自密實混凝土配合比設(shè)計要點分析

■許睦暉

(廈門合誠工程檢測有限公司，廈門 361027)

1 引言

自密實混凝土(簡稱SCC)是指在自身重力作用下，能夠流動、密實，即使存在致密鋼筋也能完全填充模板，同時獲得很好均質(zhì)性，并且不需要附加振動的混凝土。自密實混凝土具備高流動性、高粘聚性、高保水性，以及較好的耐久性能。 自密實混凝土具有施工快速、降低成本、減少噪聲等特點，可以滿足特殊部位施工需要，如鋼筋密集、截面復(fù)雜等部位。自密實混凝土從推出到現(xiàn)在的普遍應(yīng)用產(chǎn)生了很多種配合比設(shè)計方法，推出了一些新設(shè)計參數(shù)如漿骨比的控制， 也增加了一些新的檢測參數(shù)如擴展度、T500 等質(zhì)量控制指標。 住建部于2012 年發(fā)布的《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 283-2012 對自密實混凝土配合比設(shè)計方法進行了規(guī)定，但因其設(shè)計過程復(fù)雜，參數(shù)選擇約定模糊而沒有受到較好的應(yīng)用。有些教科書推出的配合比設(shè)計方法因其過于理論化，在實際拌制混凝土后產(chǎn)生的偏差較大。 本文依據(jù)多年的檢測工作經(jīng)驗，總結(jié)了自密實混凝土配合比設(shè)計過程中應(yīng)關(guān)注的主要因素，提出了在配合比設(shè)計過程中各參數(shù)選擇應(yīng)注意的要點。

2 影響自密實混凝土性能的因素

自密實混凝土的配合比設(shè)計需要充分考慮自密實混凝土流動性、抗離析性、自填充性、漿體用量和體積穩(wěn)定性之間的相互關(guān)系及其矛盾， 原材料及其用量是影響其性能的主要因素。 自密實混凝土所用原材料與普通混凝土基本相同， 主要包括水泥和礦物摻合料組成的膠凝材料、粗細骨料、外加劑、水，每種材料的選擇和用量對自密實混凝土配合比設(shè)計都有極大的影響。

2.1 骨料的影響

骨料在混凝土中起著骨架作用，要保持高流動性，需要骨料的顆粒之間保持較好地鑲嵌和潤滑， 因此粗骨料宜采用形狀較圓、棱角較少的連續(xù)級配碎石；由于粒徑過大不易產(chǎn)生滾動，故粗骨料最大粒徑不宜超過20mm。 細骨料起著填充碎石的作用，采用細度模數(shù)為2.5～2.9 的II區(qū)中砂，易與碎石搭配成良好的骨架；如采用機制砂為細骨料， 應(yīng)注意機制砂中的石粉含量對混凝土工作性能的影響，當石粉含量較大時，添加的高性能減水劑應(yīng)提高摻量，機制砂細度模數(shù)宜控制在2.5 左右，確保自密實混凝土的潤滑性。

2.2 水泥和礦物摻合料的影響

水泥的細度對混凝土的用水量有較大的影響， 理論上水泥越細需水量就越大， 水化充分有利于混凝土的粘聚性和強度，但是并非越細越好，自密實混凝土要求水泥的細度以及熟料中石膏和礦物質(zhì)的摻量要控制在合理的范圍內(nèi)，使混凝土的保塌性能達到設(shè)計施工要求。

礦物摻合料的種類和摻量對混凝土的流變性和觸變性有較大的影響。粉煤灰具有“玻璃微珠”效應(yīng)，具有良好的潤滑作用， 摻加適量的粉煤灰可以降低混凝土的剪切應(yīng)力和塑性粘度，從而改善SCC 拌合物的流變性。 礦渣粉SiO2含量較高，能有效提升混凝土的強度；當?shù)V渣粉的比表面積達到400m2/kg 時，其活性得到充分的發(fā)揮，加入適量高級別的礦渣粉， 能有效改善混凝土的力學(xué)性能和耐久性能。

2.3 外加劑的影響

自密實混凝土對外加劑的選擇要求比較高， 宜采用高性能減水劑，聚羧酸類減水劑作為第三代減水劑，有其突出的特點：低摻量高性能、流動性保持優(yōu)異、可適應(yīng)的原材料范圍廣泛、性能的可設(shè)計性強、提高混凝土制品和構(gòu)件的質(zhì)量、 可根據(jù)混凝土的特點生產(chǎn)系列化產(chǎn)品及綠色環(huán)保無污染等。 雖然聚羧酸減水劑與原材料的適應(yīng)性好，但也不是意味著完全適應(yīng)，也要考慮匹配度的問題。不同種類的聚羧酸類減水劑與水泥匹配的問題， 需通過配合比試驗，檢測拌合物的工作性能，分析出現(xiàn)異常的原因并及時調(diào)整減水劑或水泥的品種。

3 配合比設(shè)計與試驗結(jié)果分析

考慮到前面所述的影響因素， 本文收集整理了近年開展自密實混凝土配合比設(shè)計的試驗結(jié)果進行分析，對自密實混凝土配合比設(shè)計應(yīng)注意的要點進行了總結(jié)。

3.1 粗骨料種類、砂率及水灰比變化對混凝土性能的影響

本次配合比設(shè)計使用材料： 海螺P.O42.5R 水泥，漳州后石電廠II 級粉煤灰，日照京華S95 礦渣粉，廈門宏發(fā)緩凝型聚羧酸高性能減水劑，細度模數(shù)為2.7 中砂，粗集料分別采用反擊破碎石和鄂破碎石進行對比， 并在不同砂率和不同水灰比下進行對比，試驗數(shù)據(jù)見表1：

表1 C35、C40 自密實混凝土配合比試驗結(jié)果

由表1 可知：

(1)碎石種類的影響：采用鄂破碎石與反擊破碎石的混凝土對比， 混凝土拌合物擴展度變化范圍為45mm～60mm，T500 變化范圍為1.8s～5s， 強度的變化值不明顯，由此可見碎石的形狀對混凝土拌合物填充性和間隙通過性有較大影響，自密實混凝土宜采用反擊破碎石。

(2)砂率的影響：砂率在下限與中上限時混凝土的對比， 混凝土拌合物擴展度變化范圍為50mm～60mm，T500變化范圍為2.0s～3.4s，7d 強度的變化范圍為1.6MPa～2.6MPa，28d 強度的變化范圍為2.5MPa～3.2MPa。 由此可見采用中上限的砂率能提升自密實混凝土拌和物的填充性、間隙通過性，從而提高混凝土強度。

(3)水灰比的影響：在不改變其他參數(shù)選擇的前提下降低水灰比，擴展度降低、T500 增大，說明其填充性和間隙通過性在下降，而強度的提升并不明顯，因此對高標號自密實混凝土不能單純的降低水灰比，還要結(jié)合其他因素。

3.2 細骨料種類變化對外加劑摻量和用水量的影響

本次配合比設(shè)計使用材料： 海螺P.O42.5R 水泥，漳州后石電廠II 級粉煤灰，日照京華S95 礦渣粉，廈門宏發(fā)緩凝型聚羧酸高性能減水劑， 用細度模數(shù)為2.7 的河砂與細度模數(shù)2.8 的機制砂進行對比， 并根據(jù)試驗數(shù)據(jù)調(diào)整外加劑摻量和水用量，試驗數(shù)據(jù)見表2：

表2 C40、C50 自密實混凝土配合比試驗結(jié)果

由表2 可知：

(1)當砂種類由河砂變成機制砂時，外加劑摻量必須提高， 且提高的幅度要根據(jù)試拌過程混凝土拌合物性能的檢測結(jié)果進行調(diào)整。 水灰比為0.34 的配合比外加劑摻量需提高0.4%，水灰比為0.31 的配合比外加劑摻量需提高0.7%，才能達到使用河砂配合比的填充性和間隙通過性的水平。

(2)采用低水灰比時，適當增加外加劑的摻量可以降低混凝土的粘性，提高填充性和間隙通過性。水灰比0.31比0.34 同等條件下外加劑摻量增大了0.2%～0.5%， 其試驗結(jié)果表明拌合物性能相近。

(3)使用機制砂的混凝土外加劑摻量有其上限，到一定程度并不利于混凝土拌合物性能， 此時應(yīng)該調(diào)整漿體體積，提高漿骨比。表中所示兩種水灰比通過增加5kg 的水提高了漿骨比，使擴展度增大60mm，T500分別下降4.1s和3.7s，強度增加值也比較明顯。

3.3 摻合料的變化對混凝土性能影響

本次配合比設(shè)計使用材料： 海螺P.O42.5R 水泥，漳州后石電廠II 級粉煤灰，日照京華S95 礦渣粉，長安育才緩凝型聚羧酸高性能減水劑， 采用摻合料單摻和雙摻的設(shè)計方法，用細度模數(shù)為2.7 的河砂與細度模數(shù)2.8 的機制砂進行對比，試驗數(shù)據(jù)見表3：

表3 C50 自密實混凝土配合比試驗結(jié)果

由表3 可知：

(1)雙摻技術(shù)的混凝土擴展度較大，T500 較小，強度較大，說明雙摻混凝土填充性、間隙通過性和強度均優(yōu)于單摻的，因此自密實混凝土宜采用雙摻技術(shù)。

(2)機制砂混凝土擴展度大于河砂混凝土，但T500 較大，強度也較小，說明機制砂混凝土填充性較好，但間隙通過性較差。

(3)混凝土的強度不僅僅是由漿骨比決定，高漿骨比并不意味著高強度。

4 結(jié)論

綜上所述，自密實混凝土配合比設(shè)計時，應(yīng)注意掌握以下要點：

(1)粗骨料宜采用形狀較圓、棱角較少的5～20mm 連續(xù)級配碎石；

(2)砂率的選擇對拌合料性能影響很大，在規(guī)定范圍內(nèi)盡量選擇中上限；

(3)合理采用機制砂，并且適當提高減水劑的摻量可以提升自密實混凝土的各項性能；

(4)設(shè)計高標號自密實混凝土?xí)r不能單純地降低水灰比，應(yīng)當通過增加水量，提高減水劑摻量等方法提高水泥漿比例，從而提升混凝土的流動性；

(5)條件允許的前提下盡量采用雙摻或多摻的方法進行配合比設(shè)計，這樣可以提升混凝土的各項性能。

自密實混凝土的拌合性能對其應(yīng)用有較大影響，在配合比設(shè)計過程中應(yīng)結(jié)合拌合物性能檢測結(jié)果及時調(diào)整各種原材料的用量， 拌合物性能應(yīng)充分考慮填充性和間隙通過性，通過調(diào)整混凝土的用水量、外加劑摻量、摻合料的選擇和摻量、粗細骨料和砂率的選擇、漿骨比等方式進行，不能生搬硬套既有的公式。發(fā)現(xiàn)混凝土異常時可以多方法結(jié)合處理，不要單一調(diào)整某個材料用量，找到所使用材料的匹配性再進行配合比設(shè)計與調(diào)整， 這樣調(diào)整出來的自密實混凝土配合比既經(jīng)濟又可靠。