基于流變性能的C50自密實混凝土配合比設計試驗研究

白皓

摘要：自密實混凝土具有較好的流動性、均勻性和穩定性，它能依靠自重通過鋼筋空隙、填充模板，而且無需振搗，但自密實混凝土對工作性能的要求較高。采用坍落擴展度（SF）表征自密實混凝土的流動性能，以坍落擴展度達500mm所需的時間（T500）和V漏斗時間（VF）表征自密實混凝土的抗離析性能，通過對初始配合比不斷進行優化，得到SF大于640mm、T500介于2s至6s、VF介于5s至25s、28天標準抗壓強度達50Mpa的性能優異的C50自密實混凝土。

關鍵詞：C50;自密實混凝土;工作性能;流變性

引言

自密實混凝土（簡稱SCC）是一種特殊的混凝土，它能夠依靠重力作用通過鋼筋密集的地方、填充模板，SCC相較于普通混凝土具有諸多優點，比如在施工過程中無需人工振搗，節約勞動力，降低施工噪音，提高澆筑施工的速度，保證施工質量，因此，SCC被廣泛應用于道路、橋梁和水工建筑物等工程中[1，2]。

然而，自密實混凝土對工作性能的要求較為嚴格，新拌的自密實混凝土被視為賓漢姆流體，其流變性能為屈服強度和粘度，自密實混凝土需要具有較高的流動性能，即較小的屈服強度，同時也要有一定的抗離析性能，即具有一定的粘度[3，4]，且需要滿足工程上對強度的要求。

以坍落擴展度（SF）反映自密實混凝土的流動性能，坍落擴展度達500mm所需的時間（T500）和V漏斗時間（VF）表征自密實混凝土的抗離析性能，通過對初始配合比進行不斷優化，得到SF大于640mm、T500介于2s至6s、VF介于5s至25s、28天標準抗壓強度達50Mpa的性能優異的C50自密實混凝土，研究結果可為工程中制備高性能自密實混凝土提供參考。

一、試驗材料

（1）水泥選用拉法基P·O42.5普通硅酸鹽水泥，符合國家水泥新標準GB175—1999《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》，密度為3.15g/cm3，比表面積為350m2/Kg;

（2）粉煤灰使用Ⅰ級粉煤灰，密度為2.55g/cm3;

（3）石子選用具有連續級配的（5～20mm）石灰石，表觀密度為2.70g/cm3，堆積密度為1.36g/cm3;

（4）砂選擇具有連續級配的（0.075～4.750mm）石英砂，表觀密度為2.60g/cm3;

（5）水使用自來水;

（6）減水劑為液態的聚羧酸系高效減水劑，固含量18%。

機制砂和碎石的粒徑分布曲線如圖1所示。

二、試驗方法

自密實混凝土工作性能試驗按CECS203：2006《自密實混凝土應用技術規程》[5]進行檢測。用坍落擴展試驗儀和V形漏斗試驗儀測試自密實混凝土的SF、T500和VF。

抗壓強度按GB/T50081—2002《普通混凝土學性能試驗方法標準》進行檢測，試件尺寸為100mm×100mm×100mm立方體。

三、試驗結果及分析

1. 初始配合比設計

C50自密實混凝土的初始配合比設計參照 CECS203：2006《自密實混凝土應用技術規程》[5]。根據實際工程要求，確定 C50 自密實混凝土拌合物的工作性能需要滿足：坍落擴展度（SF）大于640mm、T500介于2s至6s、V漏斗時間介于5s至25s。

采用固定砂石體積含量計算法[6]來設計C50自密實混凝土初始配合比，該方法按以下步驟進行配合比計算：

（1）固定每立方混凝土中粗骨料的體積VG=316L;假設每立方混凝土的空氣含量為20L;

（2）每立方砂漿的體積Vm=1000-316-20=664L;砂率（砂占砂漿的體積比）設置為0.48;

（3）水粉比VW/VP選擇0.96，粉煤灰替換10%（體積比）的水泥;

（4）減水劑摻量根據拌合狀態進行調整，確保流動度滿足要求，最終確定減水劑摻量，并將減水劑中的水折算如水粉比中，獲得真實的水粉比。

根據原材料密度，計算所得初始配合比如表1所示。

根據初始配合比，進行坍落擴展度試驗、T500試驗、VF試驗，擴展度試驗結果如圖2所示，SF為680mm，此外，測得T500為8.0s，VF為186.0s。

對于SCC，SF反映流動性能，T500和VF反映黏性。當SF大于640mm，T500處于2s至6s，同時V漏斗時間在5s到25s之間時，SCC的工作性是符合標準的，即具有足夠的流動性以達到自密實效果同時也具有足夠的黏性保證不發生泌水、離析等現象。當T500小于2s，且VF小于4s時，SCC沒有足夠的黏性，有離析的風險。相反，如果T500大于6s，且VF超過25s，則表明SCC非常粘稠或已嚴重離析導致砂漿與骨料分離。

由試驗結果知，T500和VF值均超過規定的指標，表明SCC粘度過大，故需要對初始配合比進行調整。

2. 配合比調整

由于SCC的黏性過大，即水泥漿體無法包裹住骨料，有離析的風險，因此通過降低粗骨料摻量、降低砂率，進行配合比調整;第二組固定每立方SCC中粗骨料體積為312L，砂率設置為0.47;第三組固定每立方SCC中粗骨料體積為300L，砂率設置為0.46;此外，考慮到強度的需求和節約成本，在第三組的基礎上，降低水粉比，同時提高粉煤灰替換水泥的比例，最終調整后的三組配合比如表2所示。

根據調整后的三組配合比，進行坍落擴展度試驗、T500試驗、VF試驗，試驗結果如表3所示，坍落擴展度試驗照片如圖3所示。

3. 最終配合比確定

由試驗結果知，對于第二組SCC，SF小于640mm，且T500和VF均超過指標要求，故流變性能不合格;第三組和第四組的SCC，均滿足指標，保留第三組和第四組的標準抗壓試件，在標準養護箱養護28天后，測試其28天標準抗壓強度，試驗結果如表4所示。表4中，fc為28天標準抗壓強度。

由試驗結果知，第三組和第四組的SCC，28天標準抗壓強度均能達到50Mpa，但第四組SCC的水泥使用量少于第三組，且粉煤灰摻量高于第三組，第四組SCC具有更低的水化熱，較好的耐久性，故選擇第四組配合比為最終配合比。最終配合比如表5所示，其工作性能及力學性能如表6所示。

四、結論

（1）配制C50自密實混凝土，應首先根據實際工程的指標需求，保證SCC的工作性能滿足擴展度要求、擴展時間T500要求、V漏斗時間要求，然后，按照設計步驟計算初始配合比;

（2）粗細骨料的摻量是影響自密實混凝土工作性能的一個重要參數，當粗細骨料摻量較大時，會導致SCC黏性過大，需要降低粗骨料的摻量、減小砂率;

（3）強度和工作性能滿足要求時，可以選擇水泥量較小，粉煤灰摻量較大的配合比，對減少水化熱、降低成本、增加耐久性有一定的幫助。

參考文獻：

[1]王秋芳，趙琦.自密實混凝土的配制及性能研究進展[J].福建建材，2020（03）：25-27+84.

[2]鄒揚，羅懷春，周元鑫，劉斌，周星.自密實混凝土的研究進展[J].江西建材，2019（06）：3+5.

[3]吳瓊.凈漿流變性對自密實混凝土工作性能的影響[J].混凝土，2015（09）：64-68.

[4]顧海朋，魏群，李固華，張龍生.當量粉體體積對自密實混凝土工作性能的影響[J].工業建筑，2014，44（S1）：920-922.

[5]自密實混凝土應用技術規程：CECS203：2006[S].

[6]張后禪. 機制砂自密實混凝土配制方法及應用技術研究[D].浙江大學，2012.