自密實混凝土配合比設計方法研究

郭 雯 張寧寧

近幾年來，自密實混凝土在我國逐漸得到應用和推廣，所以我們必須花大力氣研究自密實混凝土的性能，科學的配制自密實混凝土。本文主要對自密實混凝土配合比設計方法進行討論和總結。從我國自密實混凝土研究的文獻上看，配合比計算方法一般有以下幾種，下面就這些方法進行簡要的介紹和總結。

1 簡易配合比設計方法[1]

1)選定密實因數PF，計算粗、細骨料用量;2)根據混凝土配制強度計算水泥用量;3)選定水灰比，計算水泥用水量;4)計算礦物摻合料用量;5)計算總用水量。

這種方法新穎獨特，簡單易行。砂率較大而粗骨料和膠凝材料用量較少，這有利于提高混凝土的流動性和穿越鋼筋間隙的能力，而且節約成本。但該方法只適于配制中低強度自密實混凝土。

2 全計算法[2]

其簡要計算步驟如下:1)確定試配強度;2)確定水膠比;3)計算用水量;4)計算膠凝材料用量;5)計算砂率及粗、細骨料的用量;6)確定外加劑摻量。

該方法是一種定量設計法，它推導出了高性能混凝土單方用水量和砂率的計算公式。采用該方法往往砂率較小而粗骨料用量較多，可以節省膠凝材料，但對拌合物的流動性不利。

3 固定砂石體積含量方法

這種方法我國吳中偉院士和其他學者都曾做過介紹[3]，其簡要計算步驟如下:1)設定每立方米混凝土中石子的松堆體積為0.5 m3～0.55 m3，得到石子用量和砂漿含量;2)設定砂漿中砂體積含量為0.42～0.44，得到砂用量和漿體含量;3)根據水膠比和膠凝材料中的摻合料比例計算得到用水量和膠凝材料總量，最后由膠凝材料總量計算出水泥和摻合料各自的用量。但水膠比和摻合料的用量如何確定沒做具體規定。

實際上，這也是一種基于經驗設計配合比的方法。日本、荷蘭、法國、瑞典等國都有過類似的方法，EFNARC對此制訂了詳細的規范和指南，其中的配合比設計程序較國內同類方法更為詳細:

1)確定含氣量:一般為0.2%;有抗凍性要求時，確定更高含氣量(4%～6%);2)確定粗骨料體積:一般占總體積的28%～35%，松散體積為50%～60%;3)確定砂含量:砂的最佳體積含量為砂漿體積的40%～50%，決定于凈漿性能;4)確定凈漿的組成:凈漿的最佳組成為:水泥+粉煤灰+硅灰，可充分利用不同微粒特性，獲得最佳性能。水膠比根據強度、耐久性和抗滲性要求決定，水膠比體積比一般介于0.8～1.0之間，最佳比例需要通過砂漿流動度和V形漏斗試驗來分析確定。目標值為:流動度達到24 cm～26 cm，漏斗流空時間達到7 s～11 s。

該方法與前述各種方法的最大區別在于，在保證強度的基礎上，體現了按工作性要求設計自密實混凝土的原則。

4 改進的全計算法[4]

1)確定自密實混凝土配制強度;2)確定自密實混凝土的水膠比;3)計算石子用量;4)計算砂用量;5)計算用水量;6)膠凝材料組成與用量的計算;7)由混凝土流動性、填充性、間隙通過性和抗離析性要求確定高效減水劑的用量。

該方法中仍通過用水量計算公式將漿體體積與傳統的水膠比聯系起來，混凝土配合比的參數可全部定量按公式計算，計算公式和步驟簡單，公式的物理意義明確。

5 參數設計法

該方法是天津大學提出的自密實混凝土配合比設計方法[1]，下面做一些簡要的介紹:

其中共涉及四個參數:粗骨料系數α用于計算石子用量;砂撥開系數β用于計算砂用量;摻合料系數γ和水膠比W/B反映了漿體的組成，聯立方程可以得到各材料的具體用量。高效減水劑的用量視拌合物的工作性而定，不參與配合比計算，但其中的含水量應在計算所得的用水量中予以扣除。

在這四個參數中，α，β分別體現了粗、細骨料對于混凝土性能的不同影響，它們同時還決定了砂率值、漿骨比和砂在砂漿中的體積含量，這就比單獨使用上面三個參數意義更豐富，控制作用更強。α，β的取值根據骨料質量(如粒徑、顆粒形態、級配、細度模數等)和水膠比的變化而變化，這比固定砂、石體積含量法更符合實際情況。

6 四層體系設計法

這種方法由東南大學依據“最大堆積密實度理論”[5]，將自密實混凝土看成由固液兩相組成的四層體系。由圖1可以看出，自密實混凝土需要的組成材料顆粒從小到大的順序。

圖1 自密實混凝土需要的組成材料顆粒從小到大的順序

該方法擬以固定砂石體積含量的計算方法為基礎，采用設定單方混凝土中粗集料用量和砂漿中砂子體積含量范圍，根據“最大堆積密實度原理”，提出改進的固定砂石體積含量理論計算法。其配合比設計步驟和公式如下:

1)配制強度;2)水膠比;3)計算每立方米混凝土粗骨料用量和粗骨料密實體積;4)計算每立方米混凝土砂漿密實體積、砂密實體積、膠結材料漿體密實體積;5)計算每立方米混凝土砂用量;6)計算膠凝材料的表觀密度;7)計算水和膠凝材料的密實體積;8)計算 1 m3混凝土中各材料用量(重量)。

7 骨料比表面法配合比設計步驟

該方法是浙江大學根據骨料比表面法和富余漿量理論研究[6]，確定了如下自密實混凝土配合比設計步驟:1)確定石子用量。單位石子絕對體積取0.28 m3～0.35 m3。2)測定石子、砂子的表觀密度、堆積密度并計算空隙率。計算砂率，砂的富余系數取1.20～1.25。3)計算骨料比表面積。4)計算骨料的總表面積。石子的比表面積由石子的計算比表面積乘以比表面積修正系數，石子的比表面積修正系數取1.0～1.15。5)確定自密實混凝土的配制強度。6)確定自密實混凝土的水膠比。7)根據石子和砂子的質量、表觀密度、堆積密度、骨料的總表面積及自然粘附于骨料表面的水泥漿層厚度，計算漿體體積、填充體積、包裹體積。8)計算水泥漿富余系數。水泥漿富余系數建議取值范圍為1.5～1.56。9)確定膠凝材料用量。確定礦物摻合料摻量，結合水膠比，根據體積法計算可得膠凝材料用量。10)確定單位用水量。由膠凝材料用量和水膠比，可得自密實混凝土的單位用水量。11)確定高效減水劑用量。高效減水劑種類和用量根據外加劑與水泥相容性試驗及水泥砂漿減水率試驗確定。

該方法制作的自密實混凝土收縮性能、抗氯離子滲透性能、抗碳化性能均較優，并且有良好的抗滲性能。該方法考慮到了骨料的性能，計算所得的配合比較合理，而且可以降低成本。

綜上所述，各種混凝土配合比設計方法各有其針對性和側重點，配制自密實混凝土不能照搬照抄。但其中有許多設計思想值得借鑒，認真對比各種方法的優缺點，取長補短，因此，應用更廣泛、更合理的自密實混凝土配合比設計方法還有待進一步探索。

[1] 吳紅娟，左金庫.自密實混凝土配合比設計方法研究[J].混凝土，2008(6):17-18.

[2] 陳建奎，王棟民.高性能混凝土(HPC)配合比設計新法——全計算法[J].硅酸鹽學報，2000(4):51-52.

[3] 吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中國鐵道出版社，1999.

[4] 余志武，潘志宏，謝友均.淺談自密實高性能混凝土配合比的計算方法[J].混凝土，2004(7):48.

[5] 馬冬梅，吳文清，秦鴻根.自密實高強混凝土的配制原理和配合比設計方法研究[J].中外公路，2008(4):25-26.

[6] 王海娜.自密實混凝土的骨料比表面法配合比設計及其基本性能研究[D].杭州:浙江大學碩士學位論文，2007:17-25.

[7] 白震偉.自密實混凝土的研究與應用初探[J].山西建筑，2007，33(13):165-166.