高強(qiáng)度自密實(shí)混凝土配制試驗(yàn)

自密實(shí)混凝土也稱免振搗或自流平混凝土。具有高流動(dòng)、抗離析、自填充密實(shí)等優(yōu)良特性，其拌和物能夠在不經(jīng)振搗，完全依靠自重的作用下，就可以通過(guò)一定密度的鋼筋區(qū)，填充滿模板，達(dá)到充分密實(shí)且不會(huì)產(chǎn)生蜂窩、麻面和內(nèi)部空洞等質(zhì)量問(wèn)題，使其獲得了優(yōu)良的工作性、力學(xué)性和耐久性能。從而滿足了復(fù)雜形狀、配筋密集、不易振搗的澆筑部位以及各種特殊工程結(jié)構(gòu)混凝土（如水下、海底、輻射等）施工需要。

近幾年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)建筑業(yè)的高速發(fā)展，高強(qiáng)度的自密實(shí)混凝土發(fā)展快速，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷拓展，一些橋梁工程和工業(yè)工程中的鋼管混凝土及鋼筋密集的框架梁柱、預(yù)制構(gòu)件都使用了自密實(shí)混凝土，其應(yīng)用前景十分廣闊。但是由于高強(qiáng)度自密實(shí)混凝土拌和物高粘度性，常常降低了它在混凝土結(jié)構(gòu)中的流動(dòng)度、自填充密實(shí)等工作性能，所以降低高強(qiáng)度自密實(shí)混凝土的粘度使其獲得優(yōu)良的工作性，始終是混凝土技術(shù)研究方向之一。

本文主要從砂石的選擇、外加劑與水泥的適應(yīng)性、摻合料的選用及摻量、配比的優(yōu)化調(diào)整等方面通過(guò)多次的試驗(yàn)來(lái)解決混凝土的高強(qiáng)度、大粘度等問(wèn)題，使其拌和物獲得高流動(dòng)、抗離析、自填充密實(shí)等優(yōu)良特性并對(duì)混凝土力學(xué)性能和耐久性能進(jìn)行了檢測(cè)和驗(yàn)證。

1 自密實(shí)混凝土配制技術(shù)要求

自密實(shí)混凝土分為1～3級(jí)，對(duì)于一般的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物及構(gòu)件可采用自密實(shí)性能等級(jí)二級(jí)。本試驗(yàn)要求配制出C60二級(jí)和C70二級(jí)自密實(shí)混凝土，要求混凝土拌和物工作性良好?；炷涟韬臀锾鋽U(kuò)展度650±50mm；T503～20 s；V漏斗通過(guò)時(shí)間 7～25 s，混凝土硬化后28 d強(qiáng)度滿足C60～C70設(shè)計(jì)要求，耐久性良好。

2 原材料的選擇

2.1 水泥

首先要選擇28 d活性指數(shù)高的水泥；其次，在使用大量摻合料的情況下，硅酸鹽類水泥更適合配制自密實(shí)混凝土。所以選擇了冀東盾石P.O52.5低堿水泥進(jìn)行自密實(shí)混凝土配制，其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 冀東盾石P.O52.5低堿水泥主要技術(shù)檢測(cè)指標(biāo)

2.2 集料

首先應(yīng)選質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好的碎石，最大公稱粒徑不宜大于20.0mm。最好采用致密的花崗巖、輝綠巖、玄武巖等做骨料。本試驗(yàn)采用的是薊縣碎石（玄武巖），最大粒徑為16.00mm，含泥量0.42%，針片狀含量3.6%，壓碎指標(biāo)4.8%。

細(xì)集料采用潔凈的綏中河砂，細(xì)度模數(shù)宜為2.6，含泥量1.0%，泥塊含量≯0.3%.

2.3 礦物摻合料

摻入大量的活性礦物摻合料是非常必要的。自密實(shí)混凝土漿體含量較大，如果膠凝材料中水泥用量過(guò)多則會(huì)引起混凝土早期水化放熱較大，混凝土收縮大，不利于混凝土的耐久性和體積穩(wěn)定性；而混凝土中摻入優(yōu)質(zhì)的活性礦物摻合料不僅可以克服這些缺陷，還可以改善混凝土拌和物的流動(dòng)性，降低泌水率，提高粘聚性及混凝土的后期強(qiáng)度。主要采用粉煤灰、高爐?；V渣粉、硅粉3種摻合料進(jìn)行試驗(yàn)。

1）結(jié)合本地材料的特性，采用軍糧城電廠的Ⅰ級(jí)F類粉煤灰進(jìn)行自密實(shí)混凝土試驗(yàn)，其細(xì)度8.6%；需水量比95%。

2）采用唐山連強(qiáng)利生產(chǎn)的S95?；郀t礦渣粉，比表面積450m2/kg；流動(dòng)度比98%；活性指數(shù)7 d達(dá)到76%，28 d達(dá)到 104%。

3）硅粉是電爐生產(chǎn)工業(yè)硅或硅鐵合金的副產(chǎn)品，是一種人工的火山灰質(zhì)材料。硅粉中含有93%左右的SiO2，其顆粒細(xì)，活性強(qiáng)。在高強(qiáng)自密實(shí)混凝土中摻入適量的硅粉，可以改善混凝土泌水、扒底的現(xiàn)象，提高混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)性。本試驗(yàn)采用鞍美實(shí)業(yè)公司生產(chǎn)的硅粉，其比表面積16 000m2/kg。

4）高效減水劑是配制自密實(shí)混凝土關(guān)鍵成分，由于自密實(shí)混凝土要求具有較大的流動(dòng)度，良好的粘聚性，所以宜選擇減水率高、保水性好的聚羧酸系高效減水劑，同時(shí)所用的外加劑要與水泥有良好的適應(yīng)性。在試驗(yàn)首先采用了聚羧酸系減水劑J1、J2對(duì)冀東盾石P.O52.5低堿水泥進(jìn)行了適應(yīng)性檢測(cè)見(jiàn)表2。

表2 外加對(duì)水泥適應(yīng)性檢測(cè)

經(jīng)過(guò)對(duì)聚羧酸系減水劑J1和J2與冀東盾石P.O52.5低堿水泥適應(yīng)性的檢測(cè)對(duì)比，選用津航廠的J2型聚羧酸系高效減水劑。它具有高效、低堿、低摻量等特點(diǎn)，能非常明顯地改善混凝土的流動(dòng)性及粘聚性，其減水率27%；堿含量 1.1%。

3 C60、C70自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)配制

3.1 初期試拌配合比確定

在C60、C70高強(qiáng)混凝土設(shè)計(jì)配制中，其按配制強(qiáng)度 fcu28≥1.1fcu設(shè)計(jì)，首先進(jìn)行了 0.35、0.36、0.34、0.32、0.30、0.28、0.26七種水膠比混凝土的試配及28 d強(qiáng)度檢測(cè)，見(jiàn)表3。

表3 各配比的28 d強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)

3.2 初期配比設(shè)計(jì)及性能檢測(cè)

根據(jù)表3，確定0.35水膠比為C60自密實(shí)混凝土的初期試拌配合比，0.30水膠比為C70自密實(shí)混凝土的初期試拌配合比，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行配比的其余參數(shù)的調(diào)整并對(duì)其拌和物進(jìn)行相應(yīng)的自密實(shí)性能試驗(yàn)對(duì)比，見(jiàn)表4。

表4 C60、 C70自密實(shí)混凝土初期試拌配合比工作性能檢測(cè)

由表4發(fā)現(xiàn)，隨著外加劑摻量的增大，混凝土拌和物的擴(kuò)展度也在增大，當(dāng)外加劑摻量增大到一定量后，擴(kuò)展度增加量基本趨于穩(wěn)定；這時(shí)如果繼續(xù)增加外加劑摻量，混凝土拌和物粘度降低，局部還會(huì)出現(xiàn)石子堆積現(xiàn)象。因此可以確定C60混凝土拌和物擴(kuò)展度自密實(shí)二級(jí)性能要求時(shí)，J2高效減水劑的摻量1.4%為最佳摻量；C70混凝土拌和物擴(kuò)展度自密實(shí)二級(jí)性能要求時(shí)，J2高效減水劑的摻量2.1%～2.2%為最佳摻量；外加劑摻量一定、膠凝材料總量一定時(shí)，隨著膠凝材料中水泥用量的遞減，混凝土拌和物漏斗通過(guò)時(shí)間也呈縮減趨勢(shì)。這說(shuō)明適量的調(diào)整水泥用量，可以減小拌和物的粘度，縮短漏斗通過(guò)時(shí)間。

3.3 C60、C70自密實(shí)設(shè)計(jì)配合比的調(diào)整和確定

在滿足混凝土各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的同時(shí)，盡可能地追求成本最小化。綜合各方面的因素考慮，表4中的C60.8試配和C70.4試配基本上滿足了上述各項(xiàng)指標(biāo)，但考慮到兩配比中粗骨料單位體積用量不符合自密實(shí)混凝土配比設(shè)計(jì)規(guī)程中密實(shí)性能二級(jí)0.30～0.33范圍要求，故調(diào)整確定C60、C70自密實(shí)混凝土配合比，見(jiàn)表5（混凝土含氣量按3%考慮）。

表5 C60、C70自密實(shí)混凝土配比 kg/m3

按照配比設(shè)計(jì)規(guī)程對(duì)表5中C60、C70自密實(shí)混凝土配比進(jìn)行校核，見(jiàn)表6（原材料表觀密度：ρc=3.1 kg/m3；ρf=2.2 kg/m3；ρk=2.9 kg/m3；ρsi=2.33 kg/m3；ρs=2.6 kg/m3；ρG=2.9 kg/m3）

表6 C60、C70自密實(shí)混凝土配比計(jì)算值與標(biāo)準(zhǔn)推薦值對(duì)比

由表6可以看出，C60、C70自密實(shí)混凝土配比技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)規(guī)程要求。

3.4 C60、C70混凝土自密實(shí)混凝土工作性能檢測(cè)

對(duì)表5中的C60、C70自密實(shí)混凝土配比進(jìn)行試配，驗(yàn)證拌和物工作性檢測(cè)指標(biāo)均滿足了自密實(shí)性二級(jí)要求，混凝土工作性良好，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 C60、C70自密實(shí)混凝土工作性能

3.5 C60、C70自密實(shí)混凝土力學(xué)性能檢測(cè)

重復(fù)進(jìn)行了3次立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，以驗(yàn)證該配比的穩(wěn)定性。同時(shí)進(jìn)行了該配比的劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 C60、C70混凝土強(qiáng)度檢測(cè) MPa

由表8可以看出，采用以上原材料和配合比配出的C60、C70自密實(shí)混凝土，28 d抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定≥1.15fcu滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。

3.6 C60、C70高強(qiáng)混凝土耐久性能試驗(yàn)

混凝土抗?jié)B性能和抗凍性能是反映混凝土耐久性能的重要指標(biāo)。試驗(yàn)表明，其抗?jié)B等級(jí)可達(dá)到P25以上，密實(shí)性良好；凍融等級(jí)高于D150。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)確定的C60、C70自密實(shí)混凝土配合比經(jīng)試拌，檢測(cè)驗(yàn)證：

1）拌和物工作性檢測(cè)指標(biāo)均滿足了標(biāo)準(zhǔn)自密實(shí)性二級(jí)要求，混凝土工作性良好；

2）28 d抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定≥1.15fcu，滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求；

3）抗?jié)B等級(jí)可達(dá)到P25以上，密實(shí)性良好，凍融等級(jí)高于D150。

以上結(jié)果滿足C60、C70自密實(shí)混凝土二級(jí)配制技術(shù)要求。

［1］李繼業(yè)，劉福勝.新型混凝土實(shí)用技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［2］朱效榮，李 遷，張英男，等.綠色高性能混凝土研究［M］.沈陽(yáng)：遼寧大學(xué)出版社，2005.

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［4］JGJT 283—2012，自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程［S］.

［5］GB 50082—2009，普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法［S］.