淺談自密實混凝土配合比計算方法

王立保 郭棟 楊靜

1 自密實混凝土配合比特點

自密實混凝土的配合比應(yīng)滿足拌合物施工性能的要求。因此,與相同強度等級的普通混凝土相比,有較大的漿骨比;砂率較大;細(xì)摻料總量大的特點。自密實混凝土配合比的確定是以上各參數(shù)和新拌自密實混凝土工作性、硬化混凝土力學(xué)性能和耐久性等諸性能間矛盾的統(tǒng)一。粗骨料用量多時,流動性大,而抗離析性很難滿足要求,砂率大,有利于施工性而不利于彈性模量;水膠比大,有利于流動性,而不利于強度和耐久性等等。因此,與普通混凝土配合比設(shè)計不同的是,需要根據(jù)上述矛盾的統(tǒng)一,確定粗細(xì)骨料的最合適用量。

2 自密實混凝土配合比計算方法

2.1 全計算法及其特點

全計算法通過建立普遍適用的混凝土體積模型,經(jīng)推導(dǎo)得出高性能混凝土單方用水量(kg/m3)和砂率 SP(%)的計算公式。這兩個公式結(jié)合傳統(tǒng)的水灰比定則,同時在此基礎(chǔ)上通過復(fù)合超塑化劑配方的設(shè)計,求出外加劑的摻量,即可定量確定混凝土各組成材料用量,實現(xiàn)高性能混凝土的全計算配合比設(shè)計。

實踐證明,全計算法可以用于大多數(shù)高性能混凝土的配合比設(shè)計,但用于自密實混凝土配合比設(shè)計時,存在一定的缺陷。

由于自密實混凝土對流變性能要求很高,使得自密實混凝土配合比中應(yīng)當(dāng)有較小的粗骨料體積含量和足夠的砂漿,全計算法的漿骨比不能滿足要求。全計算法算得的砂率隨用水量的降低而降低,當(dāng)強度等級高于C30時砂率偏小,石子的松堆體積偏大,導(dǎo)致漿體含量較少。

2.2 固定砂石體積法及其特點

固定砂石體積含量計算法是根據(jù)高流動自密實混凝土流動性及抗離析性和配合比因素之間的平衡關(guān)系,在試驗研究的基礎(chǔ)上得到的一種能較好適用高流動自密實混凝土的特點和要求的配合比計算方法。這種方法日本預(yù)拌混凝土聯(lián)合會和吳中偉院士都作過介紹。

主要計算步驟如下:

1)設(shè)定每立方米混凝土中石子的松堆體積為0.5 m3～0.55 m3,得到石子用量和砂漿用量;2)設(shè)定砂漿中砂體積含量為0.42～0.44,得到砂用量和漿體含量;3)根據(jù)水膠比和膠凝材料中的摻合料比例計算得到用水量和膠凝材料總量。最后由膠凝材料總量計算出水泥和摻合料各自的用量。

3 固定砂石體積含量法算例

3.1 計算步驟

1)設(shè)每立方米混凝土中石子松堆體積(VOG=0.5 m3～0.55 m3),根據(jù)石子堆積密度(ρOG)計算每立方米混凝土石子用量:

2)根據(jù)石子表觀密度(ρG)計算每立方米混凝土中石子密實體積(VG),由1 m3混凝土密實體積減去石子密實體積,得到砂漿密實體積(Vm):

3)設(shè)砂漿中砂體積含量為0.42～0.44,根據(jù)砂漿密實體積和砂在砂漿中體積含量計算砂的密實體積(VS):

4)根據(jù)砂密實體積和砂表觀密度(ρS)計算每立方米混凝土中砂子的用量:

5)從砂漿密實體積中(Vm)減去砂密實體積(VS),得到膠凝材料漿體密實體積(VP):

6)根據(jù)混凝土設(shè)計強度等級,用強度—水膠比公式計算水膠比(W/B),再根據(jù)經(jīng)驗估算調(diào)整水膠比(W/B):

其中,A,B均為回歸系數(shù),分別為0.46,0.07。

7)設(shè)摻合料在膠凝材料中的體積含量 VF(%),根據(jù)摻合料和水泥的體積比及其各自的表觀密度計算出膠凝材料的表觀密度(ρB):

8)由膠凝材料的表觀密度(ρB)、水膠比(W/B),計算水和膠凝材料的體積比(VW/VB),再根據(jù)膠凝材料漿體積(VP=Vm-VS=VB+VW)分別求出膠凝材料和水的體積(VB,VW),再根據(jù)各自的表觀密度分別計算膠凝材料總量(B)和水(W)的用量:

9)根據(jù)膠凝材料中摻合料的體積含量(根據(jù)國外資料和相關(guān)試驗數(shù)據(jù)宜選用30%～60%),分別求出每立方米混凝土中摻合料和水泥的用量。

3.2 計算配合比

按照上述計算方法,設(shè)計強度C25強度等級的自密實混凝土配合比經(jīng)過計算如表1所示。

表1 SCC25混凝土計算配合比(kg/m3,粉煤灰摻量35%)

4 實驗結(jié)果

根據(jù)上述配合比,按照《自密實混凝土規(guī)程》在實驗室條件下進行自密實混凝土試配。采用普通42.5水泥,中砂,連續(xù)級配的碎石,適當(dāng)添加外加劑,試驗結(jié)果見表2。

實驗過程中,混凝土拌合物初始有少量泌水和氣泡,60 min后泌水和氣泡均消失,表明滿足工作性能。將混凝土拌合物成型混凝土試塊,放入養(yǎng)護室進行養(yǎng)護,測得7 d強度為28.1 M Pa,28 d強度為33.7 MPa,滿足強度要求。

表2 水膠比變化對SCC25混凝土拌合物工作性的影響 mm

5 結(jié)語

固定砂石體積含量計算法計算過程簡單,計算配合比能夠滿足自密實混凝土的工作性能要求和強度要求,是一種比較可靠的自密實混凝土配合比計算方法。

[1] 廉慧珍,張 青,張耀凱,等.國內(nèi)外自密實高性能混凝土研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].施工技術(shù),1999,28(5):1-3.

[2] 周 虎,安雪暉,金 峰,等.低水泥用量自密實混凝土配合比設(shè)計試驗研究[J].混凝土,2005(1):20-23.

[3] 范志宏,蘇達(dá)根.自密實混凝土配合比設(shè)計方法研究[J].水運工程,2004(2):37-38.

[4] 劉成剛.粉煤灰對自密實混凝土性能影響的研究[J].山西建筑,2008,34(18):171-172.