高強度自密實混凝土配制試驗

自密實混凝土也稱免振搗或自流平混凝土。具有高流動、抗離析、自填充密實等優良特性，其拌和物能夠在不經振搗，完全依靠自重的作用下，就可以通過一定密度的鋼筋區，填充滿模板，達到充分密實且不會產生蜂窩、麻面和內部空洞等質量問題，使其獲得了優良的工作性、力學性和耐久性能。從而滿足了復雜形狀、配筋密集、不易振搗的澆筑部位以及各種特殊工程結構混凝土（如水下、海底、輻射等）施工需要。

近幾年來，隨著國內建筑業的高速發展，高強度的自密實混凝土發展快速，應用領域在不斷拓展，一些橋梁工程和工業工程中的鋼管混凝土及鋼筋密集的框架梁柱、預制構件都使用了自密實混凝土，其應用前景十分廣闊。但是由于高強度自密實混凝土拌和物高粘度性，常常降低了它在混凝土結構中的流動度、自填充密實等工作性能，所以降低高強度自密實混凝土的粘度使其獲得優良的工作性，始終是混凝土技術研究方向之一。

本文主要從砂石的選擇、外加劑與水泥的適應性、摻合料的選用及摻量、配比的優化調整等方面通過多次的試驗來解決混凝土的高強度、大粘度等問題，使其拌和物獲得高流動、抗離析、自填充密實等優良特性并對混凝土力學性能和耐久性能進行了檢測和驗證。

1 自密實混凝土配制技術要求

自密實混凝土分為1～3級，對于一般的鋼筋混凝土結構物及構件可采用自密實性能等級二級。本試驗要求配制出C60二級和C70二級自密實混凝土，要求混凝土拌和物工作性良好。混凝土拌和物坍落擴展度650±50mm；T503～20 s；V漏斗通過時間 7～25 s，混凝土硬化后28 d強度滿足C60～C70設計要求，耐久性良好。

2 原材料的選擇

2.1 水泥

首先要選擇28 d活性指數高的水泥；其次，在使用大量摻合料的情況下，硅酸鹽類水泥更適合配制自密實混凝土。所以選擇了冀東盾石P.O52.5低堿水泥進行自密實混凝土配制，其技術指標見表1。

表1 冀東盾石P.O52.5低堿水泥主要技術檢測指標

2.2 集料

首先應選質地堅硬、級配良好的碎石，最大公稱粒徑不宜大于20.0mm。最好采用致密的花崗巖、輝綠巖、玄武巖等做骨料。本試驗采用的是薊縣碎石（玄武巖），最大粒徑為16.00mm，含泥量0.42%，針片狀含量3.6%，壓碎指標4.8%。

細集料采用潔凈的綏中河砂，細度模數宜為2.6，含泥量1.0%，泥塊含量≯0.3%.

2.3 礦物摻合料

摻入大量的活性礦物摻合料是非常必要的。自密實混凝土漿體含量較大，如果膠凝材料中水泥用量過多則會引起混凝土早期水化放熱較大，混凝土收縮大，不利于混凝土的耐久性和體積穩定性；而混凝土中摻入優質的活性礦物摻合料不僅可以克服這些缺陷，還可以改善混凝土拌和物的流動性，降低泌水率，提高粘聚性及混凝土的后期強度。主要采用粉煤灰、高爐?；V渣粉、硅粉3種摻合料進行試驗。

1）結合本地材料的特性，采用軍糧城電廠的Ⅰ級F類粉煤灰進行自密實混凝土試驗，其細度8.6%；需水量比95%。

2）采用唐山連強利生產的S95?；郀t礦渣粉，比表面積450m2/kg；流動度比98%；活性指數7 d達到76%，28 d達到 104%。

3）硅粉是電爐生產工業硅或硅鐵合金的副產品，是一種人工的火山灰質材料。硅粉中含有93%左右的SiO2，其顆粒細，活性強。在高強自密實混凝土中摻入適量的硅粉，可以改善混凝土泌水、扒底的現象，提高混凝土的強度、密實性。本試驗采用鞍美實業公司生產的硅粉，其比表面積16 000m2/kg。

4）高效減水劑是配制自密實混凝土關鍵成分，由于自密實混凝土要求具有較大的流動度，良好的粘聚性，所以宜選擇減水率高、保水性好的聚羧酸系高效減水劑，同時所用的外加劑要與水泥有良好的適應性。在試驗首先采用了聚羧酸系減水劑J1、J2對冀東盾石P.O52.5低堿水泥進行了適應性檢測見表2。

表2 外加對水泥適應性檢測

經過對聚羧酸系減水劑J1和J2與冀東盾石P.O52.5低堿水泥適應性的檢測對比，選用津航廠的J2型聚羧酸系高效減水劑。它具有高效、低堿、低摻量等特點，能非常明顯地改善混凝土的流動性及粘聚性，其減水率27%；堿含量 1.1%。

3 C60、C70自密實混凝土設計配制

3.1 初期試拌配合比確定

在C60、C70高強混凝土設計配制中，其按配制強度 fcu28≥1.1fcu設計，首先進行了 0.35、0.36、0.34、0.32、0.30、0.28、0.26七種水膠比混凝土的試配及28 d強度檢測，見表3。

表3 各配比的28 d強度檢測數據

3.2 初期配比設計及性能檢測

根據表3，確定0.35水膠比為C60自密實混凝土的初期試拌配合比，0.30水膠比為C70自密實混凝土的初期試拌配合比，在此基礎上進行配比的其余參數的調整并對其拌和物進行相應的自密實性能試驗對比，見表4。

表4 C60、 C70自密實混凝土初期試拌配合比工作性能檢測

由表4發現，隨著外加劑摻量的增大，混凝土拌和物的擴展度也在增大，當外加劑摻量增大到一定量后，擴展度增加量基本趨于穩定；這時如果繼續增加外加劑摻量，混凝土拌和物粘度降低，局部還會出現石子堆積現象。因此可以確定C60混凝土拌和物擴展度自密實二級性能要求時，J2高效減水劑的摻量1.4%為最佳摻量；C70混凝土拌和物擴展度自密實二級性能要求時，J2高效減水劑的摻量2.1%～2.2%為最佳摻量；外加劑摻量一定、膠凝材料總量一定時，隨著膠凝材料中水泥用量的遞減，混凝土拌和物漏斗通過時間也呈縮減趨勢。這說明適量的調整水泥用量，可以減小拌和物的粘度，縮短漏斗通過時間。

3.3 C60、C70自密實設計配合比的調整和確定

在滿足混凝土各項技術指標的同時，盡可能地追求成本最小化。綜合各方面的因素考慮，表4中的C60.8試配和C70.4試配基本上滿足了上述各項指標，但考慮到兩配比中粗骨料單位體積用量不符合自密實混凝土配比設計規程中密實性能二級0.30～0.33范圍要求，故調整確定C60、C70自密實混凝土配合比，見表5（混凝土含氣量按3%考慮）。

表5 C60、C70自密實混凝土配比 kg/m3

按照配比設計規程對表5中C60、C70自密實混凝土配比進行校核，見表6（原材料表觀密度：ρc=3.1 kg/m3；ρf=2.2 kg/m3；ρk=2.9 kg/m3；ρsi=2.33 kg/m3；ρs=2.6 kg/m3；ρG=2.9 kg/m3）

表6 C60、C70自密實混凝土配比計算值與標準推薦值對比

由表6可以看出，C60、C70自密實混凝土配比技術指標滿足設計規程要求。

3.4 C60、C70混凝土自密實混凝土工作性能檢測

對表5中的C60、C70自密實混凝土配比進行試配，驗證拌和物工作性檢測指標均滿足了自密實性二級要求，混凝土工作性良好，檢測結果見表7。

表7 C60、C70自密實混凝土工作性能

3.5 C60、C70自密實混凝土力學性能檢測

重復進行了3次立方體抗壓強度試驗，以驗證該配比的穩定性。同時進行了該配比的劈裂抗拉強度試驗。試驗結果見表8。

表8 C60、C70混凝土強度檢測 MPa

由表8可以看出，采用以上原材料和配合比配出的C60、C70自密實混凝土，28 d抗壓強度穩定≥1.15fcu滿足強度設計要求。

3.6 C60、C70高強混凝土耐久性能試驗

混凝土抗滲性能和抗凍性能是反映混凝土耐久性能的重要指標。試驗表明，其抗滲等級可達到P25以上，密實性良好；凍融等級高于D150。

4 結論

本試驗確定的C60、C70自密實混凝土配合比經試拌，檢測驗證：

1）拌和物工作性檢測指標均滿足了標準自密實性二級要求，混凝土工作性良好；

2）28 d抗壓強度穩定≥1.15fcu，滿足強度設計要求；

3）抗滲等級可達到P25以上，密實性良好，凍融等級高于D150。

以上結果滿足C60、C70自密實混凝土二級配制技術要求。

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