自密实混凝土配合比浅析

郑庆喜

（明溪县水利局福建明溪365200）

自密实混凝土配合比浅析

郑庆喜

（明溪县水利局福建明溪365200）

本文以福建明溪黄沙坑水库大坝自密实混凝土配合比为例，阐述了自密实混凝土配合比试配、计算、调整及对配合比相对应混凝土质量。对自密实混凝土堆石的施工具有参考价值。

自密实混凝土；配合比；计算；调整；检验

1 黄沙坑水库的基本情况

黄沙坑水库位于福建省三明市明溪县境内城岚溪黄沙坑村河段，距明溪县约20km，是一座灌溉为主、供水为辅的综合利用中型水库，主要建筑物包括拦河坝（主坝、副坝）、隧洞等。主坝坝顶高程448.70m，坝顶长198m，坝顶宽5.0m，最大坝高44.20m；副坝坝址布置在左岸的垭口处，坝顶高程448.70m，坝顶长86m，坝顶宽5.0m，最大坝高20.0m。隧洞总长为10984m，是福建省十二、五规划的重点工程项目。

大坝的主坝、副坝坝体材料均设计为C20自密实混凝土堆石，基础建基面设1.0m厚C20常态混凝土垫层。这是福建省第一座采用自密实混凝土堆石。

2 自密实混凝土堆石特点

自密实混凝土堆石坝的施工过程：块石用汽车直接入仓，挖掘机平仓，堆石中空隙用不振捣自密实混凝土填充。这种方法施工进度快、施工方法简单，质量不受人工振捣而影响，综合造价低等优点。但它的施工难点在自密实混凝土上，自密实混凝土与常态混凝土的区别在于：自密实混凝土入仓后无须人工振捣，自密实混凝土采用外加剂（高效减水剂）来代替混凝土中水的用量并渗入大量的粉煤灰来减少水泥用量，水化温升小。不振捣必须要求自密实混凝土具有高流动性，强度要求自密实混凝土必须具备抗离析性。要使自密实混凝土既要有较好的流动而不产生离析，这就是自密实混凝土的配合比的问题。自密实混凝土配合比是决定自密实混凝土性能的关健，自密实混凝土配合比是否掌控是关系到这一新工艺的推广应用，关系到工程质量。如何控制好自密实混凝土的配合比。

3 自密实混凝土配合比对质量的影响

在单位体积中：粗骨料用量多，流动性大，抗离析性差，影响混凝土强度的均匀性；砂量用多时，流动性差，不利混凝土弹性模量；水胶比大时，流动性好，抗离析性差，强度降低。自密实混凝土的配合比中各原材料用量对混凝土的质量影响大，要根据自密实混凝土强度与之相对应的配合比才能满足混凝土的设计要求。

3.1 配合比调整

配合比是对原材料满足规范要求的前提下对原材料进行组合，大部分的原材料总的满足规范要求但内部结构会产生变化，如粗骨料5-20mm间的连续级配变化，砂的细度模数变化，粉煤灰同一级别有原状灰与磨细灰间的差异。自密实混凝土对原材料变化极为敏感，原材料的变化配合比要随之调整，否则，自密实混凝土的流动性和抗离析性性能难以满足。

3.2 配合比的检验

自密实混凝土配合比是根据设计混凝土的强度要求进行试配，按规范要求，施工时混凝土的强度在原设计强度基础上要适当提高，以消除施工时各种因素影响。提高后的混凝土强度称之为试配强度，以试配强度来确定自密实混凝土配合比，配合比确定之后，试拌混凝土经过3、7、28d试块检测，强度达到试配强度要求即为合格。施工现场原材料往往会发生变化，配合比要进行调整，调整后的配合比能否满足试配强度，现场用V型漏斗的通过时间和扩展度来检验，V型漏斗的通过时间为7s～25s，混凝土扩展度V型漏斗下650mm～750mm，二个指标经30min、60min检测若在此范围内，自密实混凝土流动性和抗离析性满足要求，经后期检测混凝土密实、强度均能满足要求。

自密实混凝土的配合比的试配计算和调整过程

3.3 配合比中现场原材料单位体积用量范围和指标

3.3.1 粗骨料：

依据《胶结颗粒料筑坝技术导则》（SL678-2014）中建议粗骨料体积比宜为0.27～0.33，现场采用机械加工石子，表观密度为2.67g/cm3，初步选定石子单方掺量240L。

3.3.2 细骨料：

自密实混凝土宜砂粗砂，砂的细度模数一般为2.7～3.3之间，砂率宜选取43%～47%为宜，现场机械加工砂的细度模数3.28，表观密度2.66g/cm3，初步选定砂率为45%。

6.1.3 水胶比：

依据《胶结颗粒料筑坝技术导则》（SL678-2014）中建议水胶比宜选取0.80～1.15，通过净浆试验，发现体积水胶比为0.9～1.0之间时浆体粘性最佳，初步选定水胶比为0.95；

3.3.3 水泥及粉煤灰的体积：

水泥：采购福建三明金牛水泥有限公司的散装普通硅酸盐水泥P.O 42.5，密度为3.1 g/cm3。

粉煤灰：采用为福建省永安市瑞祥粉煤灰科技有限公司出产的Ⅱ级粉煤灰，密度2.2 g/cm3；水胶比为0.95时，按照强度经验数据，粉煤灰掺量与水泥掺量体积比为7:3。

3.3.4 外加剂掺入量由试验确定，

外加剂采用北京华石纳固科技有限公司生产的堆石混凝土专用外加剂进行试验，检验标准参照《混凝土外加剂》（GB8076-2008）。一般在1.0%～2.0%范围，掺入量经实验确定，最终确定外加剂掺入量为胶凝材料用量的1.27%。

用外加剂。

3.4 基础配合比计算

配合比的计算方法有固定体积法、全计算法、参数法、骨料比表面法等。较为适合自密实混凝土的配合比的计算方法为固定体积法，根据上述各原材料的体积和各原材料的感观密度按固定体积法。自密实性能混凝土基础配合比以C9020等级计算过程如下：

A、确定单位体积粗骨料体积用量（Vg）

粗骨料的掺入量由试验确定，要求既要保证混凝土性能满足要求又要尽可能保证经济性。根据骨料级配情况及自密实性能首先选取0.24，单位体积粗骨料体积用量为240L，质量为641kg。

B、确定水胶比（w/p）

根据配制高自密实性能混凝土的性能要求，选用水胶比为0.95。

C、确定含气量（Va）

根据经验以及所用外加剂的性能设定高自密实性能混凝土的含气量为2%，即单方20L。

D、计算单位体积细骨料量（Vs）

细骨料的掺入量由试验确定，要求既要保证混凝土性能满足要求又要尽可能保证经济性。选定掺入量为45%，细骨料掺入量为Vs=（1000-Vg-Va）*45%=333L，Ms=2.66*Vs=886kg。

E、计算单位体积粉体材料体积用量（Vce）

单位体积粉体材料体积用量Vce=Vp；

水胶比为0.95，故设胶凝材料体积为x，则水的体积Vw为0.95x；

根据1000=Vg+Va+Vs+Vp+Vw，则240+20+ 333+x+0.95x=1000；

Vp=209LVW=198L（Vp为单位体积胶凝材料体积用量）；

Vce=Vp=209L。

F、确定单位体积水泥用量

水泥用量由试验确定，在0.95水胶比下为保证混凝土C9020强度，根据试验确定水泥掺量为30%，则单位体积水泥用量为Mc=Vp×30%×3.1=194kg。

G、计算单位体积掺合料的用量

由于粉体材料中只有水泥和粉煤灰，此处不含细骨料中的粉体，

故粉煤灰的掺入量为（1-30%）=70%，

单位体积掺合料的用量为Mfa=Vp×70% ×2.2=321kg。

H、确定外加剂掺量

外加剂掺入量由试验确定，最终确定外加剂掺入量为胶凝材料用量的1.27%，单位体积外加剂用量为MAD=（Mc+Mfa）×1.27%=6.55kg。

I、计算单位体积用水量

单位体积理论用水量为Vw=198L。

试配的结果和检测的有关数据如表1

自密实混凝土试配过程中，曾对水胶比、砂率、石子体积进行微调，调整后各配合比及结果表2所示：

根据各组试验结果，“HSKjc01号”配合比为最优配合比，对该组配合比进行性能检测，结果如表3所示。

4 施工过程自密实混凝土配合比的调整

黄沙坑水库大坝自密实混凝土在施工现场经历了三次配合比的调整，基础配合比（HSKjc01）只浇筑6300m3时后，因砂石加工场中砂系统设备更新，砂的细度模数从原来3.28变为2.9，配合比发生了第一次调整；第二次配合比调整，粗细骨料加工前的原材料质地发生了变化，由原来的变质酸性火山岩（大坝基础开挖料）改为花岗岩（隧洞洞碴料），加工后小石子（5mm～20mm）连续级配间发生变化，砂的细度模数从原2.9变为3.3；第三次配合比调整也是因原材料质地的变化从第二次的花岗岩（隧洞洞碴）改为砂岩（大坝块石料场）石子级配微变，而砂的细度模数从3.3变为3.2，粉煤灰为原来的Ⅱ级原状灰改为Ⅱ级磨细灰。三次配合比的调整最终结果表4所示。

表1 自密实混凝土基础配合比结果

表2 自密实混凝土基础配合比调整结果

表3 自密实性能混凝土工作性能以及抗压强度检测结果

表4 自密实混凝土配合比三次调整的结果

表4中的各配合比V型漏斗通过时间和扩展度及后期28d试块强度检测均满足要求。从表4三次配合比调整情况可以看出：砂的细度模数越大，砂率越大；石子连续级配发生变化，石子体积要相应调整；水胶比变化与现场粗细骨料的含水率有很大关系，现场配制过程中粗细骨料为面干饱和状态，含水率大水的用量要相应减少；值得注意的是粉煤灰，第三次配合比的调整外加剂有较大变化，是因为同为Ⅱ级粉煤灰前面用的是原状灰而第三次调整配合比时用的是磨细灰，原状灰与磨细灰相比：颗粒表面差异较大，原状灰表面光滑，而磨细灰表面更粗糙，呈蜂窝状，使得磨细灰对外加剂吸附作用相对明显，从而增加外加剂用量。

自密实混凝土配合比因原材料的变化而调整。要求现场的原材料相对稳定，水泥、粉煤灰、外加剂比较容易做到，关健粗细骨料因石料质地的不均匀性，生产出来的粗细骨料级配、细度模数会产生变化，这意味自密实混凝土配合比也是一个动态控制的过程。为了确保自密实混凝土的质量，配合比要事前控制，控制的原则是：水泥、粉煤灰、外加剂要求为同一产家同一生产线，粗细骨料要求为同一料场原料同一机械生产线；混凝土拌合之前，必须对粗细骨料进行检测，根据检测结果对配合比进行调整，调整后的配合比进行试拌，满足V型漏斗通过时间和扩展度，方可进行混凝土入仓浇筑。

黄沙坑水库大坝目前大坝自密实混凝土浇筑量已完成4.06万m3,经混凝土坝体钻孔取芯强度检测和压水试验，强度、渗透率满足要求，自密实混凝土强度均在24. MP以上，渗透率在0.163Lu～0.327Lu之间。从检验结果来看，各配合比均能满足自密实混凝土的设计要求，这说明自密实混凝土配合比虽然是动态，调整比较麻烦，但可以掌控。

5 结语

自密实混凝土的配合比，关系到自密实混凝土堆石的质量与推广应用。通过对福建明溪黄沙坑水库大坝自密实混凝土对配合比的计算、施工过程调整控制，配合比相对应的自密实混凝土强度，自密实混凝土堆石体的检测，质量全部达到设计要求。充分表明自密实混凝土配合比是可以控制和掌握，有效解决的自密实混凝土配合比，为自密实混凝土这一新技术新工艺在水利工程的推广奠定了坚实基础。陕西水利

（责任编辑：唐红云）

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