是混凝土的工作性，材料体积和水粉比，采用了全新的配合比设计理念，再兼顾其强度指标。