自密實混凝土配合比淺析

鄭慶喜

（明溪縣水利局福建明溪365200）

自密實混凝土配合比淺析

鄭慶喜

（明溪縣水利局福建明溪365200）

本文以福建明溪黃沙坑水庫大壩自密實混凝土配合比為例，闡述了自密實混凝土配合比試配、計算、調整及對配合比相對應混凝土質量。對自密實混凝土堆石的施工具有參考價值。

自密實混凝土；配合比；計算；調整；檢驗

1 黃沙坑水庫的基本情況

黃沙坑水庫位于福建省三明市明溪縣境內城嵐溪黃沙坑村河段，距明溪縣約20km，是一座灌溉為主、供水為輔的綜合利用中型水庫，主要建筑物包括攔河壩（主壩、副壩）、隧洞等。主壩壩頂高程448.70m，壩頂長198m，壩頂寬5.0m，最大壩高44.20m；副壩壩址布置在左岸的埡口處，壩頂高程448.70m，壩頂長86m，壩頂寬5.0m，最大壩高20.0m。隧洞總長為10984m，是福建省十二、五規劃的重點工程項目。

大壩的主壩、副壩壩體材料均設計為C20自密實混凝土堆石，基礎建基面設1.0m厚C20常態混凝土墊層。這是福建省第一座采用自密實混凝土堆石。

2 自密實混凝土堆石特點

自密實混凝土堆石壩的施工過程：塊石用汽車直接入倉，挖掘機平倉，堆石中空隙用不振搗自密實混凝土填充。這種方法施工進度快、施工方法簡單，質量不受人工振搗而影響，綜合造價低等優點。但它的施工難點在自密實混凝土上，自密實混凝土與常態混凝土的區別在于：自密實混凝土入倉后無須人工振搗，自密實混凝土采用外加劑（高效減水劑）來代替混凝土中水的用量并滲入大量的粉煤灰來減少水泥用量，水化溫升小。不振搗必須要求自密實混凝土具有高流動性，強度要求自密實混凝土必須具備抗離析性。要使自密實混凝土既要有較好的流動而不產生離析，這就是自密實混凝土的配合比的問題。自密實混凝土配合比是決定自密實混凝土性能的關健，自密實混凝土配合比是否掌控是關系到這一新工藝的推廣應用，關系到工程質量。如何控制好自密實混凝土的配合比。

3 自密實混凝土配合比對質量的影響

在單位體積中：粗骨料用量多，流動性大，抗離析性差，影響混凝土強度的均勻性；砂量用多時，流動性差，不利混凝土彈性模量；水膠比大時，流動性好，抗離析性差，強度降低。自密實混凝土的配合比中各原材料用量對混凝土的質量影響大，要根據自密實混凝土強度與之相對應的配合比才能滿足混凝土的設計要求。

3.1 配合比調整

配合比是對原材料滿足規范要求的前提下對原材料進行組合，大部分的原材料總的滿足規范要求但內部結構會產生變化，如粗骨料5-20mm間的連續級配變化，砂的細度模數變化，粉煤灰同一級別有原狀灰與磨細灰間的差異。自密實混凝土對原材料變化極為敏感，原材料的變化配合比要隨之調整，否則，自密實混凝土的流動性和抗離析性性能難以滿足。

3.2 配合比的檢驗

自密實混凝土配合比是根據設計混凝土的強度要求進行試配，按規范要求，施工時混凝土的強度在原設計強度基礎上要適當提高，以消除施工時各種因素影響。提高后的混凝土強度稱之為試配強度，以試配強度來確定自密實混凝土配合比，配合比確定之后，試拌混凝土經過3、7、28d試塊檢測，強度達到試配強度要求即為合格。施工現場原材料往往會發生變化，配合比要進行調整，調整后的配合比能否滿足試配強度，現場用V型漏斗的通過時間和擴展度來檢驗，V型漏斗的通過時間為7s～25s，混凝土擴展度V型漏斗下650mm～750mm，二個指標經30min、60min檢測若在此范圍內，自密實混凝土流動性和抗離析性滿足要求，經后期檢測混凝土密實、強度均能滿足要求。

自密實混凝土的配合比的試配計算和調整過程

3.3 配合比中現場原材料單位體積用量范圍和指標

3.3.1 粗骨料：

依據《膠結顆粒料筑壩技術導則》（SL678-2014）中建議粗骨料體積比宜為0.27～0.33，現場采用機械加工石子，表觀密度為2.67g/cm3，初步選定石子單方摻量240L。

3.3.2 細骨料：

自密實混凝土宜砂粗砂，砂的細度模數一般為2.7～3.3之間，砂率宜選取43%～47%為宜，現場機械加工砂的細度模數3.28，表觀密度2.66g/cm3，初步選定砂率為45%。

6.1.3 水膠比：

依據《膠結顆粒料筑壩技術導則》（SL678-2014）中建議水膠比宜選取0.80～1.15，通過凈漿試驗，發現體積水膠比為0.9～1.0之間時漿體粘性最佳，初步選定水膠比為0.95；

3.3.3 水泥及粉煤灰的體積：

水泥：采購福建三明金牛水泥有限公司的散裝普通硅酸鹽水泥P.O 42.5，密度為3.1 g/cm3。

粉煤灰：采用為福建省永安市瑞祥粉煤灰科技有限公司出產的Ⅱ級粉煤灰，密度2.2 g/cm3；水膠比為0.95時，按照強度經驗數據，粉煤灰摻量與水泥摻量體積比為7:3。

3.3.4 外加劑摻入量由試驗確定，

外加劑采用北京華石納固科技有限公司生產的堆石混凝土專用外加劑進行試驗，檢驗標準參照《混凝土外加劑》（GB8076-2008）。一般在1.0%～2.0%范圍，摻入量經實驗確定，最終確定外加劑摻入量為膠凝材料用量的1.27%。

用外加劑。

3.4 基礎配合比計算

配合比的計算方法有固定體積法、全計算法、參數法、骨料比表面法等。較為適合自密實混凝土的配合比的計算方法為固定體積法，根據上述各原材料的體積和各原材料的感觀密度按固定體積法。自密實性能混凝土基礎配合比以C9020等級計算過程如下：

A、確定單位體積粗骨料體積用量（Vg）

粗骨料的摻入量由試驗確定，要求既要保證混凝土性能滿足要求又要盡可能保證經濟性。根據骨料級配情況及自密實性能首先選取0.24，單位體積粗骨料體積用量為240L，質量為641kg。

B、確定水膠比（w/p）

根據配制高自密實性能混凝土的性能要求，選用水膠比為0.95。

C、確定含氣量（Va）

根據經驗以及所用外加劑的性能設定高自密實性能混凝土的含氣量為2%，即單方20L。

D、計算單位體積細骨料量（Vs）

細骨料的摻入量由試驗確定，要求既要保證混凝土性能滿足要求又要盡可能保證經濟性。選定摻入量為45%，細骨料摻入量為Vs=（1000-Vg-Va）*45%=333L，Ms=2.66*Vs=886kg。

E、計算單位體積粉體材料體積用量（Vce）

單位體積粉體材料體積用量Vce=Vp；

水膠比為0.95，故設膠凝材料體積為x，則水的體積Vw為0.95x；

根據1000=Vg+Va+Vs+Vp+Vw，則240+20+ 333+x+0.95x=1000；

Vp=209LVW=198L（Vp為單位體積膠凝材料體積用量）；

Vce=Vp=209L。

F、確定單位體積水泥用量

水泥用量由試驗確定，在0.95水膠比下為保證混凝土C9020強度，根據試驗確定水泥摻量為30%，則單位體積水泥用量為Mc=Vp×30%×3.1=194kg。

G、計算單位體積摻合料的用量

由于粉體材料中只有水泥和粉煤灰，此處不含細骨料中的粉體，

故粉煤灰的摻入量為（1-30%）=70%，

單位體積摻合料的用量為Mfa=Vp×70% ×2.2=321kg。

H、確定外加劑摻量

外加劑摻入量由試驗確定，最終確定外加劑摻入量為膠凝材料用量的1.27%，單位體積外加劑用量為MAD=（Mc+Mfa）×1.27%=6.55kg。

I、計算單位體積用水量

單位體積理論用水量為Vw=198L。

試配的結果和檢測的有關數據如表1

自密實混凝土試配過程中，曾對水膠比、砂率、石子體積進行微調，調整后各配合比及結果表2所示：

根據各組試驗結果，“HSKjc01號”配合比為最優配合比，對該組配合比進行性能檢測，結果如表3所示。

4 施工過程自密實混凝土配合比的調整

黃沙坑水庫大壩自密實混凝土在施工現場經歷了三次配合比的調整，基礎配合比（HSKjc01）只澆筑6300m3時后，因砂石加工場中砂系統設備更新，砂的細度模數從原來3.28變為2.9，配合比發生了第一次調整；第二次配合比調整，粗細骨料加工前的原材料質地發生了變化，由原來的變質酸性火山巖（大壩基礎開挖料）改為花崗巖（隧洞洞碴料），加工后小石子（5mm～20mm）連續級配間發生變化，砂的細度模數從原2.9變為3.3；第三次配合比調整也是因原材料質地的變化從第二次的花崗巖（隧洞洞碴）改為砂巖（大壩塊石料場）石子級配微變，而砂的細度模數從3.3變為3.2，粉煤灰為原來的Ⅱ級原狀灰改為Ⅱ級磨細灰。三次配合比的調整最終結果表4所示。

表1 自密實混凝土基礎配合比結果

表2 自密實混凝土基礎配合比調整結果

表3 自密實性能混凝土工作性能以及抗壓強度檢測結果

表4 自密實混凝土配合比三次調整的結果

表4中的各配合比V型漏斗通過時間和擴展度及后期28d試塊強度檢測均滿足要求。從表4三次配合比調整情況可以看出：砂的細度模數越大，砂率越大；石子連續級配發生變化，石子體積要相應調整；水膠比變化與現場粗細骨料的含水率有很大關系，現場配制過程中粗細骨料為面干飽和狀態，含水率大水的用量要相應減少；值得注意的是粉煤灰，第三次配合比的調整外加劑有較大變化，是因為同為Ⅱ級粉煤灰前面用的是原狀灰而第三次調整配合比時用的是磨細灰，原狀灰與磨細灰相比：顆粒表面差異較大，原狀灰表面光滑，而磨細灰表面更粗糙，呈蜂窩狀，使得磨細灰對外加劑吸附作用相對明顯，從而增加外加劑用量。

自密實混凝土配合比因原材料的變化而調整。要求現場的原材料相對穩定，水泥、粉煤灰、外加劑比較容易做到，關健粗細骨料因石料質地的不均勻性，生產出來的粗細骨料級配、細度模數會產生變化，這意味自密實混凝土配合比也是一個動態控制的過程。為了確保自密實混凝土的質量，配合比要事前控制，控制的原則是：水泥、粉煤灰、外加劑要求為同一產家同一生產線，粗細骨料要求為同一料場原料同一機械生產線；混凝土拌合之前，必須對粗細骨料進行檢測，根據檢測結果對配合比進行調整，調整后的配合比進行試拌，滿足V型漏斗通過時間和擴展度，方可進行混凝土入倉澆筑。

黃沙坑水庫大壩目前大壩自密實混凝土澆筑量已完成4.06萬m3,經混凝土壩體鉆孔取芯強度檢測和壓水試驗，強度、滲透率滿足要求，自密實混凝土強度均在24. MP以上，滲透率在0.163Lu～0.327Lu之間。從檢驗結果來看，各配合比均能滿足自密實混凝土的設計要求，這說明自密實混凝土配合比雖然是動態，調整比較麻煩，但可以掌控。

5 結語

自密實混凝土的配合比，關系到自密實混凝土堆石的質量與推廣應用。通過對福建明溪黃沙坑水庫大壩自密實混凝土對配合比的計算、施工過程調整控制，配合比相對應的自密實混凝土強度，自密實混凝土堆石體的檢測，質量全部達到設計要求。充分表明自密實混凝土配合比是可以控制和掌握，有效解決的自密實混凝土配合比，為自密實混凝土這一新技術新工藝在水利工程的推廣奠定了堅實基礎。陜西水利

（責任編輯：唐紅云）

TU528

A