陈瑞斌 胡迪坤 雷从沛
江西建院工程检测有限公司 江西南昌 330000
摘要：自密实混凝土的特点是免振捣或少振捣，是一种仅靠自重就能流动，并均匀填充整个模型的混凝土。其设计思路完全不同于普通混凝土。本文根据实际工程需要，设计了应用于桥梁的墩顶横梁的C55自密实混凝土。通过对原材料进行性能分析后的配合比设计与调整，设计出了工作性能，包括填充性、间隙通过性和抗离析性，力学性能和长期耐久性能均满足标准规范和施工要求的C55自密实混凝土，并在实际工程中成功应用。试验结果表明：所设计的C55自密实混凝土配合比的填充性、间隙通过性及抗离析性能满足设计和施工要求，强度和弹性模量达标，56d电通量合格，碱含量和氯离子含量符合标准要求。
关键词：自密实混凝土；C55；填充性；间隙通过性；抗离析性；耐久性
Research on Mix Proportion Design and Performance of C55 Self - compacting Concrete
CHEN Ruibin, WANG Chunfang, ZENG Xiaoluo
(Jiangxi Jianyuan Gongcheng Jiance Co.,Ltd, Jiangxi Nanchang 330000)
Abstract: The vibrating mode of self - compacting concrete was a kind of free or less vibratin, and full fill by gravity flwing. C55 Self - compacting concrete was designed according to the actual engineering needs,which was applied to bridge pier top crossbeam. The working performance, mechanical properties and long-term durability could meet the standard specification and construction requirements.The results show that all the performances, which are the filling ability, passing ability, segregation resistance, strength, modulus of elasticity, 56d electric flux, alkali content and chloride ion content, can meet the standard and construction requirements.
Key words: self - compacting concrete; C55; filling ability; passing ability; segregation resistance; durability
0 序言
自密实混凝土是由水泥、水、粗细骨料、外加剂和掺合料等多相分散体系组成，除水和固含量以外的外加剂，其多相分散体系颗粒从0.1mm到20mm，导致级配颗粒和表观面积的构成工作较为复杂。自密实混凝土与普通混凝土相比，（1）前者细粉料含量大，而粗骨料含量较低，砂率高；（2）设计思路上，前者是采用比较确定的水胶比，通过其他组分来调节强度，后者是根据强度等级来确定水胶比；前者是根据混凝土中水泥浆体积含量来确定胶凝材料用量，后者是根据混凝土的用水量来确定混凝土的胶凝材料用量。
影响自密实混凝土各项性能的两个主要因素是其屈服应力和塑性粘度。本文通过对原材料进行选定和测试，进行配合比设计，对拌合物工作性能，硬化浆体力学性能和长期耐久性能进行分析并综合评价，力求各因素达到相对平衡，拌合物屈服剪应力减小到适宜范围内，同时又具有足够的塑性粘度，使骨料悬浮于水泥浆中，不出现离析和泌水的现象保证最终所配制混凝土满足标准要求和施工需求。
1原材料的选用
原材料的选择是混凝土构件质量的首要环节，其性能的优良和稳定性直接影响混凝土性能。
水泥：赣江海螺水泥责任有限公司，P.052.5。初凝177min，终凝243min、沸煮安定性合格、标稠26.3%、3d抗折7.1MPa、3d抗压36.3MPa、28d抗折9.3MP、28d抗压58.1MPa，符合GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》。
粉煤灰：武汉华电粉煤灰开发有限公司，I级F类。45μm筛余10.1%、需水量比93%、SO3 0.76%、f-CaO 0.17%、含水量0.1%、碱含量0.78%、烧失量3.2%，符合GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》。
矿粉：江西新宏泰建材有限公司，S95级。密度2.88g/CM3、含水量0.1%、烧失量0.40%、SO3 0.03%、Cl- 0.005%、碱含量0.16%、比表面积425m2/kg、流动度比99%、活性指数7d 84% 28d 99%，符合GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》。
砂：赣昌砂场，I类。细度模数2.7、含泥量1.0%、泥块含量0%、表观密度2580kg/m3、松散空隙率41%、Cl- 0%，符合GB/T 14684-2011《建设用砂》。
石子：高安鸡公岭，I类，5-16mm。压碎值8.0%、表观密度2700kg/m3、堆积密度1620kg/m3，符合GB/T 14685-2011《建设用石》。
聚羧酸减水剂：广东瑞铠，高性能（缓凝型）。碱水率33%、常压泌水率29%、含气量4.1%、初凝时间差-14min、抗压强度比7d 158% 28d 152%、含固量27.26%、Cl- 0.06%、碱含量1.8%符合GB 8076-2008《混凝土外加剂》。
2试验配合比设计
自密实混凝土的配合比设计主要要满足填充性、间隙通过性、抗离析率、强度要求和耐久性。
本项目按照JGJ/T283《自密实混凝土应用技术规程》中的计算方法，引用JGJ55《普通混凝土配合比设计规程》，采用绝对体积法。
配合比主要设计步骤为（1）确定每立方米混凝土中粗骨料的体积及质量；（2）确定砂浆体积及砂的体积；（3）计算配制强度，设计C55自密实混凝土，强度按照fcu,0≥fcu,k+1.645σ确定，σ取6.0，即配制强度不应小于64.9MPa；（4）确定水胶比；（5）计算胶凝材料表观密度和胶凝材料质量，包括矿物掺合料比例等；（6）确定用水量及各组分质量；（7）确定外加剂品种及质量。最后进行配合比的适配、调整和确定。
本文设计的自密实性能及要求见表2.1所示。
3性能测试
表3.1是自密实混凝土拌合物主要性能及硬化浆体力学性能测试结果。
由表3.1可以得出：各组配合比的扩展时间T500s和坍落扩展度基本上都能满足规范要求，V漏斗试验和U型箱试验高度这两个参数只有配合比（编号2-1）和基准配合比（编号3）能够满足设计要求和施工要求。各组配合比的弹性模量都能达到设计要求，早期抗压强度(7d)也能达到设计强度的95%以上，但28d抗压强度有的未达到试配强度的要求，配合比(编号2-1)和配合比(编号3)都能满足要求，综合拌合物性能种的几项主要指标和力学性能来考虑，这两组配合比都可以，但配合比(编号2-1) 的砂率是45%，V漏斗时间较长和U型箱试验高度刚好达到标准要求，施工操作性会比较困难，而配合比（编号3）是在配合比（编号2-1）的基础上进行优化的，各项参数基本都更好，故而选定配合比（编号3）作为最终配合比。
对编号3配合比进行拌合物多指标测试和力学性能、耐久性能测试，试验过程图片见图3.1、图3.2、图3.3、图3.4、图3.5和图3.6，测试结果见表3.2和表3.3所示。
表3.1 拌合物主要性能
图3.1混凝土扩展度测试图 图3.2 V漏斗通过时间测定
（下转第299页）
通量测试方法表征，56d为630C，小于1000C（JTG/T F50-2011）。
JTG/T F50-2011《公路桥涵施工技术规范》中对混凝土的总碱含量有要求，一般桥涵不宜大于3.0kg/m3，Cl-不超过0.06%。对编号3配合进行碱含量和Cl-含量验算。
混凝土是多组分系统，混凝土碱含量、Cl-含量源自水泥、掺合料、细骨料、粗骨料、外加剂等组分。由于实测的矿渣粉、粉煤灰中的碱含量并不是参与碱骨料反应的有效碱含量，根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2011)的规定，粉煤灰碱含量取实测值的1/6，矿渣粉的碱含量取实测值的1/2。由于骨料中的碱一般处于稳定状态，计算拌合物碱含量时，一般不计算砂、石中的碱含量。
碱含量=（0.58×362+0.78/6×78+0.16/2×77+1.8×5.17）×0.01=2.36
氯离子含量=（0.003×362+0.005×77+0.06×5.17）×0.01（362+78+77+822+370+556+5.17+165）=0.003%
由计算结果可以看出，碱含量氯离子含量均满足国家标准要求。
4结论
综上研究结果分析可得，编号3所设计的C55自密实混凝土满足JGJ/T283《自密实混凝土应用技术规程》、JTG D62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范》和JTG/T F50-2011《公路桥涵施工技术规范》中的要求。填充性、间隙通过性及抗离析性能良好，强度和弹性模量达标，56d电通量合格，碱含量和氯离子含量符合要求。
在设计过程中要注意，（1）外加剂的性能及稳定性，它对浆体均匀及骨料悬浮情况影响很大；（2）较高的砂率，合适的砂率可以减少骨料之间的摩擦，并增大流动度，过低或过高都会降低自密实混凝土的流动性，砂率是自密实混凝土配制成功的关键；（3）矿物掺合料的使用，合理使用可以改善对混凝土的和易性和耐久性；（4）骨料的选择，颗粒级配对自密实混凝土的拌合物性能和力学性能影响很大，粗骨料宜选用最大粒径不宜大于20mm，形状接近圆形及立方型，细骨料宜选II区中砂，砂子级配要良好。
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论文作者:陈瑞斌,胡迪坤,雷从沛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/26
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