固定體積法設計自密實混凝土配合比

鄒杰明 樊 俊 萬夏昊 楊先成

(南昌航空大學土木建筑學院，江西南昌 330063)

0 引言

隨著經濟社會的繁榮，現代科技的進步，建筑行業得到了快速的發展，許多復雜工程對建筑施工混凝土的要求越來越高，這促使擁有良好工作性能和力學性能的自密實混凝土在土木建筑工程領域被應用并得到推廣。自密實混凝土(Self-Compacting Concrete，簡稱SCC［1］，也稱免振搗混凝土)不需要機械振搗即可在自身的重力作用下自由流動，同時具有良好的粘聚性、不離析、不滲水、強度高、便于施工的優良特性，從而帶來其他建材無法比擬的經濟效益、環境效益和社會效益。

20世紀80年代日本東京大學崗村甫教授研究室率先提出SCC的概念并研制成功，由崗村甫教授提出的固定砂石體積法是應用最早、最廣的自密實混凝土配合比設計方法［2］，作為一種指導方法其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理。國內在自密實混凝土研究方面起步較晚，雖然近幾年有較大進步但是國內在自密實混凝土的配制技術上各不相同，行業內沒有統一認可的設計方法。因此，混凝土配合比設計方法迄今為止依然是混凝土材料與工程技術研究的一個重點［3-5］，本文就已有成果在現有研究范圍內，提出固定體積法設計自密實混凝土的詳細設計方法，并通過試驗驗證了其簡易合理性與生產實用性。

1 固定體積法設計配合比思路

水、膠凝材料和粗細骨料等原材料是混凝土的主要組成部分，但自密實混凝土與其他普通混凝土相比又有很大區別，自密實混凝土都有較大的漿骨比，膠凝材料用量大、骨料用量較小，其配合比對拌合物施工性能會產生直接影響。粗骨料和砂的含量直接影響混凝土的強度、耐久性、流動性等性質，通常認為粗骨料的體積含量和砂在砂漿中的體積含量是影響拌合物流動性的重要參數，因此通過固定體積法設計自密實混凝土配合比將有效的保證其各項性能，實現自密實高性能。

國內吳中偉院士等專家學者早已對自密實混凝土砂石固定體積法有了介紹［6］，固定體積法設計自密實混凝土就是把自密實混凝土工作性能放在首要地位［7，8］(見圖1)。JGJ T283-2012自密實混凝土應用技術規程中就是運用固定砂石法設計配合比，按照固定體積法設計流程配制出滿足工作性能和力學性能要求的自密實混凝土。

2 自密實混凝土設計目標

遵照JGJ T283-2012自密實混凝土應用技術規程，通過試驗配比得到C35 SF2自密實混凝土，保證流動性、粘聚性、抗離析性、不泌水強度高等多項性能達到要求的同時注重經濟效益。性能指標如下:坍落度大于260 mm;坍落拓展度達到660 mm～755 mm;擴展時間T500≥2 s;V漏斗通過時間7 s～25 s;坍落拓展度與J環拓展度差值0≤PA2≤25 mm。

圖1 自密實混凝土中配合組分的確定

3 原材料與設計技術流程

本試驗采用的材料有:1)水泥:海螺牌 P.O42.5，堆積密度1.6 g/cm3;2)礦物摻合料:Ⅰ級粉煤灰，密度2 200 kg/m3;3)粗骨料:石子，5 mm～20 mm連續級配的碎石，級配良好，石子表觀密度:2.45 g/cm3～2.55 g/cm3;4)細骨料:中砂，級配良好;5)外加劑:聚羧酸減水劑;6)水:普通自來水。

表1 基準配合比 kg/m3

根據固定體積法設計技術流程(見圖2)，首先固定粗細骨料的體積，粉煤灰占膠凝材料總量的20% ～30%;流程圖中ρg為粗骨料的表觀密度，kg/m3;ρs為砂的表觀密度，kg/m3;ρm為礦物摻合料的表觀密度，kg/m3;ρc為水泥的表觀密度，kg/m3;β為每立方米混凝土中礦物摻合料占膠凝材料的質量分數，%，粉煤灰β≤0.3;σ=5 MPa;γ為礦物摻合料的膠凝系數，粉煤灰取0.4;Va為每立方米混凝土中引入空氣的體積，本試驗為非引氣型取10 L～20 L;α為每立方米混凝土中外加劑占膠凝材料總量的質量百分數。

圖2 配合比設計技術流程

4 固定體積法設計自密實配合比算例

按照固定體積法設計技術流程設計出了SCC35的配合比，再以流程設計出來的配合比為基準配合比(如表1所示)，同時采用單一變量法設立多組不同水膠比(依次增加或減少0.02，如表2所示)，研究其工作性能的變化規律并確定水膠比以尋找最佳配合比。

實驗全過程操作均按照技術規程實行，從以上的試驗數據看出，水膠比的改變對自密實混凝土工作性能有著不同程度的影響，雖然拌合物流動性能基本都能達到指標，但與基準配合比相比存在差距。在三組試驗中:當水膠比為0.48時其坍落度最大且T500的時間短，流動性較好但其抗離析性能差，有滲水現象，因而不適合工程施工材料要求;水膠比為0.44時無離析和滲水但其坍落度最小，流動性差;根據三組對比試驗可以看出按照固定體積法設計的基準配合比(水膠比為0.46)的自密實混凝土流動性較好而且抗離析性能好，沒有滲水。

故從整體工作性能考慮，可以確定基準配合比配制的自密實混凝土已達到設計目標。

5 結語

固定體積法設計自密實混凝土配合比是對配合比設計方法的充實和探究，提出一種我們能運用最基礎最廣泛最簡易可靠的方法，具有明顯的實用性。通過試驗可以發現各材料用量的不同會對自密試混凝土性能有較大影響，理論分析以及試驗驗證得出最終C35自密實混凝土的最佳配合比的摻合量，在保證各項自密實性能達到SF2同時，配制出28 d抗壓強度為46.7 MPa，力學性能良好。

建筑行業的高速發展增大了自密實混凝土的需求空間，大量建筑市政工程采用自密實混凝土，因此我們更要重視配合比用量(或其他外加劑)對建筑物的使用壽命和服役期內的安全性影響，保證力學性能。同時還需要解決好配合比對自密實混凝土的美觀性(孔隙率大小)等方面的影響，進行更多的試驗和工程實踐以便全面的探索研究。

［1］JGJ T283-2012，自密實混凝土應用技術規程［S］.

［2］陳春珍，張金喜，陳煒林，等.自密實混凝土配合比設計方法適用性的研究［J］.混凝土，2009(12)：83-86.

［3］M.M.Rahman，M.Usman，Ali A.Al-Ghalib，et al.Fundamental properties of rubber modified self-compacting concrete(RMSCC) ［J］.Construction and Building Materials，2012(36)：630-637.

［4］余志武，潘志宏，謝友均，等.淺談自密實高性能混凝土配合比的計算方法［J］.混凝土，2004(1)：54-57，67.

［5］汶向前，王稷良，單俊鴻，等.自密實混凝土配合比設計方法的對比試驗研究［J］.混凝土，2011(12)：103-105，115.

［6］吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土［M］.北京：中國鐵道出版社，1999.

［7］吳紅娟.自密實混凝土配合比設計方法研究［D］.天津：天津大學，2005.

［8］郭玉峰，李棟國，王 敏，等.自密實混凝土配合比的工藝性試驗研究［J］.長春工程學院學報(自然科學版)，2008，9(2)：7-10.