淺談自密實混凝土配合比計算方法

王立保 郭棟 楊靜

1 自密實混凝土配合比特點

自密實混凝土的配合比應滿足拌合物施工性能的要求。因此,與相同強度等級的普通混凝土相比,有較大的漿骨比;砂率較大;細摻料總量大的特點。自密實混凝土配合比的確定是以上各參數和新拌自密實混凝土工作性、硬化混凝土力學性能和耐久性等諸性能間矛盾的統一。粗骨料用量多時,流動性大,而抗離析性很難滿足要求,砂率大,有利于施工性而不利于彈性模量;水膠比大,有利于流動性,而不利于強度和耐久性等等。因此,與普通混凝土配合比設計不同的是,需要根據上述矛盾的統一,確定粗細骨料的最合適用量。

2 自密實混凝土配合比計算方法

2.1 全計算法及其特點

全計算法通過建立普遍適用的混凝土體積模型,經推導得出高性能混凝土單方用水量(kg/m3)和砂率 SP(%)的計算公式。這兩個公式結合傳統的水灰比定則,同時在此基礎上通過復合超塑化劑配方的設計,求出外加劑的摻量,即可定量確定混凝土各組成材料用量,實現高性能混凝土的全計算配合比設計。

實踐證明,全計算法可以用于大多數高性能混凝土的配合比設計,但用于自密實混凝土配合比設計時,存在一定的缺陷。

由于自密實混凝土對流變性能要求很高,使得自密實混凝土配合比中應當有較小的粗骨料體積含量和足夠的砂漿,全計算法的漿骨比不能滿足要求。全計算法算得的砂率隨用水量的降低而降低,當強度等級高于C30時砂率偏小,石子的松堆體積偏大,導致漿體含量較少。

2.2 固定砂石體積法及其特點

固定砂石體積含量計算法是根據高流動自密實混凝土流動性及抗離析性和配合比因素之間的平衡關系,在試驗研究的基礎上得到的一種能較好適用高流動自密實混凝土的特點和要求的配合比計算方法。這種方法日本預拌混凝土聯合會和吳中偉院士都作過介紹。

主要計算步驟如下:

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用量;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。

3 固定砂石體積含量法算例

3.1 計算步驟

1)設每立方米混凝土中石子松堆體積(VOG=0.5 m3～0.55 m3),根據石子堆積密度(ρOG)計算每立方米混凝土石子用量:

2)根據石子表觀密度(ρG)計算每立方米混凝土中石子密實體積(VG),由1 m3混凝土密實體積減去石子密實體積,得到砂漿密實體積(Vm):

3)設砂漿中砂體積含量為0.42～0.44,根據砂漿密實體積和砂在砂漿中體積含量計算砂的密實體積(VS):

4)根據砂密實體積和砂表觀密度(ρS)計算每立方米混凝土中砂子的用量:

5)從砂漿密實體積中(Vm)減去砂密實體積(VS),得到膠凝材料漿體密實體積(VP):

6)根據混凝土設計強度等級,用強度—水膠比公式計算水膠比(W/B),再根據經驗估算調整水膠比(W/B):

其中,A,B均為回歸系數,分別為0.46,0.07。

7)設摻合料在膠凝材料中的體積含量 VF(%),根據摻合料和水泥的體積比及其各自的表觀密度計算出膠凝材料的表觀密度(ρB):

8)由膠凝材料的表觀密度(ρB)、水膠比(W/B),計算水和膠凝材料的體積比(VW/VB),再根據膠凝材料漿體積(VP=Vm-VS=VB+VW)分別求出膠凝材料和水的體積(VB,VW),再根據各自的表觀密度分別計算膠凝材料總量(B)和水(W)的用量:

9)根據膠凝材料中摻合料的體積含量(根據國外資料和相關試驗數據宜選用30%～60%),分別求出每立方米混凝土中摻合料和水泥的用量。

3.2 計算配合比

按照上述計算方法,設計強度C25強度等級的自密實混凝土配合比經過計算如表1所示。

表1 SCC25混凝土計算配合比(kg/m3,粉煤灰摻量35%)

4 實驗結果

根據上述配合比,按照《自密實混凝土規程》在實驗室條件下進行自密實混凝土試配。采用普通42.5水泥,中砂,連續級配的碎石,適當添加外加劑,試驗結果見表2。

實驗過程中,混凝土拌合物初始有少量泌水和氣泡,60 min后泌水和氣泡均消失,表明滿足工作性能。將混凝土拌合物成型混凝土試塊,放入養護室進行養護,測得7 d強度為28.1 M Pa,28 d強度為33.7 MPa,滿足強度要求。

表2 水膠比變化對SCC25混凝土拌合物工作性的影響 mm

5 結語

固定砂石體積含量計算法計算過程簡單,計算配合比能夠滿足自密實混凝土的工作性能要求和強度要求,是一種比較可靠的自密實混凝土配合比計算方法。

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