自密实混凝土配合比的设计研究

常中飞

（中国水利水电第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310000）

工程概况及设计要求，某核电一期由于采用模块化施工，每个辅助厂房和反应堆厂房模块的高度达15m左右，且配筋密集，正常的振捣无法进行。因此设计采用强度等级C35，C50，骨料粒径4.75～9.5mm，扩展度610土 50mm，含气量6±1.5%，满足中度暴露的要求，VSIW1的自密实混凝土进行施工。

1 原材料选择与技术指标

1）水泥：P.II42.5级硅酸盐水泥，3d水化热201kJ/kg，7d水化热289kJ/kg，碱含量0.5%，配置自密实混凝土应优先选用C3A，碱含 量，标准稠度用水量低的水泥，水泥最主要的是使用前应进行水泥与外加剂的匹配性试验。

2）粉煤灰：II级粉煤灰，烧失量2.7%，需水量比96%。粉煤灰具有 “活性效应”“界面效应” “减水效应”1.3磨细矿渣：比表面积424m2/kg，需水量比99%，28d活性指数118%。

3）砂：细度模数为2.7，低于0.135mm的比例＞15%。由于自密实混凝土的砂所占的体积很大，宜采用中砂。

4）碎石：4.75 ～9.5mm，碎石经检验无潜在碱骨料反应；颗粒级配良好；针片状含量为4%；含泥量0.2%，泥块含量0.1%。碎石的粒形很重要，粒径过大、针片状过多会导致间隙通过时堵塞。

5）外加剂：聚梭酸类高效减水剂，ZWL-A-IX引气减水剂，ZWL-A-IX减水剂，减水率23%，28d抗压强度比115%。自密实对外加剂的主要要求包括：与水泥的相容性好；减水率大；缓凝、保塑。

2 设计原则和步骤

1）与普通混凝土相比，自密实混凝土的关键是在新拌阶段能够依靠自重作用充模、密实，而不需额外的人工振捣，也就是所谓的自密实性它包括流动性或填充性、间隙通过性以及抗离析性3个方面的内容。自密实混凝土是指通过外加剂、胶凝材料、粗细骨料的选择和精心的配合比设计，将混凝土的屈服应力减小到足以被因自 重产生的剪应力克服，使混凝土的流动性增大，同时具有足够的塑性粘度，令骨料悬浮于水泥浆体中，不出现泌水和离析现象，能自由流淌并充分填充模板内的空间，形成密实且均匀的胶凝结构。根据控制泌水和离析的方式，自密实混凝土大致分为两种：一、高粉体含量的自密实混凝土；二、掺加黏性改善剂 （VMA）如文莱粉，水解淀粉，硅粉等的自密实混凝土。

2）考虑到搅拌站生产如加入黏性控制剂需要额外的质量控制要求，所以采用第一种方法来配置。通过单掺粉煤灰，单掺磨细矿渣，双掺粉煤灰和磨细矿渣的试验进行对比，确认符合设计要求的、性能最佳的自密实混凝土配合比。由于自密实混凝土为高流态混凝土，不宜使用单一方法进行判定，在试验中综合采用以下方法来进行自密实混凝土性能的判定。

3）自密实混凝土的配合比设计釆用绝对体积法。

4）首先根据实际要求的混凝土强度等级和耐久性的要求选择合适的水灰比，根据外加剂的性能进行 试验确定用水量，然后计算出胶凝材料用量。

5）根据相关文献自密实混凝土的粉体量为160L～240L才能达到自密实的效果。在设计过程中，计算出粉体 量，如不符合160L-240L的要求，把粉煤灰或磨细矿渣当填充料以确保混凝土的粉体量。

6）设定粗骨料所占的体积，1m3减去粗骨料，水，粉体的体积即为砂的体积。

7）至此得出所有原材料的用量。试拌，检测混土的流动性或填充性，间隙通过率，抗离析性。主要测 试方法如下：

3 主要性能测试方法

3.1 测试坍落扩展度及T50时间

坍落扩展度测试是一种基于坍落度测试来评价无障碍条件下自密实混凝土在水平面上自由流动能力的方法。测试过程简单快速，适合试验室和现场，测得的坍落扩展度越大，其流动能力和充填能力越好。另外，通过测定T50（即从试验开始到坍落扩展度到平均为500mm时的时间）来评价自密实混凝土的充填 能力，对特定新拌自密实混凝土，T50越小，充填能力越好。

3.2 VSI（视觉稳定指数）

VSI数值 标准0=高稳定 无任何离析或泌水1=稳定 无离析或泌水形成的混凝土外围光环2=不稳定 混凝土外围形成的浆体光环小于10mm，中心骨料有轻微堆积3=非常不稳定 混凝土外围形成浆体光环大于10mm，中心骨料大量堆积

在坍落扩展度测试的基础上，美国 ASTMC1611/C1611M标准还介绍了视觉观察的方法，对测试完扩展度的混凝土的外围进行观测。不过这种方法带有很大的主观性，不能作为最终判定混凝土性能的标准。

3.3 U型箱法

U型箱检测：用来测定自密实混凝土拌合物的间隙通过能力。分为A型和B型两种，由两个箱体合并而成，中间开口处布置隔栅型障碍，并用活动门隔开两个空间，先关闭活动门，用自密实混凝土拌合物将A 室浇满，静置1min后迅速地将间隔门向上拉起，混凝 土边通过隔栅型障碍边向B室流动，直至流动停止为止，以钢制卷尺量测B室混凝土填充的高度 （测量时应沿容器宽的方向量取两端及中央等三个位置的填 充高度，取其平均值），计算A，B的高度差，当差值≤30mm，表明其间隙通过能力越好。

4 试验及性能测试

在试验过程中，首先对含气量对混凝土性能的影响进行了试验。

4.1 引气剂的加入对混凝土性能的影响

1 2 3 4 5 6 7 8水 175 175 175 175 175 175 170 170水泥 255 255 280 280 328 328 415 415粉煤灰 87 87 87 87 87 87 87 87砂 790 790 771 771 738 738 657 657碎石 1070 1070 1066 1066 1062 1062 1072 1072引气减水剂 / 2.56 / 2.75 / 3.11 / 3.77减水剂 3.25 / 3.50 / 3.52 / 4.26 /坍落度 （mm） 120 170 125 185 150 185 175 205含气量（%） 1.1 5.2 1.5 5.0 1.7 4.8 1.5 5.2 28d强度（MPa） 42.1 35.4 44.7 39.3 50.2 45.5 69.7 62.1 VSI 2 1 1 0 1 0 0 0

由上述数据可以看出，引气剂的加入对混凝土的流动性、粘聚性有很大的改善，特别是对低强混凝土。但气泡的引入对混凝土的抗压强度的下降也是很明显的。

4.2 单掺粉煤灰

粉煤灰的加入，大大改善了混凝土混凝土的流动性和粘聚性，但当胶凝材料超过550kg/m3后，加大粉煤灰的掺量（超过30%），将导致混凝土的黏性过大，间隙通过是很容易堵塞，配制高强自密实混凝土时，不宜单掺粉煤灰。

1 2 3 4 5 6 7 8水 195 195 195 195 195 195 195 195水泥 300 300 345 345 395 418 486 525粉煤灰 162 200 186 230 169 125 125 125砂908 850 807 765 780 781 739 725

碎石 771 782 804 793 809 843 830 812引气减水剂 3.70 4.00 4.25 4.60 4.51 4.34 4.89 5.20含气量（%） 6.1 6.9 7.3 6.2 6.7 6.3 7.1 8.2坍落扩展度（mm） 505 605 675 635 655 655 645 605 J环扩展度（mm） 485 565 645 615 585 615 625 575 U型箱咼度差（mm） 35 15 25 45 55 25 30 25 T50（S） 10 7 6 8 6 4 4 5 28d强度（MPa） 31.6 38.4 42.1 50.8 55.6 47.3 56.1 59.1 VSI 1 0 0 0 0 0 0 0

4.3 单掺磨细矿渣

1 2 3 4 5 6 7水190 190 190 190 185 203 190水泥 300 330 358 385 385 364 390磨细矿渣 200 220 192 165 165 233 260砂840 802 804 805 805 773 736碎石 874 869 870 872 872 855 827引气减水剂 4.00 4.40 4.40 4.68 4.68 4.78 5.20含气量 （%） 5.1 6.1 4.8 6.3 6.4 7.3 6.1坍落扩展度（mm） 590 680 670 640 640 690 660 J环扩展度（mm） 540 660 640 630 670 650 630 U型箱高度差（mm） 30 20 20 30 30 40 40 T50（S） 9 8 7 6 10 8 11 28d强度 （MPa） 37.2 48.7 52.9 56.9 57.1 55.6 56.9 VSI 1 0 2 2 1 2 0

磨细矿渣对混凝土的和易性有很大的改善，且掺量可以很高 （达到40%），有利于减少水化热。不过磨细矿渣的缺点是保水性不佳，掺量很大时，边缘泌浆比较多。

4.4 双掺磨细矿渣+粉煤灰

粉煤灰和磨细矿渣同时加入，混凝土的间隙通过率，流动性，填充性，抗离析性都良好，所以最终选 定双掺粉煤灰和磨细矿渣进行自密室混凝土的试验和生产。

1 2 3 4 5 6水195 195 195 195 195 195水泥 298 338 313 353 393 413粉煤灰 85 95 105 105 115 130磨细矿渣 80 80 100 100 100 105砂902 845 823 775 736 712碎石 797 810 820 836 827 815引气减水剂 3.84 4.36 4.30 4.63 5.00 5.40含气量 （%） 6.2 5.6 6.2 7.5 6.7 6.3坍落扩展度 （mm） 560 630 640 690 660 690 J环扩展度 （mm） 540 610 640 680 630 620 U型箱高度差（mm） 10 10 10 10 20 20 T50（S） 8 7 7 6 5 8 28d强度 （MPa） 34.2 42.6 39.9 45.9 53.5 540 VSI 0 1 0 1 0 0

5 结果分析及结论

通过上述试验结果，我们可以得岀：

1）混凝土中引入气泡，将大大改善混凝土的和易 性，减少离析和泌水，配置的混凝土很容易达到自密实混凝土所要求的性能，但引入的气泡对混凝土的强度的影响也是很大的，配置高强自密实混凝土时要特别注意。

2）单掺一种矿物外加剂，配置低强自密实混凝土是可行的，单高强自密实混凝土时，掺量过大会导致混凝土的自密实性能变差，掺量过小会导致混凝土的水 化热过大，所以配置自密实混凝土时，应优先选用矿物外加剂的复合釆用。