自密實高性能混凝土技術性能研究

劉福戰

（河北大地建設科技有限公司）

自密實高性能混凝土技術性能研究

劉福戰

（河北大地建設科技有限公司）

本文采用正交試驗的設計方法從水膠比、砂率、摻合料摻量、碎石比例等幾個方面進行了研究，得出了自密實高性能混凝土配合比設計的參數。進而通過優化配合比，又得出了混凝土的工作參數。同時從抗滲性、抗凍性、碳化、收縮等四個方面對自密實高性能混凝土的耐久性進行了研究。

自密實混凝土；高性能；配合比；耐久性；抗滲性；抗凍性；碳化

隨著建筑技術的不斷改進，原有的“肥梁胖柱”現象已逐漸消失，取而代之的是結構靈巧、造型奇特的新型結構。由于新型結構混凝土強度等級的不斷提高，內部配筋狀況也發生了變化，較密集的配筋布置已成為現實。在這種情況下，如果再用普通混凝土已不能滿足施工要求，而自密實高性能混凝土卻能解決這些難題。它可以通過自流動而充實薄壁混凝土結構和鋼筋密集的結構部位，可以不經振搗即可密實，這樣既解決了混凝土的振搗困難，又消除了施工噪音，因此，這類混凝土極具現實意義，具有廣闊的發展前景。

1 試驗目標

對于自密實高性能混凝土，拌合物的工作性能是研究的重點。分別從流動性、抗離析性、間隙通過性、填充性四個方面考慮。要解決好流動性與抗離析性、間隙通過性與填充性之間的矛盾，混凝土高工作性與硬化后力學和耐久性的矛盾。

具體目標：

（1）研制一種高工作性能的易于泵送施工、不用振搗而自行密實的混凝土。

（2）混凝土的高工作性能能保持較長時間，以滿足遠距離運輸后的施工需要。

（3）混凝土硬化后具有理想的力學性能和耐久性。

（4）采用較常規的原材料和生產工藝，并經濟合理，便于推廣應用。

2 材料選擇

（1）水泥：鹿泉長城礦渣32.5，3d強度19.1MPa，28d強度36.4MPa；

（2）集料：正定中砂，細度模數2.6，含泥量1.2%；

鹿泉碎石5～10mm，10～20mm，含泥量<0.5%，針片狀含量<7.6%；

（3）摻合料：西柏坡電廠粉煤灰，其技術指標見表1。

表1 粉煤灰技術指標

（4）外加劑：采用大新外加劑廠生產的RCMG-5高效泵送劑，建議摻量2.0%～3.5%。為了確定合理摻量，通過改變摻量進行試配，試驗結果見表2。

表2 外加劑技術指標

從試驗結果看出：改變外加劑摻量對混凝土抗壓強度沒有顯著影響，但能有效改變混凝土拌合物的保塑性能，當摻量在3.0%時，混凝土坍落度、擴展度在90min內基本保持不變，故外加劑摻量為3.0%效果最佳。

3 混凝土配合比設計

3.1 正交試驗

選用L9（34）正交表。其因素與水平的安排見表3；L9（34）正交表見表4；試驗結果見表5；L9 （34） 正交設計計算表見表6。

表3 正交設計

通過L9（34）正交計算表可知各因素對混凝土拌合物性能及力學性能的影響順序為：

（1）坍落度為A＞B＞C＞D（主次），最優配合比A1B2C2D1（或A2B2C2D3）。

（2）擴展度為A＞C＞D＞B（主次），最優配合比A1C2D3B3。

表4 正交試驗

表5 正交設計試驗結果

（3）中邊差為B＞D＞A＞C（主次），最優配合比B1D1A1C1（或B2D1A1C1）。

（4）7d強度為A＞B＞C＞D（主次），最優配合比A1B1C2D2。

（5）28d強度為A＞B＞D＞C（主次），最優配合比A1B2D1C2。

（6）56d強度為A＞C＞B＞D（主次），最優配合比A1C2B1D1。

由上述影響順序及最優配合比可以作出綜合評價：

（1）水灰比和砂率對自密實高性能混凝土的坍落度，28d強度影響較顯著，而超細礦渣粉對于后期強度有一定幅度的提高，而且其長期強度的發展程度仍較大。

（2）水灰比、礦渣粉摻量及碎石比例對混凝土拌合物的擴展度影響較顯著，砂率的變化對其影響甚微。

（3）砂率和碎石比例的變化對中邊差有顯著影響。

（4水灰比最好控制在0.40以下，砂率在40%～50%，超細礦渣粉摻量在30%左右，碎石比例3:7較好。

3.2 優化配比

通過正交試驗分析，得出自密實高性能混凝土的配合比方案。為了進一步研究其各項性能指標，在上述試驗的基礎上，又進行了特定配合比研究。主要考慮拌合物的坍落度（包括90min后）、擴展度（包括90min后）、擴展速度、勻質性和抗壓強度等幾個方面。其中擴展速度采用L-800型自密實混凝土流變性能測定儀測定，以流過400mm處所經時間t400(s)為準，勻質性采用混凝土抗離析儀測定，以圓筒法測定1h后拌合物粗骨料分布情況為準。經過大量試驗，其測試結果見表7（自密實混凝土優化配比及實測結果）。

表6 正交設計計算表

分析數據可知：當混凝土拌合物的工作性能控制在坍落度≥240mm，擴展度≥550mm，擴展速度≤20s，中邊差≤25mm，用抗離析儀測定的粗骨料之差控制在±10%時，其流動性、抗離析性和間隙通過性能都已很好，且振搗前后抗壓強度基本一致。這說明優化的配合比其自密實性能已達到最佳狀態，不需要再機械振搗。

表7 自密實混凝土優化配比及實測結果

4 耐久性研究

自密實高性能混凝土在配制過程中摻入了較多的活性摻合料，同時流動性較大，硬化后對混凝土的耐久性是否有影響，值得研究。現從混凝土抗滲性、抗凍性、碳化、收縮四個方面加以考慮。

4.1 混凝土抗滲性

混凝土的抗滲性是耐久性的首道防線，抗滲性好，反映了結構致密，混凝土的密實性是決定抗凍性、抗侵蝕性的主要因素，可以說混凝土結構致密是優良耐久性的保證。

采用不振搗方法制作的抗滲試件，標養28d后進行抗滲試驗，水壓從0.1MPa開始，隔8h增壓0.1MPa，逐級加至2.0MPa，加壓結束，劈開試件測試滲水高度，其結果見表8。從表中可以看出自密實高性能混凝土具有較好的抗滲性能。

表8 抗滲試件

4.2 混凝土抗凍性

采用不振搗方法制作的抗凍試件，標養28d后進行凍融試驗，飽水試件放在-20℃冰箱內凍4h，然后放入20℃水中融化4h，作為一次凍融循環。連續做50次，其試驗結果見表9。

表9 抗凍試件

從表中可以看出，自密實高性能混凝土的強度損失和重量損失均明顯低于規定要求的25%和5%，說明它具有良好的抗凍性。

4.3 混凝土的碳化

由于摻入了較多的超細礦渣粉，因此需對混凝土的抗碳化能力加以研究。碳化試驗試件成型采用不振搗成型方法，尺寸為100mm×100mm×300mm，碳化箱內二氧化碳濃度20±3%，濕度70±5%，溫度20±5℃。試件標養28d后放入碳化箱進行碳化試驗，其結果如表10。

表10 碳化深度

從試驗結果看,自密實高性能混凝土具有較好的抗碳化性能。

4.4 混凝土的收縮

采用不振搗成型方法制作試件，其尺寸為100mm× 100mm×515mm，試件帶模養護2d（摻有礦渣粉，有緩凝作用），拆模后立即粘好測頭，放至標養室養護，試件在3d 齡期時從標養室取出移到恒溫恒濕室（溫度20±2℃，濕度60±5%），測定其初始長度，以后按下列規定時間間隔測量其變形，其變形讀數見表11。

表11 自密實高性能混凝土的收縮性能

從收縮試驗結果看：自密實高性能混凝土由于礦渣粉和外加劑的雙重作用，其收縮較小，且隨著齡期的增長，收縮逐漸趨于穩定。

5 結論

（1）所制自密實高性能混凝土配合比需滿足以下條件：①水灰比≤0.40；②砂率控制在40%～50%；③超細礦渣粉摻量30%左右；④碎石比例3:7。

（2）自密實高性能混凝土工作性能指標必須滿足：①坍落度≥240mm；②擴展度≥550mm；③擴展速度≤20s；④中邊差≤25mm；⑤粗骨料之差控制在±10%以內。

（3）自密實高性能混凝土具備良好的力學性能和硬化后的耐久性能。

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劉福戰（1976-），男，高級工程師，大學本科。

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