自密實(shí)混凝土的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

鄭興民，李青青，陳松玉

（1. 無錫市德濟(jì)商品混凝土有限公司，江蘇　無錫　214200；2. 吳江市潤建商品混凝土有限公司，江蘇　吳江　215200）

自密實(shí)混凝土的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

鄭興民1，李青青1，陳松玉2

（1. 無錫市德濟(jì)商品混凝土有限公司，江蘇無錫214200；2. 吳江市潤建商品混凝土有限公司，江蘇吳江215200）

本文主要從自密實(shí)混凝土的材料選擇、配合比設(shè)計(jì)及實(shí)際工程中的使用情況，來了解自密實(shí)混凝土的特殊性能及不同于普通混凝土的優(yōu)點(diǎn)所在。

自密實(shí)混凝土；坍落擴(kuò)展度；強(qiáng)度

0　前言

自密實(shí)混凝土是指混凝土拌合物在澆筑時(shí)依靠自重不需要振搗的情況下能夠填充配筋密集的模板，并且保持良好均勻性的混凝土。它具有高流動性、均勻性和體積穩(wěn)定性，與同水膠比的普通混凝土相比，自密實(shí)混凝土有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

（1）易于澆筑，施工速度快，提高勞動生產(chǎn)率。

（2）可以改善施工環(huán)境，減少噪聲對環(huán)境的污染。

（3）滿足鋼筋密集、截面狹窄的工程部位的施工。

本文主要從自密實(shí)混凝土的材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、工程實(shí)例與施工注意事項(xiàng)等幾方面入手，闡述了自密實(shí)混凝土的應(yīng)用特性。

1　材料選擇

1.1膠凝材料

水泥宜選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，為了便于混凝土的密實(shí)性和耐久性，在混凝土配合比中使用粉煤灰和礦粉，以此來增加拌合物的黏度，以及混凝土硬化后強(qiáng)度和耐久性。

1.2粗骨料

采用連續(xù)級配，最大公稱粒徑不宜大于 20mm，對于結(jié)構(gòu)緊密、形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)最大公稱粒徑不宜大于 16mm，針片狀含量不大于 8%，含泥量和泥塊含量分別不大于 1.0%、0.5%。

1.3細(xì)骨料

宜采用 Ⅱ 區(qū)中砂，含泥量和泥塊含量分別不大于3.0%、1.0%。

1.4外加劑

聚羧酸高性能外加劑具有摻量低、減水率高，混凝土強(qiáng)度增長快、坍落度損失小、拌合物粘滯阻力小等特點(diǎn)，而且相比較其他高效減水劑，聚羧酸高性能減水劑除了以上功能外，還可以明顯改善混凝土的收縮。因此，聚羧酸高性能減水劑適用于配制自密實(shí)混凝土，尤其在配制高強(qiáng)自密實(shí)混凝土方面表現(xiàn)出更加明顯的優(yōu)勢。

1.5混凝土用水

拌合水、養(yǎng)護(hù)水應(yīng)符合 JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。

2　配合比設(shè)計(jì)

常州中天鋼鐵廠南區(qū)西料場某工程為倒立錐形料斗，混凝土強(qiáng)度等級為 C35，由于鋼筋密集，最小鋼筋間距只有40mm，所以采用了自密實(shí)混凝土澆筑。

2.1原材料

水泥：采用盤固 P·O52.5普通硅酸鹽水泥，初凝136min，終凝 182min，3d 抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度分別為5.8MPa 和 28.2 MPa，28d 抗折與抗壓強(qiáng)度分別為 9.6MPa 和58.0MPa，氧化鎂的含量 2.13%，三氧化硫含量 1.75%，燒失量 1.64%，安定性合格，水泥的表觀密度 ρc為 3150kg/m3。

砂：長江砂，細(xì)度模數(shù) 2.6，0.315mm 篩余量 24%，含泥量 1.8%，泥塊含量 0.5%，屬Ⅱ區(qū)中砂，砂的表觀密度 ρs為 2640kg/m3。

石子：5～16mm 連續(xù)級配，壓碎指標(biāo) 7.8%，針片狀含量 6.4%，含泥量 0.8%，泥塊含量 0.2%，石子的表觀密度 ρg為 2750kg/m3。

粉煤灰：采用夏港電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，0.045mm 篩余量為 12.6%，需水量比 98%，燒失量 2.13%，粉煤灰的表觀密度 ρf為 2250kg/m3。

礦粉：常州中盛 S95 礦粉，比表面積 420m2/kg，28d 活性指數(shù) 103%，礦粉的表觀密度 ρk為 2850kg/m3。

外加劑：采用馬鞍山中海新材料生產(chǎn)的 CNMHP450 聚羧酸系減水劑，密度 1.052g/mL，pH 值為 6.4，減水率 26%。

水：生活用自來水。

2.2目標(biāo)性能要求

因?yàn)殇摻钭钚￠g距為 40mm，斷面尺寸小、形狀復(fù)雜，而且配筋率高，因此自密實(shí)混凝土性能等級選擇 SF2 級，按JGJ/T 283—2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，SF2 的填充性要求自密實(shí)混凝土坍落擴(kuò)展度為 660～755mm，離析率不宜大于 15%。配合比設(shè)計(jì)主要是從混凝土的自密實(shí)性、強(qiáng)度及耐久性等方面去考慮。

2.3配合比的計(jì)算

自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)宜采用絕對體積法，現(xiàn)按照J(rèn)GJ/T 283—2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行相關(guān)系數(shù)的計(jì)算。

（1）粗骨料的用量

SF2 的每立方粗骨料的體積 Vg選擇 0.30～0.33，本配比選擇 Vg= 0.32。

則粗骨料每立方用量 mg=Vg·ρg=880(kg)

（2）細(xì)骨料的用量

砂漿體積 Vm中的砂的體積分?jǐn)?shù)φ可取 0.42～0.45，現(xiàn)取φ=0.45。

則砂的每立方用量 ms=(1-Vg)·0.45·ρs=808(kg)（3）漿體體積 Vp

V=Vm-Vs=(1-Vg)·(1-φ)=0.374(m3)

（4）膠凝材料的表觀密度 ρb

ρb=1/ [βf/ρf+βk/ρk+(1-βf-βk)/ρc]=2914(m2/kg)

其中：βf——粉煤灰占膠凝材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

βk——礦粉占膠凝材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。（5）配制強(qiáng)度 fcu,0

fcu,0=fcu,k+1.645·σ=35+1.645×5=43.225(MPa)其中：σ——標(biāo)準(zhǔn)差，取 5MPa。（6）水膠比 mw/mb

mw/mb=0.42·fce·[1-βf-βk＋(βf＋βk)γ]/(fcu,0＋1.2)=0.47

粉煤灰的膠凝系數(shù) γf=0.4(βf≤30%），礦粉的膠凝系數(shù) γk=0.9(βk≤40%）。粉煤灰和礦粉混摻膠凝系數(shù) γ 在0.4～0.9，本配合比計(jì)算取 γ=0.6。按 JGJ/T 283—2012 的 5.1.2要求，水膠比宜小于 0.45，本次配比計(jì)算取水膠比為 0.44。

（7）每立方混凝土膠凝材料用量 mb

mb=(Vp-Va)/(1/ρb＋mw/mb/ρw)=452(kg )

其中：Va——每立方混凝土引入空氣，取 20L；

ρw——水的表觀密度，取 1000kg/m3。（8）每立方混凝土中水的用量 mwmw=mb(mw/mb)=199(kg)

（9）每立方混凝土中粉煤灰、礦粉和水泥的用量 mf、mk、mc

mf=mb·βf=68(kg) mk=mb·βk=90(kg)

mc=mb-mf-mk=294(kg)（10）外加劑的用量 mcamca=mb·α=5.42(kg)

α為外加劑的摻量，根據(jù)廠方建議，取 1.2%。通過以上計(jì)算，得到計(jì)算配合比見表 1。

表1　試驗(yàn)設(shè)計(jì)配合比　　　kg/m3

2.4試拌

試拌容量為 25L，各種原材料用量及拌合物性能見表 2。所配制混凝土流動性良好，沒出現(xiàn)抓底離析等現(xiàn)象。混凝土各方面的性能均達(dá)到了要求，可直接作為基準(zhǔn)配合比。

表2　試拌配合比及拌合物性能

現(xiàn)采用 3 個(gè)不同的配合比，水膠比在基準(zhǔn)配合比上分別增加和減少 0.02，用水量與基準(zhǔn)配合比相同，砂的體積分?jǐn)?shù)可分別增加或減少 1%。設(shè)置三組配合比混凝土拌合物，其配比及性能見表 3。

表3　三組混凝土配合比及拌合物性能

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，取水膠比為 0.45 完全可以達(dá)到混凝土配制強(qiáng)度的要求。現(xiàn)以水膠比 0.45，通過計(jì)算所得配合比見表 4。

表4　計(jì)算配合比　　　kg/m3

3　工程實(shí)際使用情況

在本次工程的應(yīng)用中，混凝土的各方面性能均達(dá)到了施工的要求，坍落擴(kuò)展度現(xiàn)場為 680mm×680mm，流動性、均勻性均達(dá)到了泵送要求，現(xiàn)場留置的標(biāo)養(yǎng)試塊 28 天強(qiáng)度為46.4MPa，同養(yǎng)試塊 600d·℃ 強(qiáng)度 44.7MPa，均滿足了設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求。拆模后混凝土表面沒有出現(xiàn)窩蜂麻面現(xiàn)象。

工地現(xiàn)場取樣做抗?jié)B試塊，經(jīng)抗水滲透試驗(yàn)均達(dá)到了常規(guī) P8 的要求。

4　使用過程中注意事項(xiàng)

與普通混凝土相比，自密實(shí)混凝土在實(shí)際使用中要注意以下幾個(gè)方面：

（1）攪拌時(shí)間應(yīng)比普通混凝土適當(dāng)延長，正式生產(chǎn)前必須進(jìn)行開盤鑒定，檢測其坍落擴(kuò)展度。

（2）混凝土構(gòu)件的模板除了滿足現(xiàn)行國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，還應(yīng)考慮自密實(shí)混凝土拌合物對側(cè)模的流體靜壓力作用，對模板的承載力、剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。

（3）在澆筑過程中，必要時(shí)可在模板外側(cè)做適當(dāng)敲擊。

（4）混凝土試塊制作不得使用振動臺和插搗方法成型。

5　總結(jié)

（1）通過摻加粉煤灰和礦粉，可明顯改善自密實(shí)混凝土的流動性能。

（2）由于不需要振搗，自密實(shí)混凝土可以提高施工效率，而且由于沒有噪聲，改善了施工環(huán)境。

（3）自密實(shí)混凝土拆模后不會出現(xiàn)表面氣泡或蜂窩麻面，不需要進(jìn)行表面修補(bǔ)，改善了混凝土表面質(zhì)量。

（4）增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的自由度，尤其在鋼筋密集、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況下，更顯示出它特有的性能。

[1] JGJ/T 283—2012．自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S]．

[2] CCES 02—2004．自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)與施工指南[S]．

[3] 姚燕，王玲，田培．高性能混凝土[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006．

［通訊地址］江蘇省無錫市碩放南開路碩放工業(yè)園五期（214200）

鄭興民（1977—），男，工程師。