C60自密实混凝土自密实性及流变性研究

桂 乾

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，成都，610072)

引言

高强混凝土粘度较高、流动性差及塑性不易保持等导致混凝土泵送时压力高，容易产生泄漏导致混凝土离析、堵管等诸多问题，是混凝土施工的一大难题。良好的自密实性能及流变性不仅仅提升施工效率，并且设备的磨损也大幅降低。

某混凝土坝采用C60自密实混凝土，设计强度为C60。总体要求为：部位设计强度为C60等级，混凝土28d抗压强度须超过70MPa；混凝土应具备高流动性，自密实性优良等特征；混凝土拌合物扩展度为650±50mm，2h扩展度损失值≤70mm；混凝土与钢板粘结良好，无可见缝隙。

1 试验原材料

实验水泥为P·O42.5水泥，标准稠度需水量27.8%，3d抗压强度28.9MPa，28d抗压强度52.1MPa；粉煤灰为I级粉煤灰，细度6.2%，烧失量2.8%，需水量比92%；矿粉为S95级矿粉，比表面积不低于400m2/kg，矿粉28d活性指数达102%；砂采用中粗河砂，细度模数2.6，碎石级配连续，颗粒粒径为5mm～25mm；外加剂为聚羧酸高效外加剂，固含量22%，减水率30%；水为自来水。

2 C60自密实混凝土性能研究

2.1 C60自密实混凝土自密实性能研究

配合比S001、S002作为对比配合比，为基础实验胶凝材料体系中优选出来的配合比，配合比S003为最终施工配合比，各配合比见表1，其工作性能及力学性能见表2。

表1 C60自密实混凝土优选配合比(单位：kg/m3)

表2 C60自密实混凝土优选配合比性能

图1 三种配合比的混凝土不同龄期抗压强度对比

3个配合比自密实性能的区别在于胶凝材料中超细矿物掺合料的比例不同，S001配合比为“硅灰+超细矿粉”双掺体系，混凝土密实程度相对较高，但混凝土粘度很大，对于高层泵送阻力大，施工困难，28d抗压强度占比达到127.3%，强度满足要求，但新拌混凝土自密实性能无法满足施工要求，主要考核指标倒坍时间较长，坍落与J环扩展度之差较大，S001配合比中水泥用量与胶材总量偏高，会形成较高的水化温升，导致收缩加剧，具有开裂风险；S002配合比单掺硅灰，由于硅灰的形态效应，混凝土体系粘度适中，自密实性能大幅改善，但硅灰活性基本局限于早期，混凝土后期强度贡献比例较少，28d抗压强度占比达到114.0%，并且硅灰单方成本较高，导致S002配合比经济性较差；S003配合比中掺加超细粉煤灰，该粉煤灰显著优势为其自身具备的形态效应，球形颗粒可降低摩擦阻力，显著改善混凝土粘度，有利于高强混凝土泵送施工，单测超细粉煤灰28d活性指数达到90%，可贡献混凝土后期强度，通过取代水泥，降低整体体系水泥用量，降低水化放热，避免由于温升导致的开裂，体积稳定性好。因此，通过实验发现，超细粉煤灰的优势更加明显。配合比新拌混凝土工作性能如图2-7所示。

图2 S001配合比U型箱实验

图3 S001配合比坍落扩展度

图4 S002配合比U型箱实验

图5 S002配合比坍落扩展度

图6 S003配合比U型箱实验

图7 S003配合比坍落扩展度

2.2 C60自密实混凝土流变性能研究

黏度η主要是对混凝土内聚性能进行表征的参数，内聚性能对混凝土在高压过程中的可泵性评价有着重要的指导意义。在混凝土流变理论的基础上，公司自主开发出混凝土流变仪，见图8。

图8 混凝土流变仪

依据调速电机扭矩测试原理，测量容器内不同混凝土黏度下及混凝土不同深度时的扭矩值，并根据S.Morinaga公式拟合混凝土屈服应力值和粘度来表征混凝土的流变性能，并可调整转臂杆上阻力柱在混凝土中的不同深度，表征混凝土的匀质性。

本文使用自主开发的混凝土流变仪测定3个配合比的流变性能。其实验结果见表3。

表3 C60自密实混凝土配合比流变性能实验结果

从计算结果看，配合比S001屈服应力最小，但是粘度最大，这与配合比S001中硅灰的特性有关。掺加硅灰后，混凝土和易性优良，更易于发生流动变形，在实际生产应用中更易于填充空间和穿越钢筋。但是硅灰混凝土的粘度值高，混凝土自身内聚力较强，泵送过程中与泵管的摩擦力大，会导致泵送压力过大，不利于高层泵送。

配合比S002中降低了水泥用量，增加了粉煤灰用量，混凝土粘度有所降低，但屈服应力高，表明混凝土匀质性较配合比S001差，不易于发生流动变形，混凝土流动性及填充性较差。

而掺加微珠的配合比S003屈服应力适中，粘度最低。微珠的“滚珠”效应大大降低了混凝土的内聚力，在混凝土中起到润滑作用，大大降低了混凝土的粘度，在泵送过程中降低与泵管的摩擦力，提高了泵送效率，降低了泵送难度。

3 小结

自密实混凝土中引入超细矿物掺合料-超细粉煤灰，可大幅降低混凝土整体粘度，主要由于粉煤灰为球形颗粒，阻力小，降低泵送设备以及泵送管道的磨损程度，倒坍时间不超过3.0s，也反映混凝土整体粘度较低，对于泵送是有利的。混凝土整体胶凝材料总量不高，并且水泥用量显著降低，主要优势在于改善混凝土体系水化温升情况，升温匀速平缓，通过测试，体系绝热温度峰值为64.6℃，有利于提高混凝土体积稳定性。