自密实混凝土配合比设计要点分析

■许睦晖

(厦门合诚工程检测有限公司，厦门 361027)

1 引言

自密实混凝土(简称SCC)是指在自身重力作用下，能够流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好均质性，并且不需要附加振动的混凝土。自密实混凝土具备高流动性、高粘聚性、高保水性，以及较好的耐久性能。 自密实混凝土具有施工快速、降低成本、减少噪声等特点，可以满足特殊部位施工需要，如钢筋密集、截面复杂等部位。自密实混凝土从推出到现在的普遍应用产生了很多种配合比设计方法，推出了一些新设计参数如浆骨比的控制， 也增加了一些新的检测参数如扩展度、T500 等质量控制指标。 住建部于2012 年发布的《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T 283-2012 对自密实混凝土配合比设计方法进行了规定，但因其设计过程复杂，参数选择约定模糊而没有受到较好的应用。有些教科书推出的配合比设计方法因其过于理论化，在实际拌制混凝土后产生的偏差较大。 本文依据多年的检测工作经验，总结了自密实混凝土配合比设计过程中应关注的主要因素，提出了在配合比设计过程中各参数选择应注意的要点。

2 影响自密实混凝土性能的因素

自密实混凝土的配合比设计需要充分考虑自密实混凝土流动性、抗离析性、自填充性、浆体用量和体积稳定性之间的相互关系及其矛盾， 原材料及其用量是影响其性能的主要因素。 自密实混凝土所用原材料与普通混凝土基本相同， 主要包括水泥和矿物掺合料组成的胶凝材料、粗细骨料、外加剂、水，每种材料的选择和用量对自密实混凝土配合比设计都有极大的影响。

2.1 骨料的影响

骨料在混凝土中起着骨架作用，要保持高流动性，需要骨料的颗粒之间保持较好地镶嵌和润滑， 因此粗骨料宜采用形状较圆、棱角较少的连续级配碎石；由于粒径过大不易产生滚动，故粗骨料最大粒径不宜超过20mm。 细骨料起着填充碎石的作用，采用细度模数为2.5～2.9 的II区中砂，易与碎石搭配成良好的骨架；如采用机制砂为细骨料， 应注意机制砂中的石粉含量对混凝土工作性能的影响，当石粉含量较大时，添加的高性能减水剂应提高掺量，机制砂细度模数宜控制在2.5 左右，确保自密实混凝土的润滑性。

2.2 水泥和矿物掺合料的影响

水泥的细度对混凝土的用水量有较大的影响， 理论上水泥越细需水量就越大， 水化充分有利于混凝土的粘聚性和强度，但是并非越细越好，自密实混凝土要求水泥的细度以及熟料中石膏和矿物质的掺量要控制在合理的范围内，使混凝土的保塌性能达到设计施工要求。

矿物掺合料的种类和掺量对混凝土的流变性和触变性有较大的影响。粉煤灰具有“玻璃微珠”效应，具有良好的润滑作用， 掺加适量的粉煤灰可以降低混凝土的剪切应力和塑性粘度，从而改善SCC 拌合物的流变性。 矿渣粉SiO2含量较高，能有效提升混凝土的强度；当矿渣粉的比表面积达到400m2/kg 时，其活性得到充分的发挥，加入适量高级别的矿渣粉， 能有效改善混凝土的力学性能和耐久性能。

2.3 外加剂的影响

自密实混凝土对外加剂的选择要求比较高， 宜采用高性能减水剂，聚羧酸类减水剂作为第三代减水剂，有其突出的特点：低掺量高性能、流动性保持优异、可适应的原材料范围广泛、性能的可设计性强、提高混凝土制品和构件的质量、 可根据混凝土的特点生产系列化产品及绿色环保无污染等。 虽然聚羧酸减水剂与原材料的适应性好，但也不是意味着完全适应，也要考虑匹配度的问题。不同种类的聚羧酸类减水剂与水泥匹配的问题， 需通过配合比试验，检测拌合物的工作性能，分析出现异常的原因并及时调整减水剂或水泥的品种。

3 配合比设计与试验结果分析

考虑到前面所述的影响因素， 本文收集整理了近年开展自密实混凝土配合比设计的试验结果进行分析，对自密实混凝土配合比设计应注意的要点进行了总结。

3.1 粗骨料种类、砂率及水灰比变化对混凝土性能的影响

本次配合比设计使用材料： 海螺P.O42.5R 水泥，漳州后石电厂II 级粉煤灰，日照京华S95 矿渣粉，厦门宏发缓凝型聚羧酸高性能减水剂，细度模数为2.7 中砂，粗集料分别采用反击破碎石和鄂破碎石进行对比， 并在不同砂率和不同水灰比下进行对比，试验数据见表1：

表1 C35、C40 自密实混凝土配合比试验结果

由表1 可知：

(1)碎石种类的影响：采用鄂破碎石与反击破碎石的混凝土对比， 混凝土拌合物扩展度变化范围为45mm～60mm，T500 变化范围为1.8s～5s， 强度的变化值不明显，由此可见碎石的形状对混凝土拌合物填充性和间隙通过性有较大影响，自密实混凝土宜采用反击破碎石。

(2)砂率的影响：砂率在下限与中上限时混凝土的对比， 混凝土拌合物扩展度变化范围为50mm～60mm，T500变化范围为2.0s～3.4s，7d 强度的变化范围为1.6MPa～2.6MPa，28d 强度的变化范围为2.5MPa～3.2MPa。 由此可见采用中上限的砂率能提升自密实混凝土拌和物的填充性、间隙通过性，从而提高混凝土强度。

(3)水灰比的影响：在不改变其他参数选择的前提下降低水灰比，扩展度降低、T500 增大，说明其填充性和间隙通过性在下降，而强度的提升并不明显，因此对高标号自密实混凝土不能单纯的降低水灰比，还要结合其他因素。

3.2 细骨料种类变化对外加剂掺量和用水量的影响

本次配合比设计使用材料： 海螺P.O42.5R 水泥，漳州后石电厂II 级粉煤灰，日照京华S95 矿渣粉，厦门宏发缓凝型聚羧酸高性能减水剂， 用细度模数为2.7 的河砂与细度模数2.8 的机制砂进行对比， 并根据试验数据调整外加剂掺量和水用量，试验数据见表2：

表2 C40、C50 自密实混凝土配合比试验结果

由表2 可知：

(1)当砂种类由河砂变成机制砂时，外加剂掺量必须提高， 且提高的幅度要根据试拌过程混凝土拌合物性能的检测结果进行调整。 水灰比为0.34 的配合比外加剂掺量需提高0.4%，水灰比为0.31 的配合比外加剂掺量需提高0.7%，才能达到使用河砂配合比的填充性和间隙通过性的水平。

(2)采用低水灰比时，适当增加外加剂的掺量可以降低混凝土的粘性，提高填充性和间隙通过性。水灰比0.31比0.34 同等条件下外加剂掺量增大了0.2%～0.5%， 其试验结果表明拌合物性能相近。

(3)使用机制砂的混凝土外加剂掺量有其上限，到一定程度并不利于混凝土拌合物性能， 此时应该调整浆体体积，提高浆骨比。表中所示两种水灰比通过增加5kg 的水提高了浆骨比，使扩展度增大60mm，T500分别下降4.1s和3.7s，强度增加值也比较明显。

3.3 掺合料的变化对混凝土性能影响

本次配合比设计使用材料： 海螺P.O42.5R 水泥，漳州后石电厂II 级粉煤灰，日照京华S95 矿渣粉，长安育才缓凝型聚羧酸高性能减水剂， 采用掺合料单掺和双掺的设计方法，用细度模数为2.7 的河砂与细度模数2.8 的机制砂进行对比，试验数据见表3：

表3 C50 自密实混凝土配合比试验结果

由表3 可知：

(1)双掺技术的混凝土扩展度较大，T500 较小，强度较大，说明双掺混凝土填充性、间隙通过性和强度均优于单掺的，因此自密实混凝土宜采用双掺技术。

(2)机制砂混凝土扩展度大于河砂混凝土，但T500 较大，强度也较小，说明机制砂混凝土填充性较好，但间隙通过性较差。

(3)混凝土的强度不仅仅是由浆骨比决定，高浆骨比并不意味着高强度。

4 结论

综上所述，自密实混凝土配合比设计时，应注意掌握以下要点：

(1)粗骨料宜采用形状较圆、棱角较少的5～20mm 连续级配碎石；

(2)砂率的选择对拌合料性能影响很大，在规定范围内尽量选择中上限；

(3)合理采用机制砂，并且适当提高减水剂的掺量可以提升自密实混凝土的各项性能；

(4)设计高标号自密实混凝土时不能单纯地降低水灰比，应当通过增加水量，提高减水剂掺量等方法提高水泥浆比例，从而提升混凝土的流动性；

(5)条件允许的前提下尽量采用双掺或多掺的方法进行配合比设计，这样可以提升混凝土的各项性能。

自密实混凝土的拌合性能对其应用有较大影响，在配合比设计过程中应结合拌合物性能检测结果及时调整各种原材料的用量， 拌合物性能应充分考虑填充性和间隙通过性，通过调整混凝土的用水量、外加剂掺量、掺合料的选择和掺量、粗细骨料和砂率的选择、浆骨比等方式进行，不能生搬硬套既有的公式。发现混凝土异常时可以多方法结合处理，不要单一调整某个材料用量，找到所使用材料的匹配性再进行配合比设计与调整， 这样调整出来的自密实混凝土配合比既经济又可靠。