C35自密實(shí)混凝土配合比的設(shè)計(jì)及性能研究

孟 剛 吳 超 張凱峰 黃義雄 李預(yù)奇 賀桂田

1. 中建商品混凝土西安有限公司 西安 710116；2. 中建商品混凝土有限公司 武漢 430070

一般認(rèn)為自密實(shí)混凝土作為一種高性能混凝土，膠材總量至少達(dá)到500 kg/m3以上，或者設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級應(yīng)在C50以上，才可能達(dá)到自密實(shí)的效果，對于低強(qiáng)度等級低膠凝材料用量的自密實(shí)混凝土研究較少，工程應(yīng)用更少。查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料顯示[1,2]，目前低膠凝材料下的自密實(shí)混凝土膠材總量一般不低于480 kg/m3，但行業(yè)內(nèi)研究比較超前的僅有巴斯夫公司的智能動(dòng)力混凝土，但其價(jià)格昂貴，并未大規(guī)模推廣應(yīng)用[3,4]。

西安邁科商業(yè)中心位于西安高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，占地約20 007 m2，總建筑面積達(dá)到19.8 萬m2，地上建筑高度217.9 m，總層數(shù)43 層，項(xiàng)目定位為超高層國際5A甲級寫字樓、五星級酒店、大型商業(yè)綜合體。本工程要求C35自密實(shí)混凝土能夠順利通過Ⅰ型U型箱B型（簡稱L型箱），然而，C35自密實(shí)混凝土粉料用量較少，黏度偏低，容易造成粗集料沉降堵塞鋼筋，難以達(dá)到自密實(shí)效果，制備滿足要求的C35自密實(shí)混凝土，其技術(shù)難度大。

1 原材料及試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥用冀東牌P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，各項(xiàng)性能指標(biāo)檢測合格；細(xì)骨料為西安渭河中砂，細(xì)度模數(shù)2.6；粗骨料為粒徑5～10 m、粒徑10～20 mm的碎石；摻合料為陜西渭河電Ⅱ級粉煤灰，陜西韓城電廠德龍牌S95級礦渣粉；外加劑為大連西卡緩凝型聚羧酸減水劑；拌合水為自來水。

1.2 試驗(yàn)方案

選用級配良好、含泥量等達(dá)標(biāo)的粗細(xì)集料及合適砂率，保證混凝土的均勻性和優(yōu)異工作性能；復(fù)合摻加不同的優(yōu)質(zhì)礦物摻和料，確定合適的粉料比例度達(dá)到混凝土適宜的黏度；選用高性能減水劑，對減水劑中引氣和增稠組分的種類、摻量進(jìn)行試驗(yàn)與調(diào)整，保證自密實(shí)混凝土優(yōu)質(zhì)的工作性能和保持度；通過分析，確定關(guān)鍵指標(biāo)，包括粉料總量、膠材之間的比例、砂率、用水量及外加劑，并最終確定試驗(yàn)配合比。

2 配合比設(shè)計(jì)[5-8]

2.1 關(guān)鍵指標(biāo)確定

（a）粗骨料。粗集料最大粒徑不宜超過20 mm；單位體積粗集料參照自密實(shí)混凝土技術(shù)規(guī)程，適宜選取0.28～0.35。

（b）單位體積用水量、水膠比和單位體積膠材總量。單位體積用水量宜選擇155～180 kg；水膠比根據(jù)粉料的種類和摻量有所不同，按體積比宜選取0.8～1.15；根據(jù)單位體積用水量和水膠比計(jì)算得到單位體積粉體總量宜為0.16～0.23 m3；自密實(shí)混凝土單位體積的漿體量宜為0.32～0.40 m3。

2.2 配合比設(shè)計(jì)

2.2.1 確定單位體積粗骨料體積用量Vg

根據(jù)自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范等級要求，選取為0.35，單方混凝土粗骨料體積用量為350 L，質(zhì)量為960 kg。

2.2.2 確定單位體積用水量Vw、水粉比w/p和粉體體積

考慮到通過摻加粉煤灰和S95礦粉配制C35強(qiáng)度等級的自密實(shí)混凝土，參照普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程，碎石最大粒徑20 mm的塑性混凝土最大單方用水量為215 kg，聚羧酸外加劑減水率約20%，綜合考慮《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（CECS203—2006），混凝土用水量宜為155～180 kg/m3，不摻加外加劑的基準(zhǔn)混凝土單方用水量為212 kg，實(shí)際單方用水量選定170 kg，膠材體積為0.188 m3，水粉比為0.9，介于0.8～1.15之間，單位體積漿體量為0.358 m3，介于0.32～0.40 m3；

2.2.3 確定含氣量

根據(jù)自密實(shí)混凝土相關(guān)資料和外加劑性能，確定含氣量為2.0%，即20 L。

2.2.4 計(jì)算單位體積細(xì)骨料量

假手術(shù)組大鼠血清LDH、CK活力分別為990.12、516.33 U/L，模型組動(dòng)物血清LDH、CK活力升高至2 784.60、1 688.41 U/L，與假手術(shù)組比較差異顯著（P＜0.01）；與模型組比較，丹酚酸B預(yù)處理可顯著降低動(dòng)物血清LDH和CK活力，低、高劑量組血清LDH活力分別降低為1996.28、1890.77U/L（P＜0.05），CK活力分別降低為1123.80、1050.66U/L（P＜0.05、0.01）。見圖2。

Vs=1 000-Vg-Vw-Vp-V氣=1 000-320-170-200-20=272 L，Gs=750 kg。

2.2.5 計(jì)算水膠比和理論水泥用量

參照普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程，混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度為35.0 MPa，混凝土標(biāo)準(zhǔn)偏差取 5.0 MPa，確定混凝土配制強(qiáng)度為43.2 MPa。結(jié)合水泥性能實(shí)際情況，水泥抗壓強(qiáng)度取50.0 MPa，確定混凝土水膠比為0.51。碎石最大粒徑20 mm的塑性混凝土最大單方用水量為215 kg，外加劑減水率約20%，綜合考慮《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（CECS20—2006），混凝土用水量宜為155～180 kg/m3，實(shí)際單方用水量選定170 kg，不摻加外加劑的基準(zhǔn)混凝土單方用水量為212 kg。理論純水泥用量為334 kg，體積0.108 m3。

2.2.6 計(jì)算單位體積摻和料量和實(shí)際水泥用量

根據(jù)自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算粉體總體積188 L，理論水膠比計(jì)算粉體108 L，通過礦粉和粉煤灰超量取代水泥，達(dá)到滿足粉體總量的要求。綜合考慮滿足混凝土強(qiáng)度要求，同時(shí)為了達(dá)到較好的流動(dòng)性適當(dāng)?shù)酿ぞ坌?，同時(shí)滿足耐久性要求，維持適當(dāng)?shù)哪z凝材料總量，確定礦粉和粉煤灰在膠凝材料中比例不超過40%，選取40%，最小膠凝材料用量為433 kg。調(diào)整后單方水泥用量為260 kg，單方混凝土中水泥體積為0.081 m3。

確定C35自密實(shí)混凝土基準(zhǔn)配合比為水泥∶粉煤灰∶礦粉∶河砂∶碎石∶水∶外加劑為260∶100∶75∶750∶960∶170∶7.6。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 粉料體系總量對自密實(shí)混凝土工作性能的影響

表1 不同膠凝材料總量下的自密實(shí)混凝土配合比（kg/m3）

表2 不同膠凝材料總量下自密實(shí)混凝土工作性能測試結(jié)果

3.2 水膠比和砂率對自密實(shí)混凝土工作性能的影響

試驗(yàn)研究了不同的用水量和砂率對其工作性能的影響，試驗(yàn)配合比及測試結(jié)果如表3、表4所示。

從試驗(yàn)測試結(jié)果來看，改變砂率、用水量和外加劑摻量，對新拌混凝土的坍落度/擴(kuò)展度影響較小，基本能夠達(dá)到260/620。但對于混凝土的出機(jī)狀態(tài)、黏聚性和包裹性影響較大。

在體系本身膠凝材料總量有限的情況下，用水量和外加劑摻量稍大容易造成粗集料分層和泌漿。增大砂率可以在一定程度上增大細(xì)顆粒的總量，增大漿體總量，提高漿體粘度，有利于達(dá)到自密實(shí)性能。

3.3 粗集料尺寸和粒形對自密實(shí)混凝土工作性能的影響

試驗(yàn)研究了涇陽縣連續(xù)級配的碎石粒徑5～20 mm、粒徑5～16 mm碎石單摻，粒徑5～10 mm及粒徑5～16 mm不同比例復(fù)配情況下對自密實(shí)混凝土工作性能的影響。試驗(yàn)配合比及測試結(jié)果如表5、表6所示。

表3 不同砂率和用水量的自密實(shí)混凝土配合比（kg/m3）

表4 不同砂率和用水量的自密實(shí)混凝土工作性能測試結(jié)果

表5 骨料對性能影響的自密實(shí)混凝土配合比（kg/m3）

表6 骨料對自密實(shí)混凝土的性能影響

從測試結(jié)果來看，粒徑5～20 mm連續(xù)級配石子最大粒徑過大，L型箱的鋼筋間距約40 mm，試驗(yàn)中鋼筋處卡塞較多的大粒徑石頭導(dǎo)致難以達(dá)到自密實(shí)的效果。單獨(dú)采用粒徑5～16 mm連續(xù)級配石子，由于石頭本身的粒形和級配較差，L型箱高度差較大，自密實(shí)效果一般。通過調(diào)整粒徑5～16 mm和粒徑5～10 mm碎石的比例，在85∶15的比例下，具有較好的工作性能。

3.4 確定自密實(shí)混凝土配合比

綜合考量以上各項(xiàng)指標(biāo)，適當(dāng)調(diào)整外加劑組分，最終確定了試驗(yàn)研究配合比為水泥∶摻合料∶砂∶石1（粒徑5～16 mm）∶石2（粒徑5～10 mm）∶水∶外加劑為304∶76∶912∶699∶79∶137∶7.2。

4 自密實(shí)混凝土性能檢測分析

依據(jù)試驗(yàn)確定配合比，開展了自密實(shí)混凝土制備試驗(yàn)，測試了其新拌混凝土工作性能及齡期力學(xué)性能，測試結(jié)果如表7，圖1、圖2所示。通過測試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，制備的混凝土性能良好，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求。

5 結(jié)語

（a）從整個(gè)試驗(yàn)過程來看，由于C35自密實(shí)粉料相對較低，且要求通過5 根鋼筋的L型箱，對混凝土的自密實(shí)性能要求高，而粉料和集料與普通的混凝土沒有區(qū)別，重要設(shè)計(jì)點(diǎn)在于外加劑及砂率調(diào)整，同時(shí)由于鋼筋間距為40 mm，故要求嚴(yán)格粗集料的最大粒徑不大于16 mm，宜采用粒徑5～13 mm連續(xù)級配碎石。

表7 自密實(shí)混凝土性能檢測結(jié)果

圖1 新拌混凝土工作性能

圖2 混凝土通過L型箱試驗(yàn)

（b）由于粉料用量較少，漿體黏度小，在鋼筋的阻塞下容易造成漿體與粗集料分層無法達(dá)到自密實(shí)，需要增大漿體黏度。首先，適當(dāng)提高粉料中水泥和礦粉的用量，增強(qiáng)漿體本身黏度，其次是適當(dāng)增大砂率，增大細(xì)顆粒的總量，提高黏度，最重要的在于外加劑的調(diào)整，包括引氣劑和增稠劑的摻量等。

（c）試驗(yàn)制備了滿足工程要求的C35自密實(shí)混凝土，其初始工作性能的坍落度與擴(kuò)展度達(dá)到260 mm、650 mm，倒坍時(shí)間3.48 s，且經(jīng)時(shí)狀態(tài)良好。能較好地完成L型箱測試，T50為4.7 s，28 d強(qiáng)度值達(dá)到42.9 MPa。