基于流變性能的C50自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究

白皓

摘要：自密實(shí)混凝土具有較好的流動(dòng)性、均勻性和穩(wěn)定性，它能依靠自重通過(guò)鋼筋空隙、填充模板，而且無(wú)需振搗，但自密實(shí)混凝土對(duì)工作性能的要求較高。采用坍落擴(kuò)展度（SF）表征自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性能，以坍落擴(kuò)展度達(dá)500mm所需的時(shí)間（T500）和V漏斗時(shí)間（VF）表征自密實(shí)混凝土的抗離析性能，通過(guò)對(duì)初始配合比不斷進(jìn)行優(yōu)化，得到SF大于640mm、T500介于2s至6s、VF介于5s至25s、28天標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度達(dá)50Mpa的性能優(yōu)異的C50自密實(shí)混凝土。

關(guān)鍵詞：C50;自密實(shí)混凝土;工作性能;流變性

引言

自密實(shí)混凝土（簡(jiǎn)稱SCC）是一種特殊的混凝土，它能夠依靠重力作用通過(guò)鋼筋密集的地方、填充模板，SCC相較于普通混凝土具有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如在施工過(guò)程中無(wú)需人工振搗，節(jié)約勞動(dòng)力，降低施工噪音，提高澆筑施工的速度，保證施工質(zhì)量，因此，SCC被廣泛應(yīng)用于道路、橋梁和水工建筑物等工程中[1，2]。

然而，自密實(shí)混凝土對(duì)工作性能的要求較為嚴(yán)格，新拌的自密實(shí)混凝土被視為賓漢姆流體，其流變性能為屈服強(qiáng)度和粘度，自密實(shí)混凝土需要具有較高的流動(dòng)性能，即較小的屈服強(qiáng)度，同時(shí)也要有一定的抗離析性能，即具有一定的粘度[3，4]，且需要滿足工程上對(duì)強(qiáng)度的要求。

以坍落擴(kuò)展度（SF）反映自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性能，坍落擴(kuò)展度達(dá)500mm所需的時(shí)間（T500）和V漏斗時(shí)間（VF）表征自密實(shí)混凝土的抗離析性能，通過(guò)對(duì)初始配合比進(jìn)行不斷優(yōu)化，得到SF大于640mm、T500介于2s至6s、VF介于5s至25s、28天標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度達(dá)50Mpa的性能優(yōu)異的C50自密實(shí)混凝土，研究結(jié)果可為工程中制備高性能自密實(shí)混凝土提供參考。

一、試驗(yàn)材料

（1）水泥選用拉法基P·O42.5普通硅酸鹽水泥，符合國(guó)家水泥新標(biāo)準(zhǔn)GB175—1999《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》，密度為3.15g/cm3，比表面積為350m2/Kg;

（2）粉煤灰使用Ⅰ級(jí)粉煤灰，密度為2.55g/cm3;

（3）石子選用具有連續(xù)級(jí)配的（5～20mm）石灰石，表觀密度為2.70g/cm3，堆積密度為1.36g/cm3;

（4）砂選擇具有連續(xù)級(jí)配的（0.075～4.750mm）石英砂，表觀密度為2.60g/cm3;

（5）水使用自來(lái)水;

（6）減水劑為液態(tài)的聚羧酸系高效減水劑，固含量18%。

機(jī)制砂和碎石的粒徑分布曲線如圖1所示。

二、試驗(yàn)方法

自密實(shí)混凝土工作性能試驗(yàn)按CECS203：2006《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[5]進(jìn)行檢測(cè)。用坍落擴(kuò)展試驗(yàn)儀和V形漏斗試驗(yàn)儀測(cè)試自密實(shí)混凝土的SF、T500和VF。

抗壓強(qiáng)度按GB/T50081—2002《普通混凝土學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行檢測(cè)，試件尺寸為100mm×100mm×100mm立方體。

三、試驗(yàn)結(jié)果及分析

1. 初始配合比設(shè)計(jì)

C50自密實(shí)混凝土的初始配合比設(shè)計(jì)參照 CECS203：2006《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[5]。根據(jù)實(shí)際工程要求，確定 C50 自密實(shí)混凝土拌合物的工作性能需要滿足：坍落擴(kuò)展度（SF）大于640mm、T500介于2s至6s、V漏斗時(shí)間介于5s至25s。

采用固定砂石體積含量計(jì)算法[6]來(lái)設(shè)計(jì)C50自密實(shí)混凝土初始配合比，該方法按以下步驟進(jìn)行配合比計(jì)算：

（1）固定每立方混凝土中粗骨料的體積VG=316L;假設(shè)每立方混凝土的空氣含量為20L;

（2）每立方砂漿的體積Vm=1000-316-20=664L;砂率（砂占砂漿的體積比）設(shè)置為0.48;

（3）水粉比VW/VP選擇0.96，粉煤灰替換10%（體積比）的水泥;

（4）減水劑摻量根據(jù)拌合狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，確保流動(dòng)度滿足要求，最終確定減水劑摻量，并將減水劑中的水折算如水粉比中，獲得真實(shí)的水粉比。

根據(jù)原材料密度，計(jì)算所得初始配合比如表1所示。

根據(jù)初始配合比，進(jìn)行坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)、T500試驗(yàn)、VF試驗(yàn)，擴(kuò)展度試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，SF為680mm，此外，測(cè)得T500為8.0s，VF為186.0s。

對(duì)于SCC，SF反映流動(dòng)性能，T500和VF反映黏性。當(dāng)SF大于640mm，T500處于2s至6s，同時(shí)V漏斗時(shí)間在5s到25s之間時(shí)，SCC的工作性是符合標(biāo)準(zhǔn)的，即具有足夠的流動(dòng)性以達(dá)到自密實(shí)效果同時(shí)也具有足夠的黏性保證不發(fā)生泌水、離析等現(xiàn)象。當(dāng)T500小于2s，且VF小于4s時(shí)，SCC沒(méi)有足夠的黏性，有離析的風(fēng)險(xiǎn)。相反，如果T500大于6s，且VF超過(guò)25s，則表明SCC非常粘稠或已嚴(yán)重離析導(dǎo)致砂漿與骨料分離。

由試驗(yàn)結(jié)果知，T500和VF值均超過(guò)規(guī)定的指標(biāo)，表明SCC粘度過(guò)大，故需要對(duì)初始配合比進(jìn)行調(diào)整。

2. 配合比調(diào)整

由于SCC的黏性過(guò)大，即水泥漿體無(wú)法包裹住骨料，有離析的風(fēng)險(xiǎn)，因此通過(guò)降低粗骨料摻量、降低砂率，進(jìn)行配合比調(diào)整;第二組固定每立方SCC中粗骨料體積為312L，砂率設(shè)置為0.47;第三組固定每立方SCC中粗骨料體積為300L，砂率設(shè)置為0.46;此外，考慮到強(qiáng)度的需求和節(jié)約成本，在第三組的基礎(chǔ)上，降低水粉比，同時(shí)提高粉煤灰替換水泥的比例，最終調(diào)整后的三組配合比如表2所示。

根據(jù)調(diào)整后的三組配合比，進(jìn)行坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)、T500試驗(yàn)、VF試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)照片如圖3所示。

3. 最終配合比確定

由試驗(yàn)結(jié)果知，對(duì)于第二組SCC，SF小于640mm，且T500和VF均超過(guò)指標(biāo)要求，故流變性能不合格;第三組和第四組的SCC，均滿足指標(biāo)，保留第三組和第四組的標(biāo)準(zhǔn)抗壓試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)28天后，測(cè)試其28天標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。表4中，fc為28天標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度。

由試驗(yàn)結(jié)果知，第三組和第四組的SCC，28天標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度均能達(dá)到50Mpa，但第四組SCC的水泥使用量少于第三組，且粉煤灰摻量高于第三組，第四組SCC具有更低的水化熱，較好的耐久性，故選擇第四組配合比為最終配合比。最終配合比如表5所示，其工作性能及力學(xué)性能如表6所示。

四、結(jié)論

（1）配制C50自密實(shí)混凝土，應(yīng)首先根據(jù)實(shí)際工程的指標(biāo)需求，保證SCC的工作性能滿足擴(kuò)展度要求、擴(kuò)展時(shí)間T500要求、V漏斗時(shí)間要求，然后，按照設(shè)計(jì)步驟計(jì)算初始配合比;

（2）粗細(xì)骨料的摻量是影響自密實(shí)混凝土工作性能的一個(gè)重要參數(shù)，當(dāng)粗細(xì)骨料摻量較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致SCC黏性過(guò)大，需要降低粗骨料的摻量、減小砂率;

（3）強(qiáng)度和工作性能滿足要求時(shí)，可以選擇水泥量較小，粉煤灰摻量較大的配合比，對(duì)減少水化熱、降低成本、增加耐久性有一定的幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]王秋芳，趙琦.自密實(shí)混凝土的配制及性能研究進(jìn)展[J].福建建材，2020（03）：25-27+84.

[2]鄒揚(yáng)，羅懷春，周元鑫，劉斌，周星.自密實(shí)混凝土的研究進(jìn)展[J].江西建材，2019（06）：3+5.

[3]吳瓊.凈漿流變性對(duì)自密實(shí)混凝土工作性能的影響[J].混凝土，2015（09）：64-68.

[4]顧海朋，魏群，李固華，張龍生.當(dāng)量粉體體積對(duì)自密實(shí)混凝土工作性能的影響[J].工業(yè)建筑，2014，44（S1）：920-922.

[5]自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程：CECS203：2006[S].

[6]張后禪. 機(jī)制砂自密實(shí)混凝土配制方法及應(yīng)用技術(shù)研究[D].浙江大學(xué)，2012.