自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)及應(yīng)用

畢宏杰

（山西宏圖佰勝混凝土有限公司，山西 太原 030023）

0 前言

自密實(shí)混凝土俗稱自流平混凝土，具有高流動(dòng)性、均勻性、穩(wěn)定性，不離析、不泌水，澆筑時(shí)能夠不經(jīng)振搗而自動(dòng)流平，并能夠在自重作用下流動(dòng)密實(shí)的特性。自密實(shí)混凝土是高性能混凝土的一種，與相同強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土相比，具有粗骨料用量少、砂率較大、粉體用量大的特點(diǎn)，水膠比小于常規(guī)混凝土的水膠比，添加了高性能減水劑，提高了混凝土的流動(dòng)性，有很高的施工性能。本文主要以絕對(duì)體積法對(duì)自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)及工程實(shí)例應(yīng)用進(jìn)行簡要闡述，以供參考。

1 工程實(shí)例

太原市某工程，部位：矩形鋼管柱，強(qiáng)度等級(jí)：C50 自密實(shí)，坍落擴(kuò)展度：(700±50)mm，預(yù)計(jì)方量：5000 方。

施工技術(shù)要求：

（1）矩形鋼管柱內(nèi)混凝土澆筑施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)和必要的澆筑工藝試驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上制定澆筑工藝和各項(xiàng)技術(shù)措施。

（2）矩形鋼管柱內(nèi)混凝土澆筑之前，應(yīng)將管內(nèi)異物、積水清除干凈，管內(nèi)混凝土澆筑應(yīng)在鋼構(gòu)件安裝完畢并驗(yàn)收合格后進(jìn)行。

（3）矩形鋼管柱中的混凝土除滿足強(qiáng)度指標(biāo)外，尚因注意混凝土坍落度的選擇，混凝土配合比應(yīng)根據(jù)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)計(jì)算，并通過試驗(yàn)確定。

（4）矩形鋼管柱的混凝土宜連續(xù)澆筑。當(dāng)必須間歇時(shí)，間歇時(shí)間不得超過混凝土終凝時(shí)間，需留施工縫時(shí)，應(yīng)將管口封閉，防止水、油等異物落入。

（5）當(dāng)留施工縫時(shí)，在澆筑混凝土前，應(yīng)先澆筑一層厚度為 100～200mm、與混凝土強(qiáng)度等級(jí)相同的水泥砂漿。以免自由下落的混凝土骨料產(chǎn)生離析。

（6）矩形鋼管柱結(jié)構(gòu)內(nèi)混凝土澆筑質(zhì)量，可采用敲擊鋼管法來檢查其密實(shí)度，對(duì)于重要構(gòu)件部位，應(yīng)采用超聲波進(jìn)行檢測，對(duì)于混凝土不密實(shí)的部位，應(yīng)采用局部鉆孔壓降法進(jìn)行修補(bǔ)，然后將鉆孔補(bǔ)焊封固。

（7）在每層鋼管混凝土柱下部的鋼管壁上對(duì)稱開兩個(gè)排氣口，孔徑 20mm。

2 自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.1 自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)原則

（1）自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)宜采取絕對(duì)體積法，水膠比宜小于 0.42，膠凝材料用量宜控制在450～550kg/m3。

（2）自密實(shí)混凝土要求拌合物在保持大流動(dòng)性的同時(shí)增加粘聚性。國內(nèi)外一般均采取增加膠凝材料的方法適當(dāng)增加漿體體積或通過添加外加劑的方法改善漿體的粘聚性和流動(dòng)性。

（3）在增加膠凝材料的同時(shí)，還要保持大流動(dòng)性，就需要選擇優(yōu)質(zhì)高性能減水劑。宜選用當(dāng)前市場上減水率大于 30% 的聚羧酸系高性能減水劑。

（4）要選用粒型與級(jí)配較優(yōu)的粗細(xì)骨料，并限定粗骨料的最大粒徑。關(guān)于粗骨料最大粒徑，日本規(guī)定粗骨料最大粒徑為 20mm 或 25mm。

在增加粉體量的同時(shí)，粗骨料用量也相應(yīng)減少。本次選用的是 5～20mm 連續(xù)級(jí)配。

2.2 自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法

自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)確定拌合物中粗骨料體積、砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)、水膠比、膠凝材料中礦物摻合料的用量和膠凝材料用量等參數(shù)按下列步驟進(jìn)行：

（1）根據(jù)自密實(shí)混凝土流動(dòng)性指標(biāo)，確定粗骨料體積（Vg）及質(zhì)量（mg），砂漿體積 Vm，根據(jù)砂子的體積分?jǐn)?shù)參數(shù)，確定砂的體積（Vs）和質(zhì)量（ms）。

（2）根據(jù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求選擇水泥，按水泥實(shí)際強(qiáng)度和統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差確定配制強(qiáng)度，從而計(jì)算出水膠比（mw/mb），計(jì)算單方用水量 mw。

（3）根據(jù)漿體體積（Vp）、表觀密度（ρb）、水膠比（mw/mb）等參數(shù)計(jì)算膠凝材料質(zhì)量（mb），試驗(yàn)確定選用適宜的外加劑，來達(dá)到自密實(shí)混凝土的性能要求。

3 原材料

水泥：山水 P·O42.5 水泥，表觀密度 3.1g/cm3，28d強(qiáng)度 52MPa。

粉煤灰：神頭電廠生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰，表觀密度2.2g/cm3。

礦粉：太鋼超細(xì) S95 級(jí)礦粉，表觀密度 2.9g/cm3。

細(xì)骨料：忻州水洗砂，顆粒級(jí)配為Ⅱ區(qū)中砂，表觀密度 2.65g/cm3。

粗骨料：泥屯碎石，5～20mm，連續(xù)級(jí)配，表觀密度 2.70g/cm3。

外加劑：聚羧酸高性能減水劑。

4 基準(zhǔn)配合比設(shè)計(jì)

（1）每方混凝土粗骨料的體積 (Vg)、質(zhì)量 (mg)，根據(jù)自密實(shí)流動(dòng)性指標(biāo) SF2 選取 Vg= 0.30m3，

質(zhì)量 mg=Vg×ρg= 0.30×2700 = 810(kg)

（2）砂漿體積（Vm）

（3）砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù) φs= 0.45

（4）每立方米混凝土中砂的體積 (Vs)、質(zhì)量 (ms)

（5）漿體體積 Vp= Vm-Vs= 0.70-0.32 = 0.38(m3)

（6）膠凝材料表觀密度ρb

根據(jù)摻合料和水泥的相對(duì)含量及各自的表觀密度確定，下式計(jì)算：

（7）自密實(shí)混凝土配制強(qiáng)度 fcu,0：

（8）計(jì)算水膠比（mw/mb）

（9）每方自密實(shí)混凝土中膠凝材料的質(zhì)量 mb：

（10）每方混凝土用水質(zhì)量 mw

（11）每方混凝土水泥質(zhì)量 mc及摻合料質(zhì)量 mf和mk

（12）每方混凝土外加劑質(zhì)量 mca

（13）確定基準(zhǔn)配合比（見表 1）

表 1 自密實(shí)混凝土基準(zhǔn)配合比 kg/m3

5 效果

根據(jù)試驗(yàn)試配，工程實(shí)際使用原材料，試配攪拌量25L，并依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ 55—2011規(guī)定設(shè)計(jì)，三個(gè)不同水膠比確定基準(zhǔn)配合比，根據(jù)試配結(jié)果對(duì)基準(zhǔn)配合比進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到混凝土性能坍落擴(kuò)展度 750mm，T50=12s，粘聚性及保水性良好。7d 抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 85%，28d 抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 120%，滿足工程要求。