高强度自密实混凝土配制试验

自密实混凝土也称免振捣或自流平混凝土。具有高流动、抗离析、自填充密实等优良特性，其拌和物能够在不经振捣，完全依靠自重的作用下，就可以通过一定密度的钢筋区，填充满模板，达到充分密实且不会产生蜂窝、麻面和内部空洞等质量问题，使其获得了优良的工作性、力学性和耐久性能。从而满足了复杂形状、配筋密集、不易振捣的浇筑部位以及各种特殊工程结构混凝土（如水下、海底、辐射等）施工需要。

近几年来，随着国内建筑业的高速发展，高强度的自密实混凝土发展快速，应用领域在不断拓展，一些桥梁工程和工业工程中的钢管混凝土及钢筋密集的框架梁柱、预制构件都使用了自密实混凝土，其应用前景十分广阔。但是由于高强度自密实混凝土拌和物高粘度性，常常降低了它在混凝土结构中的流动度、自填充密实等工作性能，所以降低高强度自密实混凝土的粘度使其获得优良的工作性，始终是混凝土技术研究方向之一。

本文主要从砂石的选择、外加剂与水泥的适应性、掺合料的选用及掺量、配比的优化调整等方面通过多次的试验来解决混凝土的高强度、大粘度等问题，使其拌和物获得高流动、抗离析、自填充密实等优良特性并对混凝土力学性能和耐久性能进行了检测和验证。

1 自密实混凝土配制技术要求

自密实混凝土分为1～3级，对于一般的钢筋混凝土结构物及构件可采用自密实性能等级二级。本试验要求配制出C60二级和C70二级自密实混凝土，要求混凝土拌和物工作性良好。混凝土拌和物坍落扩展度650±50mm；T503～20 s；V漏斗通过时间 7～25 s，混凝土硬化后28 d强度满足C60～C70设计要求，耐久性良好。

2 原材料的选择

2.1 水泥

首先要选择28 d活性指数高的水泥；其次，在使用大量掺合料的情况下，硅酸盐类水泥更适合配制自密实混凝土。所以选择了冀东盾石P.O52.5低碱水泥进行自密实混凝土配制，其技术指标见表1。

表1 冀东盾石P.O52.5低碱水泥主要技术检测指标

2.2 集料

首先应选质地坚硬、级配良好的碎石，最大公称粒径不宜大于20.0mm。最好采用致密的花岗岩、辉绿岩、玄武岩等做骨料。本试验采用的是蓟县碎石（玄武岩），最大粒径为16.00mm，含泥量0.42%，针片状含量3.6%，压碎指标4.8%。

细集料采用洁净的绥中河砂，细度模数宜为2.6，含泥量1.0%，泥块含量≯0.3%.

2.3 矿物掺合料

掺入大量的活性矿物掺合料是非常必要的。自密实混凝土浆体含量较大，如果胶凝材料中水泥用量过多则会引起混凝土早期水化放热较大，混凝土收缩大，不利于混凝土的耐久性和体积稳定性；而混凝土中掺入优质的活性矿物掺合料不仅可以克服这些缺陷，还可以改善混凝土拌和物的流动性，降低泌水率，提高粘聚性及混凝土的后期强度。主要采用粉煤灰、高炉粒化矿渣粉、硅粉3种掺合料进行试验。

1）结合本地材料的特性，采用军粮城电厂的Ⅰ级F类粉煤灰进行自密实混凝土试验，其细度8.6%；需水量比95%。

2）采用唐山连强利生产的S95粒化高炉矿渣粉，比表面积450m2/kg；流动度比98%；活性指数7 d达到76%，28 d达到 104%。

3）硅粉是电炉生产工业硅或硅铁合金的副产品，是一种人工的火山灰质材料。硅粉中含有93%左右的SiO2，其颗粒细，活性强。在高强自密实混凝土中掺入适量的硅粉，可以改善混凝土泌水、扒底的现象，提高混凝土的强度、密实性。本试验采用鞍美实业公司生产的硅粉，其比表面积16 000m2/kg。

4）高效减水剂是配制自密实混凝土关键成分，由于自密实混凝土要求具有较大的流动度，良好的粘聚性，所以宜选择减水率高、保水性好的聚羧酸系高效减水剂，同时所用的外加剂要与水泥有良好的适应性。在试验首先采用了聚羧酸系减水剂J1、J2对冀东盾石P.O52.5低碱水泥进行了适应性检测见表2。

表2 外加对水泥适应性检测

经过对聚羧酸系减水剂J1和J2与冀东盾石P.O52.5低碱水泥适应性的检测对比，选用津航厂的J2型聚羧酸系高效减水剂。它具有高效、低碱、低掺量等特点，能非常明显地改善混凝土的流动性及粘聚性，其减水率27%；碱含量 1.1%。

3 C60、C70自密实混凝土设计配制

3.1 初期试拌配合比确定

在C60、C70高强混凝土设计配制中，其按配制强度 fcu28≥1.1fcu设计，首先进行了 0.35、0.36、0.34、0.32、0.30、0.28、0.26七种水胶比混凝土的试配及28 d强度检测，见表3。

表3 各配比的28 d强度检测数据

3.2 初期配比设计及性能检测

根据表3，确定0.35水胶比为C60自密实混凝土的初期试拌配合比，0.30水胶比为C70自密实混凝土的初期试拌配合比，在此基础上进行配比的其余参数的调整并对其拌和物进行相应的自密实性能试验对比，见表4。

表4 C60、 C70自密实混凝土初期试拌配合比工作性能检测

由表4发现，随着外加剂掺量的增大，混凝土拌和物的扩展度也在增大，当外加剂掺量增大到一定量后，扩展度增加量基本趋于稳定；这时如果继续增加外加剂掺量，混凝土拌和物粘度降低，局部还会出现石子堆积现象。因此可以确定C60混凝土拌和物扩展度自密实二级性能要求时，J2高效减水剂的掺量1.4%为最佳掺量；C70混凝土拌和物扩展度自密实二级性能要求时，J2高效减水剂的掺量2.1%～2.2%为最佳掺量；外加剂掺量一定、胶凝材料总量一定时，随着胶凝材料中水泥用量的递减，混凝土拌和物漏斗通过时间也呈缩减趋势。这说明适量的调整水泥用量，可以减小拌和物的粘度，缩短漏斗通过时间。

3.3 C60、C70自密实设计配合比的调整和确定

在满足混凝土各项技术指标的同时，尽可能地追求成本最小化。综合各方面的因素考虑，表4中的C60.8试配和C70.4试配基本上满足了上述各项指标，但考虑到两配比中粗骨料单位体积用量不符合自密实混凝土配比设计规程中密实性能二级0.30～0.33范围要求，故调整确定C60、C70自密实混凝土配合比，见表5（混凝土含气量按3%考虑）。

表5 C60、C70自密实混凝土配比 kg/m3

按照配比设计规程对表5中C60、C70自密实混凝土配比进行校核，见表6（原材料表观密度：ρc=3.1 kg/m3；ρf=2.2 kg/m3；ρk=2.9 kg/m3；ρsi=2.33 kg/m3；ρs=2.6 kg/m3；ρG=2.9 kg/m3）

表6 C60、C70自密实混凝土配比计算值与标准推荐值对比

由表6可以看出，C60、C70自密实混凝土配比技术指标满足设计规程要求。

3.4 C60、C70混凝土自密实混凝土工作性能检测

对表5中的C60、C70自密实混凝土配比进行试配，验证拌和物工作性检测指标均满足了自密实性二级要求，混凝土工作性良好，检测结果见表7。

表7 C60、C70自密实混凝土工作性能

3.5 C60、C70自密实混凝土力学性能检测

重复进行了3次立方体抗压强度试验，以验证该配比的稳定性。同时进行了该配比的劈裂抗拉强度试验。试验结果见表8。

表8 C60、C70混凝土强度检测 MPa

由表8可以看出，采用以上原材料和配合比配出的C60、C70自密实混凝土，28 d抗压强度稳定≥1.15fcu满足强度设计要求。

3.6 C60、C70高强混凝土耐久性能试验

混凝土抗渗性能和抗冻性能是反映混凝土耐久性能的重要指标。试验表明，其抗渗等级可达到P25以上，密实性良好；冻融等级高于D150。

4 结论

本试验确定的C60、C70自密实混凝土配合比经试拌，检测验证：

1）拌和物工作性检测指标均满足了标准自密实性二级要求，混凝土工作性良好；

2）28 d抗压强度稳定≥1.15fcu，满足强度设计要求；

3）抗渗等级可达到P25以上，密实性良好，冻融等级高于D150。

以上结果满足C60、C70自密实混凝土二级配制技术要求。

［1］李继业，刘福胜.新型混凝土实用技术手册［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［2］朱效荣，李 迁，张英男，等.绿色高性能混凝土研究［M］.沈阳：辽宁大学出版社，2005.

［3］赵 晶，胡海峰，王跃松，等.C80高强泵送混凝土的应用技术研究［J］.中国包装科技博览：混凝土技术，2011，（7）：20-23.

［4］JGJT 283—2012，自密实混凝土应用技术规程［S］.

［5］GB 50082—2009，普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法［S］.