C30机制砂自密实混凝土的配合比优化研究

2020-09-14马冬哲

山西建筑 2020年18期

马冬哲

(北方工业大学土木工程学院，北京 100144)

0 引言

自密实混凝土(Self-Compacting Concrete,SCC)具有很高的流动性、匀质性和钢筋穿透性能，工作性能强于普通混凝土，在实际工程中有巨大的应用[1,2]。自密实混凝土往往采用天然砂作为细骨料，随着天然砂的匮乏，越来越多的工程开始使用机制砂，可以解决资源短缺问题。机制砂石粉含量高、级配较差、细度模数偏大，导致机制砂自密实混凝土稳定性较差，对自密实混凝土的工作性能有较大的影响。因此优化配合比，降低混凝土的造价和选材要求，改善机制砂自密实混凝土的工作性能是一个非常重要的问题[3]。混凝土的工作性能通常采用坍落扩展度、V漏斗、L形箱试验来共同评价[4]。通过本次试验，在满足混凝土工作性能和强度要求的前提下，降低自密实混凝土的材料成本，降低工程造价[5]。

1 试验概况

1.1 试验原材料

试验采用P.O42.5级水泥，密度为3.27 g/cm3；Ⅰ级粉煤灰密度为2.41 g/cm3，Ⅱ级粉煤灰密度为2.33 g/cm3；细骨料采用机制砂，细度模数为2.42，属于Ⅱ区中砂，表观密度为2.54 g/cm3，石粉含量为9.3%，石粉密度为2.5 g/cm3；粗骨料级配为粒径5 mm～10 mm掺量60%，粒径10 mm～19 mm掺量40%，混合石子表观密度为2.78 g/cm3，堆积密度为1.53 g/cm3；减水剂采用聚羧酸高效减水剂，减水剂与保塑剂的比例为1∶4。其中各原材料的成本如表1所示。

表1 混凝土各原材料成本元/t

1.2 机制砂SCC工作性能试验

SCC研究的重点之一就是保证SCC拌合物的工作性能，国内外开发的许多测试方法中，通常采用坍落扩展度与V漏洞试验、L形箱，我国协会标准中对SCC的工作性能评价指标如表2所示[6]。

表2 机制砂自密实混凝土工作性能评价指标

1.3 机制砂自密实混凝土配合比

采用基于净浆流变阈值理论的自密实混凝土配合比设计方法，混凝土配合比见表3，其中水粉比为水与粉体材料的体积比；砂率为砂与砂浆的体积比；粉煤灰掺量指的是胶凝材料体积不变的前提下，粉煤灰与胶凝材料的体积比。

表3 机制砂自密实混凝土配合比(一)

对本组机制砂自密实混凝土进行坍落扩展度、V漏斗、L形箱、扩展度经时损失、强度检测试验，其工作性能参数和强度如表4所示。

表4 机制砂自密实混凝土工作性能和强度(一)

结合表1的混凝土原材料成本，经过计算，按照此配合比进行试配，一方混凝土的价格为369元，其扩展度、0.5 h扩展度损失、L形箱比例、V漏斗时间均满足工作性能评价指标。28 d强度为43.8 MPa，强度偏高，进一步优化考虑增加石子掺量[7]，可以降低胶凝材料的用量。

2 配合比优化

本次试验的目的是在满足混凝土工作性能评价指标和强度的需求下，优化混凝土的配合比，降低每方混凝土的成本，将试验编号1中的石子掺量由300 L/方增加到330 L/方，其余各参数保持不变，优化后的机制砂自密实混凝土配合比如表5所示，试验参数如表6所示。

表5 机制砂自密实混凝土配合比(二)

表6 机制砂自密实混凝土工作性能和强度(二)

经过计算，第2组混凝土的成本为364元/方，相较于第1组，每方混凝土节省了5元，且有效降低了强度，满足C30混凝土的强度要求。第2组混凝土的流动性能降低，但是满足机制砂自密实混凝土的工作性能评价指标。V漏斗时间较长，混凝土的匀质性较差，考虑将石子级配由小石子∶中石子=6∶4调整为小石子∶中石子=4∶6，同时将Ⅰ级粉煤灰替换为Ⅱ级粉煤灰，增加混凝土的匀质性[8]，且降低混凝土的成本。第3组混凝土的配合比如表7所示，混凝土的工作性能和强度参数如表8所示。

表7 机制砂自密实混凝土配合比(三)

表8 机制砂自密实混凝土工作性能和强度(三)

第3组混凝土的成本仅为358元，每方混凝土较第2组可以节省6元，强度略有上升，混凝土的扩展度降低，V漏斗时间减少，均满足混凝土的工作性能要求。本组混凝土的扩展度仅为620 mm，虽然满足指标要求，考虑到这一批Ⅱ级粉煤灰活性较差，吸水性比较大，导致混凝土的流动性略有降低，且保塑性能较差。将减水剂掺量增加至1.1%，增加混凝土的流动性能和保塑性能。优化后的混凝土配合比如表9所示。