自密实混凝土的配合比设计 傅沛兴， 贺 奎(北京市建筑设计‘研究院，100039北京) 摘 要：自密实混凝土不但要求有较大的流动性，而且还要求有较好的粘聚性，因而其施工工作性要同时具备流动性、抗离析性、和间隙通过性据此，提出了自密实混凝土的配合比设计原则，并着重阐述了骨料的堆积密实型连续级配的原理，论述了配制自密实混凝土胶结材浆体与砂率、石子体系的关系，以利于配制优良的自密实混凝土 关键词：自密实混凝土；自密实性；抗离析性；自填充性；连续级配比 自密实混凝土由高性能混凝土发展而来，是高性能混凝土的一个分支由于自密实?昆凝土可以不用振捣，靠拌合物自重就可以通过钢筋等障碍物填充到模板的各个角落，因而在工业发达国家节约了价格较贵的专业技术工人工资，节约了振捣设备和电力，特别是大大降低了施工噪声污梨q；因而发展很快，在日本及欧洲许多国家，自密实混凝土的浇筑量都已超过全部混凝土施工量的50％以上 我国近十年来，已经在一些工程上有所应用我们经一年来试验研究，探讨自密实混凝土配合比的设计方法，供业界参考1 自密实混凝土工作性的特点和检测方法 自密实混凝土拌合物不仅要求有较大的流动性，而且还要求有较好的粘聚性。
白密实混凝土的胶结材浆体要能充分包裹与分隔砂石的每一个颗粒，使砂、石悬浮在胶结材浆体中因而自密实混凝土工作性就要求同时具备(1)流动性(2)抗离析性(3)自填充性，这三种性能又称自密实性 流动性可以用检测普通高性能混凝土拌合物坍落扩展度的方法检测 抗离析性又称抗离析稳定性，日本和欧洲标准均用两种方法检测一是用一种特殊的V形漏斗，装满10 L混凝土拌合物，打开底盖计量流出时间(S)另一种方法是计量坍落扩展度扩展到平均50 cm的时间(s)V形漏斗流出时间欧洲规定不大于20 S，日本虽也同样规定一般自密实混凝土不大于20 S，而钢筋净间距小于60 mm时，规定为不大于25 S，意即当钢筋密度大时，拌合物的粘聚性需要大一些坍落扩展度扩展Nsocm的时间，日本规定一般自密实混凝土为3-15 S，钢筋净间距小于60 mm时为5-20 S，见图1图1 V形漏斗 自填充性又称间隙通过性，用箱形试验(欧洲称U形箱)，用一个矩形箱，中间通过隔板分为A、B二室，下端流出19cm高连通口，连通口处垂直放一定间距的钢筋将A室装满混凝土拌合物，拔开隔板，拌合物即通过钢筋流人B室停止流动后测两侧混凝土高度差。
日本规定高度差小于8 cm为合格，欧洲则规定愈小愈好，(图2)图2 箱形实验仪(a)欧洲型；(b)13本型2 自密实混凝土配合比设计原则2．1 自密实混凝土配合比设计应采取绝对体积法2．2 自密实混凝土要求拌合物在保持大流动性的同时增加粘聚性国内外一般均采取增加胶结材与惰性粉体量的方法，也可以采取掺用一部分增粘剂的方法增粘剂的品种较多，需要做与胶结材适应性试验后进行选用关于自密实混凝土粉体量日本建筑学会标准规定为1 60 L-230 L，欧洲规范则规定为160L-240L2．3在增加胶结材浆体粘性的同时，还要保持大流动性，就需要选择优质高效减水剂宜选用当前市场上减水率大于30％的聚羧酸系高效减水剂2．4要选用粒型与级配较优的粗细骨料，并限定粗骨料的最大粒径关于粗骨料最大粒径，欧洲规范限定不大于20 mm，日本规定粗骨料最大粒径为20 mm或25mm 在增加粉体量的同时，粗骨料用量也相应减少欧洲与日本的标准均规定粗骨料用量为280 L-350 L3 关于级配砂、石与石子用量关系的讨论 配制符合要求的自密实混凝土，砂石的粒型和级配十分重要，国外均采取堆积密实型连续级配按富勒(Fuller)堆积密实理论，应用于自密实混凝土的粗骨料连续级配宜用理查德(F．E．Richart)的级配公式[4]，为 (1)式中，P——通过百分率； d——筛孔径(mm)； D——粗骨料最大粒径(mm)。
用(1)式计算粗骨料最大粒径为25 mm和20 mm的骨料最佳级配如表1所示表1 骨料连续级配计算表 从表1的数据得出，石子最大粒径为25 mm时，最佳连续级配各粒径石子数量的比例应是：20-25：15-20：10～15：5～10mm约略为17：20：26：37或1：1．2：1．5：2．1刨去18．51％粉体，砂率为49％石子最大粒径为20 mm时，最佳连续级配各粒径石子数量比例应是：15-20：10-15：5～10mm约略为25：31：44或1：1．3：1．8刨去20％粉体，砂率为54％这样连续级配的石子空隙率，一般为36％左右 配制混凝土时，用偏粗中砂的砂率，石子最大粒径25 mm时为49％，石子最大粒径为20 mm时为54％用同样方法计算，则石子最大粒径为15 mm时砂率为61％日本建设省提出“新RC计划”认为，最大堆积密实理论对于骨料比表面积与多余的起润滑作用浆体数量的影响考虑不够，提出有利于新拌混凝土流动性的砂率降低值5如表2所示表2 有利于流动性的砂率降低值 为探讨自密实混凝土配合比设计方法，我们作了大量试验，现将部分试验数据列于表3配比中原材料均为P．042．5水泥、一级粉煤灰、$95磨细矿渣粉、中砂、卵碎石。
空气含量为1．5％试验的砂石均为表1所示连续级配，例如5～25 mm石子，分别为5～10、10-15、1 5～20、20～25 mm，各粒级复配，砂率较49％适当降低 从表3的数据可以看出自密实混凝土配合比设计相关技术参数 粉体体积一般在160～240 L之间；浆体体积一般在330～410 L之间；单方石子用量一般在280～360 L之间；鉴于自密实混凝土除流动性外还要求一定粘聚性，故按砂石连续级配求出的砂率，其降低值应略小于表2的数据 为便于按砂石连续级配的原则合理设计自密实混凝土配合比，表4为单方浆体量与石子量的关系表3 自密实混凝土部分试验数据注：编号1、2、3是实验初期参照北京城建公司企标规定的50％砂率适当降低，编号4以后的是按连续级配曲线的砂率适量降低表4 单方浆体量与石子量关系4 自密实混凝土配合比设计方法 设计自密实混凝土配合比宜按下列步骤进行4．1作为工程结构的混凝土，首先应按结构强度要求选择水泥，按水泥实际强度和统计标准差确定配制强度，从而计算出水灰比，并按施工工艺要求设定单方水量，选用适宜的外加剂4．2按结构耐久性及施工工艺要求，选择掺合料品种，取代水泥量和引气剂品种及用量。
4．3 分别计算出每种胶结材(粉体)体积(L)，加上单方用水量即为浆体体积(L)对比粉体量是否符合自密实性能要求的160 L～240 L如不符合自密实性能要求，则应调整粉体量及浆体量4．4在每m3混凝土拌合物中，除去胶结材浆体体积和空气量即为骨料体积4．5 根据钢筋疏密程度确定粗骨料最大粒径，并参照表4，选用适宜砂率计算出单方石子用量4．6如使用增稠剂则应通过试验选用增稠剂品种、用量5 配合比设计实例5．1某工程结构，钢筋最小净间距为60 mm，混凝土强度等级为C30级，要求用免振捣自密实混凝土施工5．1．1 配合比设计如下用某厂P．042．5水泥厂勰实际强度为49 N／mm2，标准差按3 MPa计，则配制强度为34．9 MPa经计算，水灰比取0．65．1．2参照泵送经验，单方水量取1 80 kg／m3，则单方水泥用量为180／0．6=300(kg)5．1．3按泵送及自密实性需要较多粉体考虑，选用一级粉煤灰取代水泥20％，超量系数14，$95磨细矿渣粉取代水泥30％，超量系数1．3，则胶结材量为：水泥150kg，I级粉煤灰84kg，$95矿渣粉为117 kg三者绝对体积分别为，水泥150/3.12=48(L)，粉煤灰84/2.2=38(L)，矿渣粉117／2．8=42(L)。
5．1．4综合粉体体积为48+38+42=128(L)<160 L，胶结材浆体体积为48+38+42+180=308(L)<330L按自密实性要求，粉体应增加160—128=32(L)，胶结材浆体应增力H330—308=22(L)为此，采用增加粉体32 L的方法，调整设计配合比 由于现场没有惰性掺合材，采取增加粉煤灰12L，矿渣粉20 L的方法则调整后的胶结材量为：水泥150 kg(48 L)，粉煤灰110 kg(50 L)，矿渣粉174 kg(62L)，胶结材总量为434 kg(160 L)，浆体为340 L混凝土拌合物空气含量按1．5％计，则骨料体积为1 000—340—15=645(L)由于钢筋较密实，石子最大粒径选用20mm5．1．5查表4，适量砂率为48％，单方石子量为335 L实测现场中砂细度模数为2．5，表观密度为2．65，石子的表观密度为2．7，外加剂选用聚羧酸高效减水剂则设计配合比为：水泥：粉煤灰：磨细矿渣粉：水：砂：石=150：1 10：174：180：814：905(单位为kg/m3)5．1．6按此配合比，聚羧酸高效减水剂用量为胶结材质量的1％时，拌合物的坍落扩展度为635 mm，T50为6“41，边缘无泌浆；箱形试验为6 mm，此配合比可用于生产。
5．2某工程结构，要求混凝土强度为C50，抗渗P8，抗冻150次，最小钢筋间距为60 mm，要求用免振自密实混凝土5．2．1配合比设计如下 用某厂P．042．5水泥，I级粉煤灰，$95磨细矿渣粉，中砂，5～20 mm卵碎石，掺某品牌引气剂0．03％，混凝土含气量为3％5．2．2 按叮=4 MPa空气含量3％时混凝土强度降低15％设计，则混凝土配制强度为(50+4×1．645)／0．85=66．6(MPa)，该厂水泥28d实际强度为52 MPa，经计算，取W／C为O．325．2．3选用某优质高效减水剂，单方水量为170 kg，则水泥量为170／0．32=531(kg)，以I级粉煤灰等量取代水泥15％，$95磨细矿渣等量取代水泥30％，则胶结材量为，水泥53 1 ×55％=292(kg)(94L)，粉煤灰80 kg(36L)，磨细矿渣粉159 kg(57 L)粉体体积为94+36+57=1 87(L)>160 L，浆体为187+170=357(L)>330 L查表4，适宜砂率为46％，则砂石量为1000—357—30=613(L)，单方石子量=613x54％=33 1(L)5．2．4进场中砂细度模数2．5，表观密度2．65，5～20 mm卵碎石表观密度2．7，得出初步设计配合比为：水泥：粉煤灰：矿渣粉：水：引气剂：砂：石=292：80：159：170：0．159：747：894。
5．2．5按此配合比试拌，聚羧酸高效减水剂用量为1．1％时，坍落扩展度为550 mm，T50为15“20；将聚羧酸高效减水剂用量改为1．15％拌合物的坍落扩展度为670 mm，T50为7Ⅳ01，箱形试验高差为8 mm，此配合比可用于生产6 结语6．1 明确提出自密实混凝土工作性的特点，除要求大流动性外，还要求具备一定的粘聚性具体体现为：(a)流动性；(b)抗离析稳定性；(c)间隙通过性6．2 解决拌合物流动性与粘聚性的主要方法为：(a)选择优质高效减水剂；(b)增加粉体量与浆体量；(c)必要时选用增稠剂6．3通过砂石连续级配曲线，明确了配制自密实混凝土浆体量、砂率与石子量的关系，并强调配制自密实性混凝土必须要求砂石有较好的粒形与级配6．4 明确了合理设计自密实混凝土配合比的方法及步骤参考文献[1]周虎，安雪晖，金峰．低水泥用量自密实混凝土设计试验研究．混凝土，2005(1)．[2]日本建筑协会．自密实混凝土指南，1998．[3]欧洲．自密实混凝土规范和指南，2002．[4]刘崇熙，文梓芸．混凝土骨料性能和制造工艺．广州：华南理工大学出版社，1999．[5]冯乃谦，邢锋．高性能混凝土技术．北京：原子能出版社，2000．[6]北京城建集团构件厂．免振自密实混凝土生产工艺规程，2005．[7]JGJ55—2000普通混凝土设计规程．。