C50自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)

高全青 王曉菡

(江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214122)

自密實(shí)混凝土(Self Compacting Concrete，簡(jiǎn)稱SCC)是具有高流動(dòng)性、均勻性和穩(wěn)定性，澆筑時(shí)無(wú)需外力振搗，能夠在自重作用下流動(dòng)并充滿模板空間的混凝土。SCC拌合物具有以下特點(diǎn):1)在無(wú)需振搗的情況下，能均勻密實(shí)成型，降低了施工中由于混凝土振搗帶來(lái)的噪聲;2)能均勻通過(guò)狹窄間隙并保持各種組分均勻分散，改善混凝土的質(zhì)量;3)提高生產(chǎn)效率，減輕施工勞動(dòng)強(qiáng)度;4)選用粉煤灰、礦渣微粉等活性材料替代水泥，有利于廢物利用，并降低施工成本。SCC的配合比設(shè)計(jì)方法更為復(fù)雜，拌合物性能可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。其配合比設(shè)計(jì)需結(jié)合理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有較高要求。本文結(jié)合多個(gè)規(guī)范，對(duì)C50自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)和拌合物性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

1 原材料

水泥:P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，表觀密度3 030 kg/m3;Ⅱ級(jí)粉煤灰:表觀密度2 660 kg/m3;S95級(jí)礦渣微粉:表觀密度2 740 kg/m3;粗骨料:粒徑為5 mm～10 mm和10 mm～20 mm的級(jí)配良好的石灰石碎石，按2∶3混合后表觀密度為2 665 kg/m3;細(xì)骨料:天然河砂，中砂，細(xì)度模數(shù)2.6，表觀密度2 660 kg/m3;減水劑:蘇博特產(chǎn)聚羧酸系液態(tài)高性能減水劑，摻量為1%時(shí)的減水率為28.2%，固含量22%;水:自來(lái)水。

2 自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.1 C50自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)依據(jù)

目前SCC的配合比設(shè)計(jì)主要有3個(gè)標(biāo)準(zhǔn):JGJ/T 283-2012［1］，CECS 203-2006［2］，CECS 02-2004［3］。各標(biāo)準(zhǔn)中僅配置強(qiáng)度 fcu，0的計(jì)算方法相同，且只給出了粉煤灰和礦渣微粉的膠凝系數(shù)，其他礦物摻合料未給定影響系數(shù)。JGJ/T 283-2012中SCC配合比設(shè)計(jì)采用絕對(duì)體積法，并給出了詳細(xì)的計(jì)算步驟，簡(jiǎn)單易懂。CECS 203-2006給出了單位體積用水量、水粉比、單位體積粉體量、單位體積漿體量、含氣量等關(guān)鍵參數(shù)的取值范圍，對(duì)配合比設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)要求較高，用水量、水粉比、含氣量均需依據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇，所以CECS 203-2006更適用于計(jì)算結(jié)果的復(fù)核。設(shè)計(jì)時(shí)可以采用一種方法為主，然后相互借鑒、驗(yàn)證或比較。本文以JGJ/T 283-2012的設(shè)計(jì)方法為主，借鑒 JGJ 55-2001［4］，并采用 CECS 203-2006驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果。

2.2 C50自密實(shí)混凝土中砂的用量

砂率是影響混凝土工作性的主要原因，選擇一個(gè)最佳的砂率會(huì)大大提高自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性、粘聚性以及保水性，自密實(shí)混凝土砂率一般較普通混凝土高，且不低于45%。

JGJ/T 283-2012推薦砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)為0.42～0.45，對(duì)第二屆全國(guó)大學(xué)生混凝土材料設(shè)計(jì)大賽中實(shí)測(cè)28 d強(qiáng)度不小于47.5 MPa的60組C40 SCC配合比進(jìn)行分析，砂的體積分?jǐn)?shù)可在0.42～0.48之間［5］。在21組新拌混凝土性能良好，無(wú)離析、泌水的配合比中，18個(gè)組的砂的體積分?jǐn)?shù)在0.44～0.48之間，詳見(jiàn)表1;在砂的體積分?jǐn)?shù)小于0.44的15組配合比中，12個(gè)組的新拌混凝土出現(xiàn)離析、泌水、堆臺(tái)、非圓角等現(xiàn)象，詳見(jiàn)表2。在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，砂的體積分?jǐn)?shù)較小，容易出現(xiàn)離析、泌水現(xiàn)象。所以砂的體積分?jǐn)?shù)可取大一些，建議取0.44～0.48，這樣可保證SCC拌合物的粘聚性和保水性良好，若試配得到的SCC拌合物性能不符合要求，可僅調(diào)整減水劑的量來(lái)改善其性能，不必對(duì)配合比進(jìn)行大幅度的調(diào)整，從而減少試拌次數(shù)。

表1 新拌混凝土性能良好的設(shè)計(jì)配合比及其性能［5］

2.3 JGJ/T 283-2012中自密實(shí)混凝土計(jì)算配合比的具體設(shè)計(jì)步驟

1)根據(jù)結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、配筋狀態(tài)等選用自密實(shí)性能等級(jí)。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)。根據(jù)每立方米混凝土中粗骨料的體積和表觀密度確定其質(zhì)量。2)總體積1減去粗骨料體積即砂漿體積。選定砂的體積分?jǐn)?shù)，再根據(jù)砂的表觀密度得砂的質(zhì)量。3)砂漿體積減去砂的體積即漿體體積。根據(jù)礦物摻合料計(jì)算膠凝材料表觀密度ρb，礦物摻合料摻量越多，膠凝材料表觀密度越小。

其中，ρm為礦物摻合料表觀密度;ρc為水泥表觀密度;β為每立方米混凝土中礦物摻合料占膠凝材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。4)按JGJ 55-2001相關(guān)規(guī)定計(jì)算SCC配置強(qiáng)度f(wàn)cu，0，并計(jì)算水膠比，其值宜小于0.45。其中，mw/mb為水膠比;fce為水泥的28 d實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度，如無(wú)實(shí)測(cè)值，一般取強(qiáng)度等級(jí)對(duì)應(yīng)值乘以富余系數(shù)1.1;γ為礦物摻合料的膠凝系數(shù)，對(duì)于粉煤灰(β≤0.3)可取 0.4、礦渣微粉(β≤0.4)可取 0.9，可見(jiàn)降低粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可增大水膠比。5)根據(jù)漿體體積、膠凝材料表觀密度、水膠比等參數(shù)，扣除含氣量，計(jì)算可得單位用水量、膠凝材料總量和各種膠凝材料分量，其中膠凝材料總量宜控制在400 kg/m3～550 kg/m3。當(dāng)骨料的含泥量超出規(guī)范允許值(粗骨料＞1.0%;細(xì)骨料＞3.0%)時(shí)，應(yīng)從膠凝材料總量中扣除含泥量;當(dāng)骨料含水量超出規(guī)范允許值(粗骨料＞0.2%;細(xì)骨料＞0.5%)時(shí)，應(yīng)扣除砂石中的含水量。6)根據(jù)試驗(yàn)和膠凝材料總量，選擇外加劑品種并計(jì)算用量。

表2 砂的體積分?jǐn)?shù)小于0.44的設(shè)計(jì)配合比及其性能［5］

2.4 CECS 203-2006中各關(guān)鍵參數(shù)的取值范圍

1)單位體積用水量宜為155 kg～180 kg。2)水粉比按體積比宜取0.80～1.15。3)單位體積粉體量宜為 0.16 m3～0.23 m3。4)SCC 單位體積漿體量宜為0.32 m3～0.40 m3。

2.5 試驗(yàn)配合比的確定

試驗(yàn)室配合比根據(jù)JGJ/T 283-2012自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程及自密實(shí)混凝土拌合物的工作性能進(jìn)行調(diào)整。

3 C50自密實(shí)混凝土配合比試驗(yàn)研究

3.1 拌和方法和測(cè)試內(nèi)容

1)混凝土人工拌和。混凝土攪拌采用人工拌和，每次攪拌體積為15 L。拌和時(shí)先將拌板和拌鏟潤(rùn)濕，依次放上稱量好的砂、水泥、粉煤灰、礦渣微粉，用鏟自拌板一端翻拌至另一端，重復(fù)至顏色均勻，再加上石子，翻拌至混合均勻。將干混合物堆成堆，中間作一凹槽，倒入2/3拌和用水，仔細(xì)翻拌，然后將液態(tài)減水劑與水混合，逐步加入全部用水，繼續(xù)拌和。

2)新拌C50自密實(shí)混凝土和易性及自密實(shí)性能測(cè)試。新拌自密實(shí)混凝土要求具有高流動(dòng)性、良好的粘聚性和保水性、填充性、間隙通過(guò)性和抗離析性。坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)和擴(kuò)展時(shí)間T500可以評(píng)價(jià)新拌自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性、填充性及離析性;進(jìn)行坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)的同時(shí)可以觀察C50 SCC的粘聚性和保水性。坍落度筒提起后如有較多的稀漿從底部析出，混凝土也因失漿而骨料外露，則表明拌合物的保水性不好;J環(huán)擴(kuò)展度試驗(yàn)用于測(cè)試C50 SCC的間隙通過(guò)性。將坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)和J環(huán)擴(kuò)展度試驗(yàn)結(jié)合，可以很好地評(píng)價(jià)新拌C50 SCC的性能。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

C50 SCC配合比計(jì)算:按照2.3 SCC的計(jì)算配合比設(shè)計(jì)步驟，1 m3SCC中粗骨料絕對(duì)體積用量取0.32 m3，砂的體積分?jǐn)?shù)按照2.2的推薦值結(jié)合試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)取0.47，粉煤灰的摻量為膠凝材料總量的15%，礦渣微粉的摻量為膠凝材料總量的25%，減水劑摻量為膠凝材料總量的1.4%。經(jīng)計(jì)算，可得C50 SCC計(jì)算配合比見(jiàn)表3。用以上配合比進(jìn)行C50 SCC拌合物性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)流動(dòng)性和間隙通過(guò)性不良。將計(jì)算配合比進(jìn)行調(diào)整，只調(diào)整聚羧酸高效減水劑的用量，使其摻量為膠凝材料總量的1.6%，即每立方米摻量為7.92 kg。調(diào)整后的各個(gè)參數(shù)見(jiàn)表4，可見(jiàn)各項(xiàng)指標(biāo)均符合CECS 203-2006的要求，調(diào)整后的拌合物在試驗(yàn)時(shí)無(wú)離析、無(wú)泌水，中央無(wú)堆臺(tái)，工作性能指標(biāo)見(jiàn)表5。

表3 C50自密實(shí)混凝土計(jì)算配合比 kg/m3

表4 調(diào)整后的配合比參數(shù)

表5 試驗(yàn)結(jié)果

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

由表5知，調(diào)整后的新拌混凝土拌合物的坍落擴(kuò)展度在660 mm～755 mm之間;擴(kuò)展時(shí)間T500在2 s～10 s之間;坍落擴(kuò)展度與J環(huán)擴(kuò)展度差值PA在0 mm～25 mm之間。以上性能指標(biāo)均符合JGJ/T 283-2012的規(guī)定，所以所配置的C50 SCC工作性能滿足要求。且混凝土表觀密度實(shí)測(cè)值與計(jì)算值之差的絕對(duì)值為計(jì)算值的1.1%，不超過(guò)2%，表明按上述方法確定的配合比為設(shè)計(jì)配合比。上述配合比的混凝土單方價(jià)格為324元/m3，且自密實(shí)混凝土無(wú)需振搗，可減少施工工序，加快施工進(jìn)度，縮短施工工期，節(jié)省了人工、機(jī)械、電能，因此其潛在的綜合經(jīng)濟(jì)效益是可觀的。

5 結(jié)語(yǔ)

1)進(jìn)行自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，可以JGJ/T 283-2012的設(shè)計(jì)方法為主，并采用CECS 203-2006驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果。2)當(dāng)砂的體積分?jǐn)?shù)取值在0.42～0.48之間偏大時(shí)，可僅通過(guò)調(diào)整減水劑的用量來(lái)改善C50 SCC拌合物的工作性，減少試拌次數(shù)。3)針對(duì)本試驗(yàn)所用材料，砂的體積分?jǐn)?shù)取0.47，采用上述基準(zhǔn)配合比時(shí)，C50自密實(shí)混凝土能達(dá)到較好的性能。4)按上述配合比配制的C50自密實(shí)混凝土具有可觀的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

［1］JGJ/T 283-2012，自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］CECS 203-2006，自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］CECS 02-2004，自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)與施工指南［S］.

［4］JGJ 55-2011，普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.

［5］龐超明，張 萍，秦鴻根，等.自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法探討［J］.高等建筑教育，2013，22(3):132-138.

［6］范 萍.C50自密實(shí)混凝土配制［J］.福建建材，2009(2):31-32.

［7］王海娜，王科元，金南國(guó).C35，C50自密實(shí)混凝土配合比研究［J］.混凝土，2010(7):104-105，109.

［8］趙傳標(biāo).C50自密實(shí)混凝土的制備與施工技術(shù)研究［J］.山西建筑，2009，35(19):167-168.

［9］吳科如，張 雄.土木工程材料［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2008.