自密实混凝土配合比试验研究

宋文浚

（山西省水利水电科学研究院 太原 030002）

1 自密实混凝土的性能

自密实混凝土（Self-CompactingConcrete，简称SCC）是一种特殊的高性能混凝土，在浇灌过程中无需振捣完全靠自重充分填充模板内的空间形成均匀密实结构的混凝土。自密实混凝土技术具有以下优点：①良好的密实性和流动性，且不离析、不泌水；②生产效率高，机械化程度高，提高工程进度；③无需振捣，减少施工噪音，改善工人工作环境和周围居民环境；④成型后的混凝土有着良好的耐久性和力学性能；⑤增加结构设计的自由度，解决了钢筋过于密集、断面过深等复杂结构的施工问题，因此被称为“近几十年中混凝土建筑技术最具革命性的发展”。

目前国内在自密实混凝土的配制技术上虽然有很大进步，但基本上都是靠经验摸索提出配合比，然后通过不断试配调整来满足要求，并且自密实混凝土对原材料的要求较高，其原材料都具有很强的地域性，且原材料和外加剂的相容性也需要试验论证，因此，研究就地取材的自密实混凝土配合比试验，具有很现实的经济意义。

本试验以围滩水电站工程中选择的水泥、粗细骨料、粉煤灰、混凝土用减水剂、引气剂等为原材料，进行等级为C15F150W8自密实混凝土的配合比试验研究。

2 自密实混凝土配合比设计

2.1 试验原材料性能

试验选用的原材料包括水泥、人工砂、碎石、粉煤灰、混凝土用减水剂、引气剂等，自密实混凝土试验选用原材料产地见表1.

水泥：水泥物理力学性能试验结果详见表2，物理力学性能试验符合标准GB175-2007的要求，满足试验研究的使用要求；

表1 自密实混凝土试验选用原材料产地

表2 水泥物理力学性能试验结果

细骨料：为围滩水电站当地人工砂，细度模数为2.78，松散堆积密度为1 740 kg/m3，表观密度2 790 kg/m3较为适中，适于作为自密实混凝土试验的细骨料；

粗骨料：为围滩水电站级配合格的碎石，级配相对较好，粒径5～20 mm之间，松散堆积密度为1 440 kg/m3，表观密度为2 820 kg/m3，砂率为49%，适于作为自密实混凝土试验的粗骨料；

粉煤灰：粉煤灰作为自密实混凝土的掺合料为必选材料，该粉煤灰为II级灰，可以满足试验研究的技术指标要求；

混凝土外加剂：混凝土减水剂选用山西黄河新型化工有限公司生产的HJSX-A型聚羧酸盐减水剂（液态）进行试验研究；混凝土引气剂选用河北省混凝土外加剂厂生产的DH9型引气剂为自密实混凝土试验研究中的引气剂。

2.2 自密实混凝土配合比试验参数变化范围的确定

围滩水电站自密实混凝土基本指标的要求为C15F150W8，据此作为设计基准，初步确定自密实混凝土配合比中的基本参数和变化范围。自密实混凝土配合比中涉及的基本参数较多，主要基本参数为单位体积用水量、水粉比、单位体积粗骨料量、水胶比、水泥掺量、粉煤灰掺量、砂率、外加剂掺量等，各基本参数的变化幅度范围确定如下：

1）水粉比：按体积比考虑，水粉比变化的幅度范围为0.86～1.44；换算成重量比考虑，其水粉比变化的幅度范围为0.27～0.38，接近于水胶比的变化幅度范围。

2）单位体积用水量：每1 m3混凝土中，用水量变化的幅度范围为143～163 kg/m3.

3）单位体积粗骨料量：变化的幅度范围为0.14～0.23.4）水胶比：变化的幅度范围为0.27～0.37.

5）水泥掺量：变化的幅度范围为16%～40%；在每1 m3混凝土中，水泥的掺量变化范围为62～157 kg/m3.

6）粉煤灰掺量：变化的幅度范围为60%～84%；在每1 m3混凝土中，粉煤灰的掺量变化范围为161～367 kg/m3.

7）砂率：变化的幅度范围为64%～78%.

8）混凝土外加剂的掺量：山西黄河新型化工有限公司生产的HJSX-A型混凝土减水剂（液态）掺量变化的幅度范围为1.6%～3.3%.

考虑到混凝土有耐久性的要求，混凝土的抗冻、抗渗指标按F150W8确定，含气量变化的幅度范围按3%～6%确定，混凝土引气剂掺量的变化幅度范围确定为0.35/万～0.6/万。

2.3 自密实混凝土室内基本试验配合比的确定

自密实混凝土试验配合比根据《自密实高性能混凝土设计与施工指南》及自密实混凝土拌和物的工作性能进行调整，根据拌和试验中拌和物的状态各测量数据的情况和前期拌和试验的结果，初步确定自密实混凝土的单位体积用水量基准为150 kg/m3，变化范围为143～163 kg/m3；粉煤灰掺量的基准为60%，其变化的幅度范围为60%～84%，最终确定了5组自密实混凝土的配合比进行最优选择，试验配合比见表3.

表3 自密实混凝土配合比试验参数

2.4 自密实混凝土各配合比拌合试验结果分析

在Zm1～Zm5配合比系列中，拌和性能整体相对良好，只有Zm1配合比的坍落度略低于20 cm；本系列各配合比中，坍扩度均在55 cm以上，含气量指标适中，其中Zm5配合比的拌和性能中，含气量指标、V漏斗通过时间指标均为适中，T50时间相比较最短，其拌和性能良好。

自密实混凝土拌和物的表观密度与水粉比或水胶比的变化趋势在本配合比系列中不是很明显，呈现为无规则和无规律的变化，自密实混凝土配合比的拌和试验结果见表4.测试情况见图1、图2、图3、图4.

表4 自密实混凝土配合比的拌和试验结果

图1 V漏斗通过时间测试

图2 坍落度、坍扩度测试

图3 含气量测试

图4 成型的混凝土试件

2.5 自密实混凝土各配合比试件力学性能分析

在Zm1～Zm5配合比系列中，28 d立方体抗压强度均在15.0 MPa以上，本系列最大28 d立方体抗压强度值出现在配合比Zm5中，为26.5 MPa；28 d劈裂强度均在0.7 MPa以上，最大28 d劈裂强度值出现在配合比Zm4中，达到2.10 MPa；混凝土的28 d立方体抗压强度与水粉比或水胶比的变化趋势在本配合比系列中也较为明显，呈现出随着水粉比或水胶比值的降低、混凝土的28 d立方体抗压强度值有逐渐增高的变化趋势。此外，还对自密实混凝土90 d龄期的强度进行了试验，其90 d龄期的强度仍然有一定的增长空间，抗压强度的增长幅度最低增加了2.9 MPa，最大增加了8.8 MPa，从试验的混凝土抗压强度的增长情况来看，混凝土的90 d龄期的抗压强度应更有代表性。

检测的自密实混凝土抗渗等级全部达到W8或W8以上，从抗冻性能的试验结果来看，Zm4配合比的抗冻等级达到F150等级的要求，自密实混凝土配合比的力学性能见表5、表 6.

表5 自密实混凝土物理和力学性能试验结果

2.6 自密实混凝土最优配合比确定

围滩水电站自密实混凝土基本指标的要求为C15F150W8，在Zm1～Zm5配合比系列中，通过拌和实验分析和力学性能分析，最后得出围滩水电站自密实混凝土最终配合比为Zm4：用水量为150 kg/m3，水泥为134 kg/m3，粉煤灰为 201 kg/m3，人工砂为 1 269 kg/m3，碎石为 450 kg/m3，山西黄河新型化工有限公司生产的HJSX-A型混凝土减水剂掺量为1.6%，河北省混凝土外加剂厂生产的DH9型引气剂掺量为0.39/万。

表6 自密实混凝土物理和力学性能试验结果

3 结论

1）从试验研究中得出：随着水胶比的增大，自密实混凝土的强度随之呈下降的趋势；

2）从试验研究中得出：随着粉煤灰掺量的增加，混凝土强度有随之下降的趋势；

3）按本研究所提出的配合比设计步骤，能配制出性能满足要求的自密实混凝土配合比。