自密实混凝土的设计与应用

郑兴民，李青青，陈松玉

（1. 无锡市德济商品混凝土有限公司，江苏　无锡　214200；2. 吴江市润建商品混凝土有限公司，江苏　吴江　215200）

自密实混凝土的设计与应用

郑兴民1，李青青1，陈松玉2

（1. 无锡市德济商品混凝土有限公司，江苏无锡214200；2. 吴江市润建商品混凝土有限公司，江苏吴江215200）

本文主要从自密实混凝土的材料选择、配合比设计及实际工程中的使用情况，来了解自密实混凝土的特殊性能及不同于普通混凝土的优点所在。

自密实混凝土；坍落扩展度；强度

0　前言

自密实混凝土是指混凝土拌合物在浇筑时依靠自重不需要振捣的情况下能够填充配筋密集的模板，并且保持良好均匀性的混凝土。它具有高流动性、均匀性和体积稳定性，与同水胶比的普通混凝土相比，自密实混凝土有以下几点优势：

（1）易于浇筑，施工速度快，提高劳动生产率。

（2）可以改善施工环境，减少噪声对环境的污染。

（3）满足钢筋密集、截面狭窄的工程部位的施工。

本文主要从自密实混凝土的材料选择、配合比设计、工程实例与施工注意事项等几方面入手，阐述了自密实混凝土的应用特性。

1　材料选择

1.1胶凝材料

水泥宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，为了便于混凝土的密实性和耐久性，在混凝土配合比中使用粉煤灰和矿粉，以此来增加拌合物的黏度，以及混凝土硬化后强度和耐久性。

1.2粗骨料

采用连续级配，最大公称粒径不宜大于 20mm，对于结构紧密、形状复杂的结构最大公称粒径不宜大于 16mm，针片状含量不大于 8%，含泥量和泥块含量分别不大于 1.0%、0.5%。

1.3细骨料

宜采用 Ⅱ 区中砂，含泥量和泥块含量分别不大于3.0%、1.0%。

1.4外加剂

聚羧酸高性能外加剂具有掺量低、减水率高，混凝土强度增长快、坍落度损失小、拌合物粘滞阻力小等特点，而且相比较其他高效减水剂，聚羧酸高性能减水剂除了以上功能外，还可以明显改善混凝土的收缩。因此，聚羧酸高性能减水剂适用于配制自密实混凝土，尤其在配制高强自密实混凝土方面表现出更加明显的优势。

1.5混凝土用水

拌合水、养护水应符合 JGJ 63—2006《混凝土用水标准》的规定。

2　配合比设计

常州中天钢铁厂南区西料场某工程为倒立锥形料斗，混凝土强度等级为 C35，由于钢筋密集，最小钢筋间距只有40mm，所以采用了自密实混凝土浇筑。

2.1原材料

水泥：采用盘固 P·O52.5普通硅酸盐水泥，初凝136min，终凝 182min，3d 抗折强度与抗压强度分别为5.8MPa 和 28.2 MPa，28d 抗折与抗压强度分别为 9.6MPa 和58.0MPa，氧化镁的含量 2.13%，三氧化硫含量 1.75%，烧失量 1.64%，安定性合格，水泥的表观密度 ρc为 3150kg/m3。

砂：长江砂，细度模数 2.6，0.315mm 筛余量 24%，含泥量 1.8%，泥块含量 0.5%，属Ⅱ区中砂，砂的表观密度 ρs为 2640kg/m3。

石子：5～16mm 连续级配，压碎指标 7.8%，针片状含量 6.4%，含泥量 0.8%，泥块含量 0.2%，石子的表观密度 ρg为 2750kg/m3。

粉煤灰：采用夏港电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，0.045mm 筛余量为 12.6%，需水量比 98%，烧失量 2.13%，粉煤灰的表观密度 ρf为 2250kg/m3。

矿粉：常州中盛 S95 矿粉，比表面积 420m2/kg，28d 活性指数 103%，矿粉的表观密度 ρk为 2850kg/m3。

外加剂：采用马鞍山中海新材料生产的 CNMHP450 聚羧酸系减水剂，密度 1.052g/mL，pH 值为 6.4，减水率 26%。

水：生活用自来水。

2.2目标性能要求

因为钢筋最小间距为 40mm，断面尺寸小、形状复杂，而且配筋率高，因此自密实混凝土性能等级选择 SF2 级，按JGJ/T 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》，SF2 的填充性要求自密实混凝土坍落扩展度为 660～755mm，离析率不宜大于 15%。配合比设计主要是从混凝土的自密实性、强度及耐久性等方面去考虑。

2.3配合比的计算

自密实混凝土的配合比设计宜采用绝对体积法，现按照JGJ/T 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》进行相关系数的计算。

（1）粗骨料的用量

SF2 的每立方粗骨料的体积 Vg选择 0.30～0.33，本配比选择 Vg= 0.32。

则粗骨料每立方用量 mg=Vg·ρg=880(kg)

（2）细骨料的用量

砂浆体积 Vm中的砂的体积分数φ可取 0.42～0.45，现取φ=0.45。

则砂的每立方用量 ms=(1-Vg)·0.45·ρs=808(kg)（3）浆体体积 Vp

V=Vm-Vs=(1-Vg)·(1-φ)=0.374(m3)

（4）胶凝材料的表观密度 ρb

ρb=1/ [βf/ρf+βk/ρk+(1-βf-βk)/ρc]=2914(m2/kg)

其中：βf——粉煤灰占胶凝材料的质量分数，%；

βk——矿粉占胶凝材料的质量分数，%。（5）配制强度 fcu,0

fcu,0=fcu,k+1.645·σ=35+1.645×5=43.225(MPa)其中：σ——标准差，取 5MPa。（6）水胶比 mw/mb

mw/mb=0.42·fce·[1-βf-βk＋(βf＋βk)γ]/(fcu,0＋1.2)=0.47

粉煤灰的胶凝系数 γf=0.4(βf≤30%），矿粉的胶凝系数 γk=0.9(βk≤40%）。粉煤灰和矿粉混掺胶凝系数 γ 在0.4～0.9，本配合比计算取 γ=0.6。按 JGJ/T 283—2012 的 5.1.2要求，水胶比宜小于 0.45，本次配比计算取水胶比为 0.44。

（7）每立方混凝土胶凝材料用量 mb

mb=(Vp-Va)/(1/ρb＋mw/mb/ρw)=452(kg )

其中：Va——每立方混凝土引入空气，取 20L；

ρw——水的表观密度，取 1000kg/m3。（8）每立方混凝土中水的用量 mwmw=mb(mw/mb)=199(kg)

（9）每立方混凝土中粉煤灰、矿粉和水泥的用量 mf、mk、mc

mf=mb·βf=68(kg) mk=mb·βk=90(kg)

mc=mb-mf-mk=294(kg)（10）外加剂的用量 mcamca=mb·α=5.42(kg)

α为外加剂的掺量，根据厂方建议，取 1.2%。通过以上计算，得到计算配合比见表 1。

表1　试验设计配合比　　　kg/m3

2.4试拌

试拌容量为 25L，各种原材料用量及拌合物性能见表 2。所配制混凝土流动性良好，没出现抓底离析等现象。混凝土各方面的性能均达到了要求，可直接作为基准配合比。

表2　试拌配合比及拌合物性能

现采用 3 个不同的配合比，水胶比在基准配合比上分别增加和减少 0.02，用水量与基准配合比相同，砂的体积分数可分别增加或减少 1%。设置三组配合比混凝土拌合物，其配比及性能见表 3。

表3　三组混凝土配合比及拌合物性能

根据试验结果可知，取水胶比为 0.45 完全可以达到混凝土配制强度的要求。现以水胶比 0.45，通过计算所得配合比见表 4。

表4　计算配合比　　　kg/m3

3　工程实际使用情况

在本次工程的应用中，混凝土的各方面性能均达到了施工的要求，坍落扩展度现场为 680mm×680mm，流动性、均匀性均达到了泵送要求，现场留置的标养试块 28 天强度为46.4MPa，同养试块 600d·℃ 强度 44.7MPa，均满足了设计强度的要求。拆模后混凝土表面没有出现窝蜂麻面现象。

工地现场取样做抗渗试块，经抗水渗透试验均达到了常规 P8 的要求。

4　使用过程中注意事项

与普通混凝土相比，自密实混凝土在实际使用中要注意以下几个方面：

（1）搅拌时间应比普通混凝土适当延长，正式生产前必须进行开盘鉴定，检测其坍落扩展度。

（2）混凝土构件的模板除了满足现行国家有关标准的相关规定，还应考虑自密实混凝土拌合物对侧模的流体静压力作用，对模板的承载力、刚度和稳定性进行验算。

（3）在浇筑过程中，必要时可在模板外侧做适当敲击。

（4）混凝土试块制作不得使用振动台和插捣方法成型。

5　总结

（1）通过掺加粉煤灰和矿粉，可明显改善自密实混凝土的流动性能。

（2）由于不需要振捣，自密实混凝土可以提高施工效率，而且由于没有噪声，改善了施工环境。

（3）自密实混凝土拆模后不会出现表面气泡或蜂窝麻面，不需要进行表面修补，改善了混凝土表面质量。

（4）增加了结构设计的自由度，尤其在钢筋密集、结构复杂的情况下，更显示出它特有的性能。

[1] JGJ/T 283—2012．自密实混凝土应用技术规程[S]．

[2] CCES 02—2004．自密实混凝土设计与施工指南[S]．

[3] 姚燕，王玲，田培．高性能混凝土[M]．北京：化学工业出版社，2006．

［通讯地址］江苏省无锡市硕放南开路硕放工业园五期（214200）

郑兴民（1977—），男，工程师。