自密實(shí)混凝土配合比淺析

鄭慶喜

（明溪縣水利局福建明溪365200）

自密實(shí)混凝土配合比淺析

鄭慶喜

（明溪縣水利局福建明溪365200）

本文以福建明溪黃沙坑水庫(kù)大壩自密實(shí)混凝土配合比為例，闡述了自密實(shí)混凝土配合比試配、計(jì)算、調(diào)整及對(duì)配合比相對(duì)應(yīng)混凝土質(zhì)量。對(duì)自密實(shí)混凝土堆石的施工具有參考價(jià)值。

自密實(shí)混凝土；配合比；計(jì)算；調(diào)整；檢驗(yàn)

1 黃沙坑水庫(kù)的基本情況

黃沙坑水庫(kù)位于福建省三明市明溪縣境內(nèi)城嵐溪黃沙坑村河段，距明溪縣約20km，是一座灌溉為主、供水為輔的綜合利用中型水庫(kù)，主要建筑物包括攔河壩（主壩、副壩）、隧洞等。主壩壩頂高程448.70m，壩頂長(zhǎng)198m，壩頂寬5.0m，最大壩高44.20m；副壩壩址布置在左岸的埡口處，壩頂高程448.70m，壩頂長(zhǎng)86m，壩頂寬5.0m，最大壩高20.0m。隧洞總長(zhǎng)為10984m，是福建省十二、五規(guī)劃的重點(diǎn)工程項(xiàng)目。

大壩的主壩、副壩壩體材料均設(shè)計(jì)為C20自密實(shí)混凝土堆石，基礎(chǔ)建基面設(shè)1.0m厚C20常態(tài)混凝土墊層。這是福建省第一座采用自密實(shí)混凝土堆石。

2 自密實(shí)混凝土堆石特點(diǎn)

自密實(shí)混凝土堆石壩的施工過(guò)程：塊石用汽車(chē)直接入倉(cāng)，挖掘機(jī)平倉(cāng)，堆石中空隙用不振搗自密實(shí)混凝土填充。這種方法施工進(jìn)度快、施工方法簡(jiǎn)單，質(zhì)量不受人工振搗而影響，綜合造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。但它的施工難點(diǎn)在自密實(shí)混凝土上，自密實(shí)混凝土與常態(tài)混凝土的區(qū)別在于：自密實(shí)混凝土入倉(cāng)后無(wú)須人工振搗，自密實(shí)混凝土采用外加劑（高效減水劑）來(lái)代替混凝土中水的用量并滲入大量的粉煤灰來(lái)減少水泥用量，水化溫升小。不振搗必須要求自密實(shí)混凝土具有高流動(dòng)性，強(qiáng)度要求自密實(shí)混凝土必須具備抗離析性。要使自密實(shí)混凝土既要有較好的流動(dòng)而不產(chǎn)生離析，這就是自密實(shí)混凝土的配合比的問(wèn)題。自密實(shí)混凝土配合比是決定自密實(shí)混凝土性能的關(guān)健，自密實(shí)混凝土配合比是否掌控是關(guān)系到這一新工藝的推廣應(yīng)用，關(guān)系到工程質(zhì)量。如何控制好自密實(shí)混凝土的配合比。

3 自密實(shí)混凝土配合比對(duì)質(zhì)量的影響

在單位體積中：粗骨料用量多，流動(dòng)性大，抗離析性差，影響混凝土強(qiáng)度的均勻性；砂量用多時(shí)，流動(dòng)性差，不利混凝土彈性模量；水膠比大時(shí)，流動(dòng)性好，抗離析性差，強(qiáng)度降低。自密實(shí)混凝土的配合比中各原材料用量對(duì)混凝土的質(zhì)量影響大，要根據(jù)自密實(shí)混凝土強(qiáng)度與之相對(duì)應(yīng)的配合比才能滿足混凝土的設(shè)計(jì)要求。

3.1 配合比調(diào)整

配合比是對(duì)原材料滿足規(guī)范要求的前提下對(duì)原材料進(jìn)行組合，大部分的原材料總的滿足規(guī)范要求但內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生變化，如粗骨料5-20mm間的連續(xù)級(jí)配變化，砂的細(xì)度模數(shù)變化，粉煤灰同一級(jí)別有原狀灰與磨細(xì)灰間的差異。自密實(shí)混凝土對(duì)原材料變化極為敏感，原材料的變化配合比要隨之調(diào)整，否則，自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性和抗離析性性能難以滿足。

3.2 配合比的檢驗(yàn)

自密實(shí)混凝土配合比是根據(jù)設(shè)計(jì)混凝土的強(qiáng)度要求進(jìn)行試配，按規(guī)范要求，施工時(shí)混凝土的強(qiáng)度在原設(shè)計(jì)強(qiáng)度基礎(chǔ)上要適當(dāng)提高，以消除施工時(shí)各種因素影響。提高后的混凝土強(qiáng)度稱之為試配強(qiáng)度，以試配強(qiáng)度來(lái)確定自密實(shí)混凝土配合比，配合比確定之后，試拌混凝土經(jīng)過(guò)3、7、28d試塊檢測(cè)，強(qiáng)度達(dá)到試配強(qiáng)度要求即為合格。施工現(xiàn)場(chǎng)原材料往往會(huì)發(fā)生變化，配合比要進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的配合比能否滿足試配強(qiáng)度，現(xiàn)場(chǎng)用V型漏斗的通過(guò)時(shí)間和擴(kuò)展度來(lái)檢驗(yàn)，V型漏斗的通過(guò)時(shí)間為7s～25s，混凝土擴(kuò)展度V型漏斗下650mm～750mm，二個(gè)指標(biāo)經(jīng)30min、60min檢測(cè)若在此范圍內(nèi)，自密實(shí)混凝土流動(dòng)性和抗離析性滿足要求，經(jīng)后期檢測(cè)混凝土密實(shí)、強(qiáng)度均能滿足要求。

自密實(shí)混凝土的配合比的試配計(jì)算和調(diào)整過(guò)程

3.3 配合比中現(xiàn)場(chǎng)原材料單位體積用量范圍和指標(biāo)

3.3.1 粗骨料：

依據(jù)《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》（SL678-2014）中建議粗骨料體積比宜為0.27～0.33，現(xiàn)場(chǎng)采用機(jī)械加工石子，表觀密度為2.67g/cm3，初步選定石子單方摻量240L。

3.3.2 細(xì)骨料：

自密實(shí)混凝土宜砂粗砂，砂的細(xì)度模數(shù)一般為2.7～3.3之間，砂率宜選取43%～47%為宜，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械加工砂的細(xì)度模數(shù)3.28，表觀密度2.66g/cm3，初步選定砂率為45%。

6.1.3 水膠比：

依據(jù)《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》（SL678-2014）中建議水膠比宜選取0.80～1.15，通過(guò)凈漿試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)體積水膠比為0.9～1.0之間時(shí)漿體粘性最佳，初步選定水膠比為0.95；

3.3.3 水泥及粉煤灰的體積：

水泥：采購(gòu)福建三明金牛水泥有限公司的散裝普通硅酸鹽水泥P.O 42.5，密度為3.1 g/cm3。

粉煤灰：采用為福建省永安市瑞祥粉煤灰科技有限公司出產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，密度2.2 g/cm3；水膠比為0.95時(shí)，按照強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，粉煤灰摻量與水泥摻量體積比為7:3。

3.3.4 外加劑摻入量由試驗(yàn)確定，

外加劑采用北京華石納固科技有限公司生產(chǎn)的堆石混凝土專(zhuān)用外加劑進(jìn)行試驗(yàn)，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)參照《混凝土外加劑》（GB8076-2008）。一般在1.0%～2.0%范圍，摻入量經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定，最終確定外加劑摻入量為膠凝材料用量的1.27%。

用外加劑。

3.4 基礎(chǔ)配合比計(jì)算

配合比的計(jì)算方法有固定體積法、全計(jì)算法、參數(shù)法、骨料比表面法等。較為適合自密實(shí)混凝土的配合比的計(jì)算方法為固定體積法，根據(jù)上述各原材料的體積和各原材料的感觀密度按固定體積法。自密實(shí)性能混凝土基礎(chǔ)配合比以C9020等級(jí)計(jì)算過(guò)程如下：

A、確定單位體積粗骨料體積用量（Vg）

粗骨料的摻入量由試驗(yàn)確定，要求既要保證混凝土性能滿足要求又要盡可能保證經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)骨料級(jí)配情況及自密實(shí)性能首先選取0.24，單位體積粗骨料體積用量為240L，質(zhì)量為641kg。

B、確定水膠比（w/p）

根據(jù)配制高自密實(shí)性能混凝土的性能要求，選用水膠比為0.95。

C、確定含氣量（Va）

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及所用外加劑的性能設(shè)定高自密實(shí)性能混凝土的含氣量為2%，即單方20L。

D、計(jì)算單位體積細(xì)骨料量（Vs）

細(xì)骨料的摻入量由試驗(yàn)確定，要求既要保證混凝土性能滿足要求又要盡可能保證經(jīng)濟(jì)性。選定摻入量為45%，細(xì)骨料摻入量為Vs=（1000-Vg-Va）*45%=333L，Ms=2.66*Vs=886kg。

E、計(jì)算單位體積粉體材料體積用量（Vce）

單位體積粉體材料體積用量Vce=Vp；

水膠比為0.95，故設(shè)膠凝材料體積為x，則水的體積Vw為0.95x；

根據(jù)1000=Vg+Va+Vs+Vp+Vw，則240+20+ 333+x+0.95x=1000；

Vp=209LVW=198L（Vp為單位體積膠凝材料體積用量）；

Vce=Vp=209L。

F、確定單位體積水泥用量

水泥用量由試驗(yàn)確定，在0.95水膠比下為保證混凝土C9020強(qiáng)度，根據(jù)試驗(yàn)確定水泥摻量為30%，則單位體積水泥用量為Mc=Vp×30%×3.1=194kg。

G、計(jì)算單位體積摻合料的用量

由于粉體材料中只有水泥和粉煤灰，此處不含細(xì)骨料中的粉體，

故粉煤灰的摻入量為（1-30%）=70%，

單位體積摻合料的用量為Mfa=Vp×70% ×2.2=321kg。

H、確定外加劑摻量

外加劑摻入量由試驗(yàn)確定，最終確定外加劑摻入量為膠凝材料用量的1.27%，單位體積外加劑用量為MAD=（Mc+Mfa）×1.27%=6.55kg。

I、計(jì)算單位體積用水量

單位體積理論用水量為Vw=198L。

試配的結(jié)果和檢測(cè)的有關(guān)數(shù)據(jù)如表1

自密實(shí)混凝土試配過(guò)程中，曾對(duì)水膠比、砂率、石子體積進(jìn)行微調(diào)，調(diào)整后各配合比及結(jié)果表2所示：

根據(jù)各組試驗(yàn)結(jié)果，“HSKjc01號(hào)”配合比為最優(yōu)配合比，對(duì)該組配合比進(jìn)行性能檢測(cè)，結(jié)果如表3所示。

4 施工過(guò)程自密實(shí)混凝土配合比的調(diào)整

黃沙坑水庫(kù)大壩自密實(shí)混凝土在施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)歷了三次配合比的調(diào)整，基礎(chǔ)配合比（HSKjc01）只澆筑6300m3時(shí)后，因砂石加工場(chǎng)中砂系統(tǒng)設(shè)備更新，砂的細(xì)度模數(shù)從原來(lái)3.28變?yōu)?.9，配合比發(fā)生了第一次調(diào)整；第二次配合比調(diào)整，粗細(xì)骨料加工前的原材料質(zhì)地發(fā)生了變化，由原來(lái)的變質(zhì)酸性火山巖（大壩基礎(chǔ)開(kāi)挖料）改為花崗巖（隧洞洞碴料），加工后小石子（5mm～20mm）連續(xù)級(jí)配間發(fā)生變化，砂的細(xì)度模數(shù)從原2.9變?yōu)?.3；第三次配合比調(diào)整也是因原材料質(zhì)地的變化從第二次的花崗巖（隧洞洞碴）改為砂巖（大壩塊石料場(chǎng)）石子級(jí)配微變，而砂的細(xì)度模數(shù)從3.3變?yōu)?.2，粉煤灰為原來(lái)的Ⅱ級(jí)原狀灰改為Ⅱ級(jí)磨細(xì)灰。三次配合比的調(diào)整最終結(jié)果表4所示。

表1 自密實(shí)混凝土基礎(chǔ)配合比結(jié)果

表2 自密實(shí)混凝土基礎(chǔ)配合比調(diào)整結(jié)果

表3 自密實(shí)性能混凝土工作性能以及抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

表4 自密實(shí)混凝土配合比三次調(diào)整的結(jié)果

表4中的各配合比V型漏斗通過(guò)時(shí)間和擴(kuò)展度及后期28d試塊強(qiáng)度檢測(cè)均滿足要求。從表4三次配合比調(diào)整情況可以看出：砂的細(xì)度模數(shù)越大，砂率越大；石子連續(xù)級(jí)配發(fā)生變化，石子體積要相應(yīng)調(diào)整；水膠比變化與現(xiàn)場(chǎng)粗細(xì)骨料的含水率有很大關(guān)系，現(xiàn)場(chǎng)配制過(guò)程中粗細(xì)骨料為面干飽和狀態(tài)，含水率大水的用量要相應(yīng)減少；值得注意的是粉煤灰，第三次配合比的調(diào)整外加劑有較大變化，是因?yàn)橥瑸棰蚣?jí)粉煤灰前面用的是原狀灰而第三次調(diào)整配合比時(shí)用的是磨細(xì)灰，原狀灰與磨細(xì)灰相比：顆粒表面差異較大，原狀灰表面光滑，而磨細(xì)灰表面更粗糙，呈蜂窩狀，使得磨細(xì)灰對(duì)外加劑吸附作用相對(duì)明顯，從而增加外加劑用量。

自密實(shí)混凝土配合比因原材料的變化而調(diào)整。要求現(xiàn)場(chǎng)的原材料相對(duì)穩(wěn)定，水泥、粉煤灰、外加劑比較容易做到，關(guān)健粗細(xì)骨料因石料質(zhì)地的不均勻性，生產(chǎn)出來(lái)的粗細(xì)骨料級(jí)配、細(xì)度模數(shù)會(huì)產(chǎn)生變化，這意味自密實(shí)混凝土配合比也是一個(gè)動(dòng)態(tài)控制的過(guò)程。為了確保自密實(shí)混凝土的質(zhì)量，配合比要事前控制，控制的原則是：水泥、粉煤灰、外加劑要求為同一產(chǎn)家同一生產(chǎn)線，粗細(xì)骨料要求為同一料場(chǎng)原料同一機(jī)械生產(chǎn)線；混凝土拌合之前，必須對(duì)粗細(xì)骨料進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)配合比進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的配合比進(jìn)行試拌，滿足V型漏斗通過(guò)時(shí)間和擴(kuò)展度，方可進(jìn)行混凝土入倉(cāng)澆筑。

黃沙坑水庫(kù)大壩目前大壩自密實(shí)混凝土澆筑量已完成4.06萬(wàn)m3,經(jīng)混凝土壩體鉆孔取芯強(qiáng)度檢測(cè)和壓水試驗(yàn)，強(qiáng)度、滲透率滿足要求，自密實(shí)混凝土強(qiáng)度均在24. MP以上，滲透率在0.163Lu～0.327Lu之間。從檢驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，各配合比均能滿足自密實(shí)混凝土的設(shè)計(jì)要求，這說(shuō)明自密實(shí)混凝土配合比雖然是動(dòng)態(tài)，調(diào)整比較麻煩，但可以掌控。

5 結(jié)語(yǔ)

自密實(shí)混凝土的配合比，關(guān)系到自密實(shí)混凝土堆石的質(zhì)量與推廣應(yīng)用。通過(guò)對(duì)福建明溪黃沙坑水庫(kù)大壩自密實(shí)混凝土對(duì)配合比的計(jì)算、施工過(guò)程調(diào)整控制，配合比相對(duì)應(yīng)的自密實(shí)混凝土強(qiáng)度，自密實(shí)混凝土堆石體的檢測(cè)，質(zhì)量全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求。充分表明自密實(shí)混凝土配合比是可以控制和掌握，有效解決的自密實(shí)混凝土配合比，為自密實(shí)混凝土這一新技術(shù)新工藝在水利工程的推廣奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。陜西水利

（責(zé)任編輯：唐紅云）

TU528

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