自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)

自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)一、文獻(xiàn)綜述1.1自密實(shí)混凝土簡(jiǎn)介混凝土是由膠凝材料(如水泥)和各種礦物摻合料、骨料(如砂石)及水按適當(dāng)比例配合，拌合形成混合物，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的凝結(jié)硬化，形成具有力學(xué)性能的人造石材。自密實(shí)混凝土（Self-ConsolidatingConcrete簡(jiǎn)稱SCC）是指在自身重力作用下能夠流動(dòng)、密實(shí)，即使存在致密鋼筋也能完全填充模板，同時(shí)獲得很好均質(zhì)性，并且不需要附加振動(dòng)的混凝。自密實(shí)混凝土擁有眾多優(yōu)點(diǎn)：卓越的流動(dòng)性和自填充性能，并且不離析、不泌水，能夠保證混凝土良好的密實(shí)性；施工過(guò)程中無(wú)需振搗，避免了振搗對(duì)模板產(chǎn)生的磨損，并且沒(méi)有振搗噪音，能夠改善工作環(huán)境和安全性；成型后的混凝土有優(yōu)異的耐久性，不會(huì)出現(xiàn)表面氣泡或蜂窩麻面，不需要進(jìn)行表面修補(bǔ)，能夠改善混凝土的表面質(zhì)量[1]。自密實(shí)混凝土具有砂率較高、膠凝材料摻量較大、高效減水劑用量較大等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得自密實(shí)混凝土與普通混凝土的配合比設(shè)計(jì)大不相同。再加上自密實(shí)混凝土對(duì)原材料的要求比較嚴(yán)格，各種原材料因地域性不同所表現(xiàn)出來(lái)的材料組成和性質(zhì)有著天壤之別。所以，針對(duì)于某一地區(qū)的原材料性能合理地進(jìn)行自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)有重要的意義[2]。二、自密實(shí)混凝土概述2.1研究的目的及意義[3]從1988年日本有了關(guān)于自密實(shí)混凝土的首篇報(bào)道以來(lái)，自密實(shí)混凝土的發(fā)展已有十幾年的歷史。本文首先將對(duì)其進(jìn)行綜述，概括介紹國(guó)內(nèi)外關(guān)于自密實(shí)混凝土的基本研究應(yīng)用結(jié)論，這為系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)自密實(shí)混凝土并進(jìn)一步開展相關(guān)研究工作奠定了基礎(chǔ)。2.1.1國(guó)內(nèi)對(duì)自密實(shí)混凝土的研究國(guó)內(nèi)對(duì)自密實(shí)混凝土的研究與應(yīng)用開始于90年代初期。1987年馮乃謙教授提出了流態(tài)混凝土概念，奠定了這一研究的基礎(chǔ)。1993年，北京城建集團(tuán)構(gòu)件廠在研制出C60-C80大流動(dòng)性高強(qiáng)度混凝土的基礎(chǔ)上開始著手于免振搗自密實(shí)高性能混凝土的研制，于1996年獲得了免振搗自密實(shí)混凝土的國(guó)家專利。之后，中建一局、中國(guó)鐵道建筑總公司及深圳、濟(jì)南、天津、寧夏等地陸續(xù)有了自密實(shí)混凝土應(yīng)用于工程實(shí)踐的報(bào)道。2003年廣州西卡建筑材料公司天津分公司先后在天津和北京舉辦“高性能混凝土、自密實(shí)混凝土研討會(huì)”，推動(dòng)了津京地區(qū)自密實(shí)高性能混凝土的發(fā)展。此外，清化大學(xué)的廉慧珍教授、覃維祖教授、武漢工業(yè)大學(xué)的馬保國(guó)教授、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的巴恒靜教授、福州大學(xué)的鄭建嵐教授、中南大學(xué)的謝友均教授、山東建工學(xué)院的李志明教授以及江蘇建材研究院、天津市建筑科學(xué)研究院等對(duì)自密實(shí)混凝土做了大量研究工作，促進(jìn)了我國(guó)自密實(shí)混凝土的發(fā)展。2.1.2國(guó)外對(duì)自密實(shí)混凝土的研究國(guó)外對(duì)自密實(shí)混凝土的研究報(bào)道較早出現(xiàn)于日本。1988年夏，東京大學(xué)岡村甫研制室第一次成功地配制出自密實(shí)混凝土。次年，在東京舉行了自密實(shí)混凝土的公開實(shí)驗(yàn)，會(huì)后許多大建筑公司開始了自密實(shí)混凝土的開發(fā)。1991年就有13家總承包公司的研究人員在東京大學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究自密實(shí)高性能混凝土，1992年出席日本混凝土學(xué)會(huì)關(guān)于自密實(shí)混凝土年會(huì)的單位增至30家。至1994年底，日本已有28個(gè)建筑公司掌握了自密實(shí)混凝土的技術(shù)，可見其發(fā)展速度是很快的。其它國(guó)家也逐漸開始研制自密實(shí)混凝土。事實(shí)上，上世紀(jì)80年代早期挪威建造的混凝土結(jié)構(gòu)海上石油平臺(tái)，由于配筋密集且結(jié)構(gòu)龐大無(wú)法對(duì)混凝土振搗，所配制使用的混凝土實(shí)際上是依靠重力密實(shí)。法國(guó)于1995年開始研制免振搗自密實(shí)混凝土，瑞典、德國(guó)、新加坡、瑞士等國(guó)家也相繼研制成功并獲得應(yīng)用，荷蘭自1999年開始已將自密實(shí)混凝土用于預(yù)制建筑構(gòu)件的生產(chǎn)。2.1.3自密實(shí)混凝土的應(yīng)用現(xiàn)狀目前，自密實(shí)混凝土已廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)民用建筑、道路、橋梁、隧道及水下工程、預(yù)制構(gòu)件中，國(guó)內(nèi)也已有自密實(shí)混凝土用于特殊結(jié)構(gòu)施工報(bào)道，如大型爆炸洞、水工建筑物、窄徑深孔井樁、鋼管混凝土等。加拿大、英國(guó)有報(bào)道通過(guò)高摻量粉煤灰生產(chǎn)出28天強(qiáng)度為28-46MPa和30-35MPa的自密實(shí)混凝土；世界上跨度最大（主跨1990m）的懸索橋一明石海峽大橋工程是自密實(shí)高性能混凝土成功應(yīng)用的典范。明石橋的2個(gè)錨錠分別使用了24萬(wàn)m3m和15萬(wàn)m3m強(qiáng)度為25MPa的自密實(shí)混凝土。由于采用自密實(shí)高性能混凝土施工新技術(shù)，使兩個(gè)錨錠的施工從兩年辦縮短到兩年，縮短工期20%；美國(guó)西雅圖雙聯(lián)廣場(chǎng)是迄今為止自密實(shí)高性能混凝土用于實(shí)際結(jié)構(gòu)中強(qiáng)度最高的，實(shí)測(cè)28d強(qiáng)度119MPa，91d強(qiáng)度145MPa，由于采用了超高強(qiáng)的自密實(shí)高性能混凝土降低了結(jié)構(gòu)成本30%。國(guó)內(nèi)也有C30，C40自密實(shí)混凝土的研究和應(yīng)用。2002年C100高性能混凝土在北京率先成功應(yīng)用于國(guó)家大劇院工程后，2004年4月沈陽(yáng)遠(yuǎn)吉大廈鋼管混凝土柱采用自密實(shí)混凝土澆灌，28天強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到C100。深圳、上海、北京等城市已應(yīng)用自密實(shí)混凝土澆筑了4萬(wàn)余立方米。主要應(yīng)用于地下暗挖、配筋形狀較為密實(shí)、復(fù)雜等無(wú)法澆筑和振搗的部位。解決了施工擾民的問(wèn)題，縮短了澆筑工期。2.2課題研究?jī)?nèi)容

2.2.1自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法研究在參考大量文獻(xiàn)、總結(jié)各種已有混凝土配合比設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，提出一種新的自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法。該方法應(yīng)力求滿足自密實(shí)混凝土對(duì)于原材料的敏感性要求，考慮到具體材料的特性而變化其中的參數(shù)取值，并能體現(xiàn)不同參數(shù)對(duì)于自密實(shí)混凝土相應(yīng)性能的影響。2.2.2水泥和礦物摻合料與減水劑相容性問(wèn)題的試驗(yàn)研究

凈漿的流變性能對(duì)自密實(shí)混凝土的工作性有很大影響。要保證所用高效減水劑應(yīng)該與水泥和礦物摻合料之間彼此相容，并且為了滿足漿體的流動(dòng)性、保水性和粘聚性等多方面要求，各材料用量應(yīng)該有一個(gè)合理的范圍本文采用一種水泥、兩種新型高效減水劑和三種礦物摻合料，按“混凝土外加劑對(duì)水泥的適應(yīng)性檢測(cè)方法”，分別研究了各材料組分在不同水灰比和不同比例搭配條件下的漿體流動(dòng)性，為自密實(shí)混凝土配合比試驗(yàn)提供參考數(shù)據(jù)。

2.2.3自密實(shí)混凝土配合比試驗(yàn)研究按照本文提出的自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)初步配合比，探討各參數(shù)對(duì)于混凝土性能的影響，并針對(duì)所用原材料得出其合理用量范圍;在保證良好工作性的基礎(chǔ)上，研究自密實(shí)混凝土的力學(xué)性能;在現(xiàn)有試驗(yàn)條件下，爭(zhēng)取擴(kuò)大強(qiáng)度范圍，配制出不同強(qiáng)度等級(jí)的自密實(shí)混凝土。2.3自密實(shí)混凝土性能2.3.1混凝土工作性對(duì)于混凝土拌合物的工作性，眾多學(xué)者曾給出自己不同的定義。工作性涵義3.2.2固定砂石體積含量法這種方法我國(guó)吳中偉院士和其他學(xué)者都曾做過(guò)介紹，其簡(jiǎn)要計(jì)算步驟如下:設(shè)定每立方米混凝土中石子的松堆體積為0.5~0.55m3，得到石子用量和砂漿含量;設(shè)定砂漿中砂體積含量為0.42-0.44,得到砂用量和漿體含量;根據(jù)水膠比和膠凝材料中的摻合料比例計(jì)算得到用水量和膠凝材料總量，最后由膠凝材料總量計(jì)算出水泥和摻合料各自的用量。但水膠比和摻合料的用量如何確定沒(méi)做具體規(guī)定。個(gè)人設(shè)計(jì)原材料與實(shí)驗(yàn)方法4.1實(shí)驗(yàn)原料水泥：海螺牌42.5普通對(duì)酸鹽水泥粉煤灰：表觀密度2220kg/m3硅灰：表觀密度2190kg/m3礦渣：表觀密度2880kg/m3粗集料：表觀密度2720kg/m3砂：中砂表觀密度2730kg/m3水：自來(lái)水表觀密度1000kg/m3外加劑：1.5%聚羧酸系高效減水劑表觀密度1037kg/m34.2配合比計(jì)算4.2.1設(shè)計(jì)參數(shù)強(qiáng)度等級(jí)：C30自密實(shí)大流態(tài)設(shè)計(jì)依據(jù)：《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T283-2012《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ52-2011《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》CECS203：2006原材料表觀密度（kg/m3）原材料水泥礦渣粉粉煤灰硅灰砂石

5-20mm石

10-20mm石

5-10mm水外加劑表觀密度30502880222021902730272027202720100010374.2.2粗骨料體積及質(zhì)量計(jì)算1）每立方米混凝土中粗骨料的體積Vg，?。?.32m3填充性指標(biāo)SF1SF2SF3Vg（m3）0.32~0.350.30~0.330.28~0.30每立方米混凝土中粗骨料的質(zhì)量（mg）計(jì)算：mg=Vg·ρg=0.32*2720=870kg/m3

4.2.3砂漿體積Vm計(jì)算

Vm=1-Vg=1-0.32=0.680m34.2.4砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)（Φs）可取0.42~0.45,取：0.454.2.5每立方米混凝土中砂的體積Vs和質(zhì)量msVs=Vm·Φs=0.68*0.45=0.306m3ms=Vs·ρg=0.306*2730=835kg/m3計(jì)算配比砂率Sp=49.0%4.2.6漿體體積Vp計(jì)算Vp=Vm-Vs=0.68-0.306=0.374m3

4.2.7膠凝材料表觀密度ρb計(jì)算水泥礦渣粉粉煤灰硅灰ρ

kg/m33050288022202190β10%20%5%總共：35%4.2.8自密實(shí)混凝土的配制強(qiáng)度|cu,0計(jì)算（按JGJ55-2011計(jì)算）：fcu,o≥fcu,k+1.645σ=30+1.645*5=38.2MPa根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)提高混凝土出站強(qiáng)度保證率，即要提高配制強(qiáng)度保證率，最終要保證結(jié)構(gòu)實(shí)體的強(qiáng)度保證率滿足要求。因此將保證率系數(shù)從1.645提高到2.3，對(duì)應(yīng)的保證率由95%提高到98.9%。計(jì)算此時(shí)的試配強(qiáng)度為：

fcu,o≥fcu,k+2.3σ=30+2.3*5=41.5MPa4.2.9水膠比計(jì)算4.2.10每立方米自密實(shí)混凝土中膠凝材料的質(zhì)量mb計(jì)算

4.2.11每立方米混凝土中水的質(zhì)量（mw）mw=mb·（mw/mb)=460*0.43=198kg/m34.2.12每立方米混凝土中水泥質(zhì)量和礦物摻合料的質(zhì)量礦渣粉mSL=mb*βSL=460*10%=46kg/m3粉煤灰mFA=mb*βFA=460*20%=92kg/m3

硅灰mSi=mb*βSi=460*5%=23kg/m3水泥mc=mb-mm=460-46-92-23=299kg/m34.2.13外加劑（減水劑）用量計(jì)算：（α為外加劑用量，?。?.50%）mca=mb·α=460*1.50%=6.9kg/m3強(qiáng)度

等級(jí)水膠比砂率

%容重

kg/m3配合比用量（kg/m3）水泥礦渣粉粉煤灰硅灰砂石

5-20mm水外加劑C30自密實(shí)大流態(tài)0.4349.023702994692238358701986.9

C30自密實(shí)混凝土配合比：

五、方案修改強(qiáng)度

等級(jí)水膠比砂率

%容重

kg/m3配合比用量（kg/m3）水泥礦渣粉粉煤灰硅灰砂石

5-20mm水外加劑C30自密實(shí)大流態(tài)0.4347.9238127168902382489819413.33由于實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了坍落度不符合要求的情況，所以對(duì)配合比進(jìn)行了多次修改，最終C30自密實(shí)混凝土配合比設(shè)定為：

石頭：粗：細(xì)=7:3，每15L粗石：9.429L、細(xì)石：4.041L最終配合比經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)計(jì)達(dá)到了550mm坍落度的性能要求，粘聚性良好的拌合物。

六、結(jié)論砂率變化，可導(dǎo)致集料的空隙率和表面積的變化，因而水泥混凝土拌合物的和易性也隨之變化。砂率過(guò)大，空隙率及表面積大，拌合物干稠，流動(dòng)性差；砂率過(guò)小，砂漿數(shù)量不足流動(dòng)性降低，且影響?zhàn)ぞ坌院捅Ｋ?，使拌合物粗澀、粗骨料離析、水泥漿流失，甚至出現(xiàn)潰散等不良現(xiàn)象。七、參考文獻(xiàn)[1]王子明，王亞麗.混凝土高效