自密实混凝土配合比设计实用方法探讨

自密实混凝土配合比设计实用方法探讨

熊泽亮

东莞市中泰混凝土有限公司 广东东莞 523000

摘要：自密实混凝土（简称SCC），是始于1988年日本东京大学冈村甫教授研制成功的一种高性能混凝土,也称为免振混凝土。具备高流动性、高粘聚性、高保水性，以及较好的耐久性能。其配合比设计既要满足强度要求，又要体现自密实混凝土的大坍落度、免振捣、填充性好、抗离析的施工特点。因此与传统普通混凝土配合比设计方法不同，不仅需要对原材料进行选择控制，还需要理论和实践经验相结合。

关键词：自密实混凝土 原材料 控制 配合比 设计 实用方法

引言

自密实混凝土虽然所用的材料品种与普通混凝土基本相同，但自密实混凝土不论在材料用量比例还是性能上又与普通振捣混凝土存在较大差别，目前也没有统一的配合比设计理论，给应用推广造成很多困难。所以必须从自密实混凝土的特点出发，寻找一种实用的配合比设计方案，因此有必要对这个问题进行探讨。

1．原材料的选择要点

自密实混凝土需要通过优化粗细骨料和胶凝材料的配合比，并利用高效减水剂的分散和塑化作用，使混凝土在低水胶比条件下达到流动性和抗离析性的平衡，是配合比设计的关键，需要考虑以下原材料因素。

1.1粗骨料用量和尺寸的选择

由于自密实混凝土对流变性能的要求很高，因此配合比中的粗骨料体积含量较小，适宜的取值范围在（0.28～0.35m³），宜采用5～20mm、形状较圆、棱角较少的连续级配碎石，且必须严格控制针片状石子含量和含泥量。

1.2砂率及砂浆中砂的体积分数控制

细骨料砂子起着填充碎石的作用，宜采用细度模数为2.5～2.9的Ⅱ区中砂，易与碎石搭配成良好的骨架，确保自密实混凝土的包裹性和流动性。试验表明自密实混凝土的砂率通常在45%～55%范围内比较合适。

1.3掺合料的选择

矿物掺合料的种类和掺量对混凝土的流变性和触变性有较大的影响。粉煤灰具有“玻璃微珠”效应，具有良好的润滑作用，掺加适量的粉煤灰可改善SCC拌合物的流变性。矿渣粉SiO₂含量较高，能有效提升混凝土的强度。当矿渣粉的比表面积达到400m²/kg时，其活性得到充分的发挥，能有效改善混凝土的力学性能和耐久性能。

1.4水泥的选择

在使用大量掺合料的情况下，普通硅酸盐水泥更适合配制自密实混凝土。水泥的细度对混凝土的用水量有较大的影响，要选择细度合适的水泥，使混凝土的保塌性能达到设计施工要求。

1.5减水剂的选择

自密实混凝土宜采用高性能聚羧酸减水剂，其优越的性能体现在：低掺量高塑化，流动性优异，保塌性好，原材料适应范围广泛，能提高混凝土制品和构件的质量等。减水剂掺量过小，减水率不够，影响拌合物的流动性；减水剂掺量过大，拌合物粘度降低，容易离析。

2. 自密实混凝土配合比设计

2.1设计原则

配制自密实混凝土主要是平衡高流动性和抗离析性之间的矛盾，要通过试验正确选择砂、石体积参数，需要满足4个要求：（1）良好的和易性，（2）合适的强度（3）耐久性（4）经济性。

2.2标准方法

目前我国应用2012年颁布的行业标准JGJ/T283-2012《自密实混凝土应用技术规程》，此标准采用绝对体积固定砂石含量法。

2.3计算步骤

（1）设定1m³混凝土中粗骨料的绝对体积含量（0.28～0.35m³），计算得到粗骨料质量和砂浆体积。

（2）设定砂浆中砂的体积分数（0.42～0.45），计算砂的绝对体积和质量，以及浆体体积。

最主要是按以上（1）、（2）步确定砂、石用量，其它材料按有关公式计算。

2.4设计方法的改进

运用普通混凝土配合比的设计经验，对标准设计方法进行调整和改进，保留按标准计算的（1）、（2）步，其中，对砂的质量分数的取值范围调整为0.42～0.48，最主要是通过调整水胶比和胶灰比进行方法调整和改进。

2.5计算结果及比较

分别根据两种不同的配合比设计方法进行计算，按标准设计方法设定为Ⅰ组，改进的设计方法为Ⅱ组，设计了C40、C50、C60三种强度等级的自密实混凝土，计算结果如下表1：

表1 各标号自密实混凝土单位体积各组分用量 kg/m³

计算中选取单位体积粗骨料的体积用量为0.30m³，用10～20mm粒径粗石及5～10mm粒径细石组合使用，粗细石子体积比为4∶6。砂浆中砂的体积分数取0.46。设计的C40标号的粉煤灰和矿渣分别取代水泥30%和15%，设计的C50和C60标号的粉煤灰和矿渣分别取代水泥25%和15%。

根据GB/T50146-2014《粉煤灰混凝土应用技术规范》，粉煤灰超量取代系数为1.2～1.7，取β1=1.4，粉煤灰和矿渣混掺时超量取代系数取为β2=1.2。

由表1可知，因采用固定砂石体积法，两种设计方法的砂率均为50.2%，且C40和C50两个强度等级，Ⅱ组的胶凝材料总量略低。

以标准方法计算的Ⅰ组得到的三个强度等级对应的水胶比小于改进的设计方法，且与Ⅱ组组分用量相比，Ⅰ组胶凝材料用量增加了10%～12%，水泥用量增加了26%～36%。

2.6混凝土工作性能测试及比较

根据标准测定坍落扩展度（SF），满足扩展度直径650～750mm，扩展时间（T500）满足3～20s，间隙通过性能指标（PA）为测得的坍落扩展度与J环扩展度（JF）的差值。

按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行混凝土28d抗压强度试验，结果如下表2：

表2 自密实混凝土的工作性能及28d抗压强度

从测试结果可知，Ⅰ组和Ⅱ组塌落扩展度、塌落时间都合格，Ⅱ组的流动性高于Ⅰ组，扩展时间也最长，这可能与Ⅱ组混凝土水胶比偏低，粉煤灰用量较小有关。

根据表2中混凝土的抗压强度试验结果可知，Ⅰ组和Ⅱ组强度均达到了设计要求，其中Ⅰ组C40、C50、C60混凝土的平均抗压强度分别达到了设计值的150%、115%、140%。

2. 结论

按JGJ/T283-2012《自密实混凝土应用技术规程》设计的配合比方法趋于保守，水泥用量高、水胶比偏低、强度偏高，不符合经济性要求；水化热偏大易裂缝变形，对混凝土的耐久性也有一定影响。而采用改进的方法水泥用量较低，矿物掺合料掺量较高，减水剂用量较低。因此，在满足强度指标和工作性能的前提下，可节约水泥，大幅降低成本，提高混凝土的耐久性。

参考文献

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[2]王保华,自密实混凝土配合比设计方法的探讨[J]，山东交通科技，2019.02期

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