自密實混凝土配合比的設(shè)計研究

常中飛

（中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310000）

工程概況及設(shè)計要求，某核電一期由于采用模塊化施工，每個輔助廠房和反應(yīng)堆廠房模塊的高度達(dá)15m左右，且配筋密集，正常的振搗無法進(jìn)行。因此設(shè)計采用強度等級C35，C50，骨料粒徑4.75～9.5mm，擴展度610土 50mm，含氣量6±1.5%，滿足中度暴露的要求，VSIW1的自密實混凝土進(jìn)行施工。

1 原材料選擇與技術(shù)指標(biāo)

1）水泥：P.II42.5級硅酸鹽水泥，3d水化熱201kJ/kg，7d水化熱289kJ/kg，堿含量0.5%，配置自密實混凝土應(yīng)優(yōu)先選用C3A，堿含 量，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量低的水泥，水泥最主要的是使用前應(yīng)進(jìn)行水泥與外加劑的匹配性試驗。

2）粉煤灰：II級粉煤灰，燒失量2.7%，需水量比96%。粉煤灰具有 “活性效應(yīng)”“界面效應(yīng)” “減水效應(yīng)”1.3磨細(xì)礦渣：比表面積424m2/kg，需水量比99%，28d活性指數(shù)118%。

3）砂：細(xì)度模數(shù)為2.7，低于0.135mm的比例＞15%。由于自密實混凝土的砂所占的體積很大，宜采用中砂。

4）碎石：4.75 ～9.5mm，碎石經(jīng)檢驗無潛在堿骨料反應(yīng)；顆粒級配良好；針片狀含量為4%；含泥量0.2%，泥塊含量0.1%。碎石的粒形很重要，粒徑過大、針片狀過多會導(dǎo)致間隙通過時堵塞。

5）外加劑：聚梭酸類高效減水劑，ZWL-A-IX引氣減水劑，ZWL-A-IX減水劑，減水率23%，28d抗壓強度比115%。自密實對外加劑的主要要求包括：與水泥的相容性好；減水率大；緩凝、保塑。

2 設(shè)計原則和步驟

1）與普通混凝土相比，自密實混凝土的關(guān)鍵是在新拌階段能夠依靠自重作用充模、密實，而不需額外的人工振搗，也就是所謂的自密實性它包括流動性或填充性、間隙通過性以及抗離析性3個方面的內(nèi)容。自密實混凝土是指通過外加劑、膠凝材料、粗細(xì)骨料的選擇和精心的配合比設(shè)計，將混凝土的屈服應(yīng)力減小到足以被因自 重產(chǎn)生的剪應(yīng)力克服，使混凝土的流動性增大，同時具有足夠的塑性粘度，令骨料懸浮于水泥漿體中，不出現(xiàn)泌水和離析現(xiàn)象，能自由流淌并充分填充模板內(nèi)的空間，形成密實且均勻的膠凝結(jié)構(gòu)。根據(jù)控制泌水和離析的方式，自密實混凝土大致分為兩種：一、高粉體含量的自密實混凝土；二、摻加黏性改善劑 （VMA）如文萊粉，水解淀粉，硅粉等的自密實混凝土。

2）考慮到攪拌站生產(chǎn)如加入黏性控制劑需要額外的質(zhì)量控制要求，所以采用第一種方法來配置。通過單摻粉煤灰，單摻磨細(xì)礦渣，雙摻粉煤灰和磨細(xì)礦渣的試驗進(jìn)行對比，確認(rèn)符合設(shè)計要求的、性能最佳的自密實混凝土配合比。由于自密實混凝土為高流態(tài)混凝土，不宜使用單一方法進(jìn)行判定，在試驗中綜合采用以下方法來進(jìn)行自密實混凝土性能的判定。

3）自密實混凝土的配合比設(shè)計釆用絕對體積法。

4）首先根據(jù)實際要求的混凝土強度等級和耐久性的要求選擇合適的水灰比，根據(jù)外加劑的性能進(jìn)行 試驗確定用水量，然后計算出膠凝材料用量。

5）根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)自密實混凝土的粉體量為160L～240L才能達(dá)到自密實的效果。在設(shè)計過程中，計算出粉體 量，如不符合160L-240L的要求，把粉煤灰或磨細(xì)礦渣當(dāng)填充料以確保混凝土的粉體量。

6）設(shè)定粗骨料所占的體積，1m3減去粗骨料，水，粉體的體積即為砂的體積。

7）至此得出所有原材料的用量。試拌，檢測混土的流動性或填充性，間隙通過率，抗離析性。主要測 試方法如下：

3 主要性能測試方法

3.1 測試坍落擴展度及T50時間

坍落擴展度測試是一種基于坍落度測試來評價無障礙條件下自密實混凝土在水平面上自由流動能力的方法。測試過程簡單快速，適合試驗室和現(xiàn)場，測得的坍落擴展度越大，其流動能力和充填能力越好。另外，通過測定T50（即從試驗開始到坍落擴展度到平均為500mm時的時間）來評價自密實混凝土的充填 能力，對特定新拌自密實混凝土，T50越小，充填能力越好。

3.2 VSI（視覺穩(wěn)定指數(shù)）

VSI數(shù)值 標(biāo)準(zhǔn)0=高穩(wěn)定 無任何離析或泌水1=穩(wěn)定 無離析或泌水形成的混凝土外圍光環(huán)2=不穩(wěn)定 混凝土外圍形成的漿體光環(huán)小于10mm，中心骨料有輕微堆積3=非常不穩(wěn)定 混凝土外圍形成漿體光環(huán)大于10mm，中心骨料大量堆積

在坍落擴展度測試的基礎(chǔ)上，美國 ASTMC1611/C1611M標(biāo)準(zhǔn)還介紹了視覺觀察的方法，對測試完擴展度的混凝土的外圍進(jìn)行觀測。不過這種方法帶有很大的主觀性，不能作為最終判定混凝土性能的標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 U型箱法

U型箱檢測：用來測定自密實混凝土拌合物的間隙通過能力。分為A型和B型兩種，由兩個箱體合并而成，中間開口處布置隔柵型障礙，并用活動門隔開兩個空間，先關(guān)閉活動門，用自密實混凝土拌合物將A 室澆滿，靜置1min后迅速地將間隔門向上拉起，混凝 土邊通過隔柵型障礙邊向B室流動，直至流動停止為止，以鋼制卷尺量測B室混凝土填充的高度 （測量時應(yīng)沿容器寬的方向量取兩端及中央等三個位置的填 充高度，取其平均值），計算A，B的高度差，當(dāng)差值≤30mm，表明其間隙通過能力越好。

4 試驗及性能測試

在試驗過程中，首先對含氣量對混凝土性能的影響進(jìn)行了試驗。

4.1 引氣劑的加入對混凝土性能的影響

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引氣減水劑 / 2.56 / 2.75 / 3.11 / 3.77減水劑 3.25 / 3.50 / 3.52 / 4.26 /坍落度 （mm） 120 170 125 185 150 185 175 205含氣量（%） 1.1 5.2 1.5 5.0 1.7 4.8 1.5 5.2 28d強度（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

由上述數(shù)據(jù)可以看出，引氣劑的加入對混凝土的流動性、粘聚性有很大的改善，特別是對低強混凝土。但氣泡的引入對混凝土的抗壓強度的下降也是很明顯的。

4.2 單摻粉煤灰

粉煤灰的加入，大大改善了混凝土混凝土的流動性和粘聚性，但當(dāng)膠凝材料超過550kg/m3后，加大粉煤灰的摻量（超過30%），將導(dǎo)致混凝土的黏性過大，間隙通過是很容易堵塞，配制高強自密實混凝土?xí)r，不宜單摻粉煤灰。

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引氣減水劑 3.70 4.00 4.25 4.60 4.51 4.34 4.89 5.20含氣量（%） 6.1 6.9 7.3 6.2 6.7 6.3 7.1 8.2坍落擴展度（mm） 505 605 675 635 655 655 645 605 J環(huán)擴展度（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強度（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 單摻磨細(xì)礦渣

1 2 3 4 5 6 7水190 190 190 190 185 203 190水泥 300 330 358 385 385 364 390磨細(xì)礦渣 200 220 192 165 165 233 260砂840 802 804 805 805 773 736碎石 874 869 870 872 872 855 827引氣減水劑 4.00 4.40 4.40 4.68 4.68 4.78 5.20含氣量 （%） 5.1 6.1 4.8 6.3 6.4 7.3 6.1坍落擴展度（mm） 590 680 670 640 640 690 660 J環(huán)擴展度（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強度 （MPa） 37.2 48.7 52.9 56.9 57.1 55.6 56.9 VSI 1 0 2 2 1 2 0

磨細(xì)礦渣對混凝土的和易性有很大的改善，且摻量可以很高 （達(dá)到40%），有利于減少水化熱。不過磨細(xì)礦渣的缺點是保水性不佳，摻量很大時，邊緣泌漿比較多。

4.4 雙摻磨細(xì)礦渣+粉煤灰

粉煤灰和磨細(xì)礦渣同時加入，混凝土的間隙通過率，流動性，填充性，抗離析性都良好，所以最終選 定雙摻粉煤灰和磨細(xì)礦渣進(jìn)行自密室混凝土的試驗和生產(chǎn)。

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磨細(xì)礦渣 80 80 100 100 100 105砂902 845 823 775 736 712碎石 797 810 820 836 827 815引氣減水劑 3.84 4.36 4.30 4.63 5.00 5.40含氣量 （%） 6.2 5.6 6.2 7.5 6.7 6.3坍落擴展度 （mm） 560 630 640 690 660 690 J環(huán)擴展度 （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強度 （MPa） 34.2 42.6 39.9 45.9 53.5 540 VSI 0 1 0 1 0 0

5 結(jié)果分析及結(jié)論

通過上述試驗結(jié)果，我們可以得岀：

1）混凝土中引入氣泡，將大大改善混凝土的和易 性，減少離析和泌水，配置的混凝土很容易達(dá)到自密實混凝土所要求的性能，但引入的氣泡對混凝土的強度的影響也是很大的，配置高強自密實混凝土?xí)r要特別注意。

2）單摻一種礦物外加劑，配置低強自密實混凝土是可行的，單高強自密實混凝土?xí)r，摻量過大會導(dǎo)致混凝土的自密實性能變差，摻量過小會導(dǎo)致混凝土的水 化熱過大，所以配置自密實混凝土?xí)r，應(yīng)優(yōu)先選用礦物外加劑的復(fù)合釆用。