自密實混凝土配合比設計探討及應用

顏 劍 秋

(中國水利水電第八工程局有限公司科研設計院，湖南 長沙 410000)

0 引言

水工構筑物一般是大壩、引水系統、發電廠房、船閘等，大部分是大體積混凝土，某工地水處理系統，其輻流沉淀池、壓濾車間、廊道及渣漿泵房結構鋼筋密度大，施工復雜，混凝土方量及其澆筑難度大。據現場施工情況擬采用C25自密實混凝土澆筑，以下是其設計過程。

1 自密實混凝土性能特點

1.1 自密實混凝土具有的性能

1)填充性。自密實混凝土必須能夠流動并填滿模板內每個角落，無須振搗，依靠自身重量且能密實成型。

2)抗離析性。自密實混凝土在流動過程中必須保證不離析、減少泌水。

3)間隙通過性。自密實混凝土在流過密集鋼筋或狹窄空間時不能產生堵塞，為此應減少粗骨料的粒徑和用量，適當增大膠凝材料比例。

1.2 原材料選擇

1)水泥。

選用低熱硅配鹽水泥，品種和選擇確定于混凝土工作性、強度、耐久性等的要求，水泥用量一般為200 kg/m3～400 kg/m3，水泥用量過大會增大混凝土的收縮及開裂風險，且不經濟。當水泥用量低于350 kg/m3，一般須同時使用其他粉體摻合料，膠材用量不宜超過500 kg/m3，本工程選用華新低熱水泥。

2)粉煤灰。

摻加粉煤灰不但能代替部分水泥，節省工程造價，還可以降低初期水化熱，減少干縮，改善新拌混凝土的和易性，增加混凝土的后期強度。本工程選用四川珙縣Ⅰ級粉煤灰。

3)細骨料。

自密實混凝土的砂率一般比較高，若采用細砂，將會增大拌和物用水量，并對拌和物工作性及混凝土力學性能產生不利影響；粗砂則會降低混凝土拌和物黏聚性，流動性變差；宜選用級配良好的中砂，質地均勻潔凈砂，細度模數2.3～2.8，本工程人工砂石系統生產的人工砂根據要求細度模數控制在2.5～2.7，屬于級配良好的中砂。

4)粗骨料。

骨料的選擇對于自密實混凝土的物理力學性能和耐久性非常重要。骨料粒徑越大，混凝土抗離析性和自密實性能越差，粗骨料選用本工程大型人工砂石系統生產的人工粗骨料，粒形好，質地均勻，壓碎指標小的潔凈人工碎石，最大粒徑為20 mm。

5)外加劑。

對外加劑的要求為：與水泥適用性好、減水率大、緩凝、保塑。該配合比擬選用龍游五強外加劑廠生產的聚羧酸高性能減水劑ZB-1C800，進廠時已進行嚴格檢驗，各項性能指標均符合要求。

2 自密實混凝土配合比初始設計

2.1 自密實混凝土性能設計要求

性能要求：SF1(擴展度550 mm～655 mm),擴展時間VS1(2 s～6 s)，障礙高差BS1(20～40),SR離析率l≤20。

設計強度等級：C25。

2.2 原材料性能

1)水泥：華新低熱42.5硅酸鹽水泥，28 d強度48.3 MPa,密度3.27 g/cm3；

2)粉煤灰：四川珙縣Ⅰ級煤灰，密度2.52 g/cm3；

3)骨料：玄武巖生產的人工粗細骨料，粗骨料最大粒徑20 mm,表觀密度2.83 g/cm3，針片狀含量3.2%，壓碎指標6.2%。細骨料飽和面干表觀密度2.81 g/cm3，細度模數2.63，0.08以下粉體含量6.0%；

4)外加劑：龍游五強聚羧酸高性能減水劑ZB-1C800，減水率28.1%，推薦摻量0.5%～0.8%。引氣劑采用長安育才GB-9K，推薦摻量(0.4～1.0)1/萬。

2.3 初始配合比參數計算選擇

1)粗骨料最大粒徑和單位體積用量。

a.粗骨料粒徑據現場施工設計要求最大粒徑20 mm。

b.單位體積混凝土中粗骨料體積用量按規范DL/T 5720—2015水工自密實混凝土技術規程中規定，在0.280 m3～0.350 m3,初選為0.330 m3。

2)單位體積用水量、水粉比和單位體積粉體量。

a.單位體積混凝土中用水量，骨料最大粒徑為20 mm，DL/T 5720—2015水工自密實混凝土技術規程規范要求為155 kg～185 kg,初選為177 kg。

b.水粉比按體積比，宜取0.80～1.15，初選為1.06。

c.單位體積粉體量宜取0.13 m3～0.23 m3，根據單位體積用水量和水粉比計算為0.167 m3，符合范圍。

3)本配合比選擇含氣量為3.0%。

4)自密實混凝土單位體積漿體量宜為0.29 m3～0.40 m3。計算為0.344 m3，符合范圍。

5)單位體積細骨料用量。

根據單位體積粗骨料用量、用水量、粉體量、含氣量確定，因細骨料中含有6%的粉體，絕對體積經計算為0.315 m3，占骨料總體積的49%，符合范圍45%～55%。

6)確定單位體積膠凝材料體積用量。

單位體積膠材用量等于單位體積粉體量減去砂中所含的小于0.08以下顆料含量，計算得到為0.148 m3。

7)計算水膠比和理論單位體積水泥用量。

3 初始配合比設計中計算理論水膠比的探討

1)DL/T 5720—2015里面理論水膠比計算使用的規范是原DL/T 5330—2005水工混凝土配合比設計規程，新規程DL/T 5330—2015已有多條款進行了修改和說明。

2)DL/T 5720—2015水工自密實混凝土技術規程規范里面使用原規范DL/T 5330—2005中的保羅密公式來計算理論水膠比，但是現行規范DL/T 5330—2015已取消了保羅密公式，并認為強度與膠水比呈非線性關系，從現行水工混凝土配合比設計的理念，還是遵循現行L/T 5330—2015水工混凝土配合比設計規程提出的設計方法和過程。

筆者認為：

1)規范DL/T 5720—2015在理論計算水膠比的選用回歸系數A和B還是有很大的局限性，原規范沒有低熱硅酸鹽水泥在不同摻合料時回歸系數A和B的選擇值，而現在低熱水泥已廣泛用于水工大體積混凝土。

2)初始水灰比選擇。

依據DL/T 5330—2015水工混凝土配合比設計規程7.0.1程序進行。初始水膠比選擇參照DL/T 5330—2015條文5表3。

本標段工程的保證率(P)均為95%，為此，概率度系數(t)取1.645。

C25配制強度計算為31.6 MPa，初始水灰比選擇為0.45。

4 初始配合比基本參數的確定

1)根據規范DL/T 5330—2015水工混凝土配合比設計規程條文說明第5款，表3水膠比的參考范圍，選擇初始水膠比0.45。

2)C25配制強度計算為31.6 MPa,根據初選的用水量177 kg，計算理論水泥用量為393 kg/m3，理論單位體積粉體量0.120 m3，小于初選計算的0.148 m3。

3)當單位體積膠凝材料用量大于理論單位體積水泥用量時，通過試驗建立活性摻合料體積摻量與強度的關系，再由混凝土強度確定活性摻合料體積摻量，計算出單位體積活性摻合料用量和實際單位體積水泥用量。初選煤灰體積摻量為25%,30%,35%，初始配合比基本參數確定如表1所示。

表1 初始配合比基本參數(三個不同煤灰體積摻量)

5 配合比的調整及確定原則

配合比試驗通過不同的煤灰摻量，拌和物的性能狀態，多次調整試驗，再據28 d強度試驗結果，復核得出自施工自密實混凝土配合比，表2為拌和物性能、表3為施工配合比。

表2 自密實混凝土拌和物性能

表3 自密實混凝土施工配合比

6 結語

1)施工中要注意的是自密實混凝土的流動性大，對模板的側壓力大，制定施工方案時要考慮周到，另自密實混凝土對用水量較為敏感，必須要根據粗細骨料含水狀態及時檢測并調整用水量，其攪拌時間相對于普通混凝土要長，拌和時間不宜小于120 s,才能保證其良好的和易性和流動性。

2)本次配合比設計試驗結果，在滿足自密實混凝土性能的條件下，通過調整水粉比和粉煤灰摻量來滿足拌和物的性能和混凝土強度。在拌和站生產時，試驗人員認真做好相關檢測準備工作，嚴控混凝土生產拌和狀態。自密實混凝土由拌和樓罐車運至澆筑點，泵車輸送自然入倉，流動性好，沒有進行人工振搗，拆模后混凝土表面平整、光滑、無蜂窩麻面，密實質量好。解決了鋼筋密度大結構復雜的大型污水輻流池混凝土施工。混凝土取樣試驗一次灌注成型，混凝土28 d強度35.7 MPa。

3)水工施工混凝土配合比首先是考慮強度，通過建立強度與膠水比的關系曲線，再根據混凝土配制強度選擇水灰比。而自密實混凝土其強調的是混凝土的工作性，材料體積和水粉比，采用了全新的配合比設計理念，再兼顧其強度指標。