自密实混凝土配合比设计

自密实混凝土配合比设计

孟贝

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济南黄河路桥建设集团有限公司山东济南250000

摘要：自密实高性能混凝土在建筑领域得到了广泛的应用，但由于其还未有统一的配合比设计规范，影响了实际的应用。为了推广自密实高性能混凝土在建筑领域的应用，就需要相关的研究人员对自密实高性能混凝土配合比进行研究。而本文就自密实高性能混凝土配合比设计进行了探讨，相信对有关方面的需要能提供一定的帮助。

关键词：自密实混凝土；配合比设计；性能

1配制自密实混凝土的基本思路

与普通混凝土相比，自密实混凝土工作性的显著特征是非常小的屈服剪应力，而集料的粒径是对屈服剪应力影响最大的因素。一般来说，集料粒径越大，配制出的混凝土的屈服剪应力也越大。另外一方面，集料粒径越小，它在混凝土中的沉降速度也越慢，有利于保持混凝土的稳定性。因此，在配制自密实混凝土时应控制集料的最大粒径。如果将混凝土看成是一个二元复合体系，集料看作为粒子相，砂浆看作为液体相，混凝土的流动性取决于液体相的数量和黏度。在保证混凝土流动性的前提下，砂浆黏度越大，需要的砂浆量越多。反之，若要减少砂浆数量，必须相应地减小砂浆的黏度。否则，混凝土达不到所要求的流动度。砂浆的黏度对混凝土的稳定性有较大的影响。砂浆黏度越大，集料运动的阻力则越大，因而不容易离析。反之，减小砂浆的黏度将使得集料在混凝土中的运动阻力减小，容易产生离析。前面已经指出，自密实混凝土一个突出的矛盾是流动性与稳定性的矛盾。从上述分析可以看出，解决这一矛盾的关键是：减小集料的粒径；以较大的砂浆黏度来保证混凝土的稳定性，以较大的砂浆量来提供流动性。这两点应该是自密实混凝土配合比设计的基本指导思想。

2自密实混凝土配合比设计方法

自密实混凝土配合比的设计方法，目前在国内外主要有以下几种：全计算法，固定砂石体积法，参数设计法，改进全计算法，简易配合比设计法，骨料比表面积法等。下面对这6种配合比计算方法的特点进行重点介绍。

（1）固定砂石体积法：由岗村甫教授提出的固定砂石体积法是应用最早、最广的自密实混凝土配合比设计方法。该方法在保证强度的基础上，体现了按工作性要求设计自密实混凝土的原则。

（2）全计算法：这种方法是由武汉工业大学的陈建奎教授最早提出来的，是作为高性能混凝土的一种设计新法。北方工业大学的姜德民、高振林采用了全计算法，对高性能自密实混凝土进行配合比设计[2]。该方法是一种定量设计法，它推导出了高性能混凝土单位立方米用水量和砂率的计算公式[3]。直接将高性能混凝土配合比计算的全计算法用于计算自密实高性能混凝土时，算得的砂率和浆集比都偏低，难以满足自密实的要求。不适合于自密实混凝土配合比的计算。

（3）改进全计算法：中南大学结合固定砂石体积含量法的特点，对全计算法用于计算自密实混凝土配合比进行改进而提出的。该方法是全计算法结合了固定砂石体积法，改进后计算的主要特点是：砂石计算不再采用全计算法中砂率计算公式而是引进了固定砂石体积含量计算法的方法，保留全计算法中用水量计算公式。将浆体体积与传统的水胶比定则联系起来，混凝土配合比的参数可全部定量按公式计算[4]。

（4）参数法：天津大学在总结以往成果的基础上，提出了一种新的自密实混凝土配合比设计方法―参数法[5]。参数法中主要用4个参数来控制配合比中材料的质量。粗骨料系数α用于计算石子用量；砂拨开系数β用于计算砂用量；掺合料系数γ和水胶比W/B反映了胶凝材料净浆的组成。

（5）简易配合比设计方法：是我国台湾国立云林科技大学的苏南教授提出的。这种方法新颖独特，简单易行。设计出的混凝土砂率较大而粗骨料和胶凝材料用量较少，这有利于提高混凝土的流动性和穿越钢筋间隙的能力，而且节约成本。该方法只适于配制中低强度的自密实混凝土。

（6）骨料比表面法：浙江大学在原材料基础上建立骨料比表面积计算方法及富余浆量计算模型，理论上研究原材料条件下自密实混凝土配合比设计，并提出自密实混凝土骨料比表面法配合比设计步骤。该方法的创新之处是对骨料比表面积和富余浆量理论进行了研究，结合骨料的用量、孔隙率及比表面积建立了自密实混凝土富余浆量计算模型[6]。

3自密实混凝土原材料选择

（1）水泥：对于自密实混凝土，通常不同类型的水泥都可以。但高效减水剂在适应性方面会受到水泥的矿物组成的影响。对于自密实混凝土，更适合用C3A含量低和标准稠度用水量低的水泥来配制，二者之间是否能互相融合，可以用水泥与减水剂的相容性试验来确定。

（2）微细掺合料：具有“活性效应”、“界面效应”、“微填效应”和“减水效应”等综合效应，混凝土技术的发展方向和重点是对微细掺合料的应用。微细掺合料在降低新拌自密实混凝土内部的屈服剪应力，改善流变性能，降低水化热方面效果显著。

（3）细骨料：含泥量低、形状和级配良好、细度模数在中砂范围内是细骨料选择的原则。细砂和粗砂均不宜选用，因为细砂需要较多的胶结料来包裹，相对地减少了富余浆体量，而粗砂保水性差，容易发生泌水现象。

（4）粗骨料：卵石、碎石均适合，由于卵石对流动性有利，碎石对强度的改善有利。钢筋密集及薄壁结构常用自密实混凝土，因而对于粗骨料，其最大粒径应严格遵循规范规定，最大限度地减少粗骨料中的针片状石子含量。

（5）外加剂：可以实现自密实混凝土的高流动性、高稳定性、间隙通过能力和填充性，很多种类的外加剂应用于自密实混凝土，考虑到外加剂的复合性能，要求外加剂：和水泥相容性好、大减水率、减缓凝固、保塑。高于20%减水率的高效减水剂较为适合，高达40%减水率的聚羧酸系列高效减水剂能够提供强大的减水作用是最佳选择。

4自密实混凝土配合比设计基本要点

（1）满足工作度要求

自密实混凝土的特点中最主要的是其优良的工作度。自密实混凝土可否依赖自重实现密实填充的保证是流动性、稳定性、保水性、粘聚性等工作度。因此，工作度是设计自密实混凝土必须最先需要考虑的重点。

（2）满足强度要求

充分满足工作性要求前提下，要达到强度要求，应通过其它配合比因素的调整来实现。水胶比，砂率、微细掺合料品种和掺量、外加剂等对自密实混凝土强度的发展都具有较大的影响。

（3）满足耐久性要求

从已有研究和工程实践来看，自密实混凝土影响其耐久性的重要缺陷的是易收缩开裂的特性。自密实混凝土由于胶结料用量较大、水灰比低、砂率较高，导致收缩较大，需要采取比如掺加纤维、减缩剂、粉煤灰以及膨胀剂等相应的控制措施。

5结论

自密实混凝土被称为‘近几十年中混凝土建筑技术最具革命性的发展，因为自密实混凝土拥有众多优点：保证混凝土良好地密实。提高生产效率。由于不需要振捣，混凝土浇筑需要的时间大幅度缩短，工人劳动强度大幅度降低，需要工人数量减少。改善工作环境和安全性。没有振捣噪音，避免工人长时间手持振动器导致的‘手臂振动综合症’。改善混凝土的表面质量。不会出现表面气泡或蜂窝麻面，不需要进行表面修补；能够逼真呈现模板表面的纹理或造型。增加了结构设计的自由度。不需要振捣，可以浇筑成型形状复杂、薄壁和密集配筋的结构。以前，这类结构往往因为混凝土浇筑施工的困难而限制采用。避免了振捣对模板产生的磨损。减少混凝土对搅拌机的磨损。

参考文献：

[1]罗素蓉，郑建岚，王国杰，王雪芳.自密实高性能混凝土结构的研究与应用[J].土木工程学报，2005，38（4）：46-52.

[2]瞿群迪，周华强，侯朝炯，等.煤矿膏体充填开采工艺的探讨[J].煤炭科学技术，2004，32（10）：67-69.

[3]孙文标，孙恒虎，刘建庄，等6似膏体充填料浆配合比的实验研究[J].中国矿业，2005，14（8）：70-71.

[4]赵才智，周华强，柏建彪6粉煤灰全尾砂膏体充填试验研究[J].金属矿山，2006（12）：4-6.