基于流变性能的C50自密实混凝土配合比设计试验研究

白皓

摘要：自密实混凝土具有较好的流动性、均匀性和稳定性，它能依靠自重通过钢筋空隙、填充模板，而且无需振捣，但自密实混凝土对工作性能的要求较高。采用坍落扩展度（SF）表征自密实混凝土的流动性能，以坍落扩展度达500mm所需的时间（T500）和V漏斗时间（VF）表征自密实混凝土的抗离析性能，通过对初始配合比不断进行优化，得到SF大于640mm、T500介于2s至6s、VF介于5s至25s、28天标准抗压强度达50Mpa的性能优异的C50自密实混凝土。

关键词：C50;自密实混凝土;工作性能;流变性

引言

自密实混凝土（简称SCC）是一种特殊的混凝土，它能够依靠重力作用通过钢筋密集的地方、填充模板，SCC相较于普通混凝土具有诸多优点，比如在施工过程中无需人工振捣，节约劳动力，降低施工噪音，提高浇筑施工的速度，保证施工质量，因此，SCC被广泛应用于道路、桥梁和水工建筑物等工程中[1，2]。

然而，自密实混凝土对工作性能的要求较为严格，新拌的自密实混凝土被视为宾汉姆流体，其流变性能为屈服强度和粘度，自密实混凝土需要具有较高的流动性能，即较小的屈服强度，同时也要有一定的抗离析性能，即具有一定的粘度[3，4]，且需要满足工程上对强度的要求。

以坍落扩展度（SF）反映自密实混凝土的流动性能，坍落扩展度达500mm所需的时间（T500）和V漏斗时间（VF）表征自密实混凝土的抗离析性能，通过对初始配合比进行不断优化，得到SF大于640mm、T500介于2s至6s、VF介于5s至25s、28天标准抗压强度达50Mpa的性能优异的C50自密实混凝土，研究结果可为工程中制备高性能自密实混凝土提供参考。

一、试验材料

（1）水泥选用拉法基P·O42.5普通硅酸盐水泥，符合国家水泥新标准GB175—1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》，密度为3.15g/cm³，比表面积为350m²/Kg;

（2）粉煤灰使用Ⅰ级粉煤灰，密度为2.55g/cm³;

（3）石子选用具有连续级配的（5～20mm）石灰石，表观密度为2.70g/cm³，堆积密度为1.36g/cm³;

（4）砂选择具有连续级配的（0.075～4.750mm）石英砂，表观密度为2.60g/cm³;

（5）水使用自来水;

（6）减水剂为液态的聚羧酸系高效减水剂，固含量18%。

机制砂和碎石的粒径分布曲线如图1所示。

二、试验方法

自密实混凝土工作性能试验按CECS203：2006《自密实混凝土应用技术规程》[5]进行检测。用坍落扩展试验仪和V形漏斗试验仪测试自密实混凝土的SF、T500和VF。

抗压强度按GB/T50081—2002《普通混凝土学性能试验方法标准》进行检测，试件尺寸为100mm×100mm×100mm立方体。

三、试验结果及分析

1. 初始配合比设计

C50自密实混凝土的初始配合比设计参照 CECS203：2006《自密实混凝土应用技术规程》[5]。根据实际工程要求，确定 C50 自密实混凝土拌合物的工作性能需要满足：坍落扩展度（SF）大于640mm、T500介于2s至6s、V漏斗时间介于5s至25s。

采用固定砂石体积含量计算法[6]来设计C50自密实混凝土初始配合比，该方法按以下步骤进行配合比计算：

（1）固定每立方混凝土中粗骨料的体积VG=316L;假设每立方混凝土的空气含量为20L;

（2）每立方砂浆的体积Vm=1000-316-20=664L;砂率（砂占砂浆的体积比）设置为0.48;

（3）水粉比VW/VP选择0.96，粉煤灰替换10%（体积比）的水泥;

（4）减水剂掺量根据拌合状态进行调整，确保流动度满足要求，最终确定减水剂掺量，并将减水剂中的水折算如水粉比中，获得真实的水粉比。

根据原材料密度，计算所得初始配合比如表1所示。

根据初始配合比，进行坍落扩展度试验、T500试验、VF试验，扩展度试验结果如图2所示，SF为680mm，此外，测得T500为8.0s，VF为186.0s。

对于SCC，SF反映流动性能，T500和VF反映黏性。當SF大于640mm，T500处于2s至6s，同时V漏斗时间在5s到25s之间时，SCC的工作性是符合标准的，即具有足够的流动性以达到自密实效果同时也具有足够的黏性保证不发生泌水、离析等现象。当T500小于2s，且VF小于4s时，SCC没有足够的黏性，有离析的风险。相反，如果T500大于6s，且VF超过25s，则表明SCC非常粘稠或已严重离析导致砂浆与骨料分离。

由试验结果知，T500和VF值均超过规定的指标，表明SCC粘度过大，故需要对初始配合比进行调整。

2. 配合比调整

由于SCC的黏性过大，即水泥浆体无法包裹住骨料，有离析的风险，因此通过降低粗骨料掺量、降低砂率，进行配合比调整;第二组固定每立方SCC中粗骨料体积为312L，砂率设置为0.47;第三组固定每立方SCC中粗骨料体积为300L，砂率设置为0.46;此外，考虑到强度的需求和节约成本，在第三组的基础上，降低水粉比，同时提高粉煤灰替换水泥的比例，最终调整后的三组配合比如表2所示。

根据调整后的三组配合比，进行坍落扩展度试验、T500试验、VF试验，试验结果如表3所示，坍落扩展度试验照片如图3所示。

3. 最终配合比确定

由试验结果知，对于第二组SCC，SF小于640mm，且T500和VF均超过指标要求，故流变性能不合格;第三组和第四组的SCC，均满足指标，保留第三组和第四组的标准抗压试件，在标准养护箱养护28天后，测试其28天标准抗压强度，试验结果如表4所示。表4中，fc为28天标准抗压强度。

由试验结果知，第三组和第四组的SCC，28天标准抗压强度均能达到50Mpa，但第四组SCC的水泥使用量少于第三组，且粉煤灰掺量高于第三组，第四组SCC具有更低的水化热，较好的耐久性，故选择第四组配合比为最终配合比。最终配合比如表5所示，其工作性能及力学性能如表6所示。

四、结论

（1）配制C50自密实混凝土，应首先根据实际工程的指标需求，保证SCC的工作性能满足扩展度要求、扩展时间T500要求、V漏斗时间要求，然后，按照设计步骤计算初始配合比;

（2）粗细骨料的掺量是影响自密实混凝土工作性能的一个重要参数，当粗细骨料掺量较大时，会导致SCC黏性过大，需要降低粗骨料的掺量、减小砂率;

（3）强度和工作性能满足要求时，可以选择水泥量较小，粉煤灰掺量较大的配合比，对减少水化热、降低成本、增加耐久性有一定的帮助。

参考文献：

[1]王秋芳，赵琦.自密实混凝土的配制及性能研究进展[J].福建建材，2020（03）：25-27+84.

[2]邹扬，罗怀春，周元鑫，刘斌，周星.自密实混凝土的研究进展[J].江西建材，2019（06）：3+5.

[3]吴琼.净浆流变性对自密实混凝土工作性能的影响[J].混凝土，2015（09）：64-68.

[4]顾海朋，魏群，李固华，张龙生.当量粉体体积对自密实混凝土工作性能的影响[J].工业建筑，2014，44（S1）：920-922.

[5]自密实混凝土应用技术规程：CECS203：2006[S].

[6]张后禅. 机制砂自密实混凝土配制方法及应用技术研究[D].浙江大学，2012.