粗骨料对自密实混凝土工作性能的影响

摘要：自密实混凝土的自密实性能的优劣，可以以砂浆基材的流变体系和粗骨料品质、级配的综合作用来评价。在砂浆基材性能良好的情况下，粗骨料的粒形和级配等成为了影响自密实混凝土工作性能的重要因素。本文主要研究粗骨料级配对混凝土性能的影响，然后研究在自密实混凝土配合比相同的情况下，3种比例混凝土的工作性能差异，最后在保证水灰比不变、工作性能基本相同的条件下，研究粗骨料组成对自密实混凝土工作性能、强度、伸缩性、抗碳化的影响。

关键词：粗骨料；自密实；混凝土；性能；影响

中图分类号：TV331文献标识码： A

引言：骨料在混凝土中发挥着重要作用，以至于在进行高强、高性能混凝土设计时，骨料成为考虑的主要因素之一。自密实混凝土(seir--eonsolidatingeonerete,SCC)，作为一种对工作性具有特殊要求的高性能混凝土，其对包括骨料在内的原材料性能有更为严格的要求[1]。然而，有关粗骨料对自密实混凝土的工作性能及其硬化后的性能的影响，需要得到进一步的研究证实。基于上述考虑，本了如下实验，以探究骨料组成对自密实混凝土工作性能、强度、伸缩性以及抗碳化能力的影响。

一、自密实混凝土的自密实机理

自密实混凝土的优势在于浇筑使用过程中无需施加任何振捣，仅在依靠自重的推动下达到流平、致密或较好填充的效果，完全填充至模板内任何角落和钢筋间隙。因而自密实混凝土拌合物的质量是否均匀稳定，使用效果的好坏，关键在于如何处理砂浆体粘度、粗骨料颗粒的大小与分布、骨料颗粒的形状、粗骨料―砂浆浆体之间的体积比等问题。因而需要通过掺入超塑化剂、调整混凝土中粗骨料含量、粗细骨料比例、砂浆体粘度和水泥浆体总量等途径，使混凝土拌合物的屈服应力τn减小到适宜范围，同时又具有足够的塑性粘度，使混凝土具有良好的粘聚性和保水性，从而在混凝土拌合物流动性能优良的同时，能够在流动和浇筑过程中使粗骨料不与砂浆体分离，均匀分布在浇筑模型内，形成密实且均匀的结构，达到自密实混凝土抗离析性能的要求。

自密实混凝土的自密实性能可以归结为砂浆基材的流变体系和粗骨料品质、级配的综合效果。因此，研究砂浆基材的流变特性以及粗骨料品质、级配等对自密实混凝土流变性能、工作性能的影响，是探讨自密实混凝土自密实机理的主要手段。

二、试验原材料的优选

2.1胶凝材料

试验采用的水泥为浙江钱潮控股集团股份有限公司的钱潮牌42.5级普通硅酸盐水泥，水泥胶砂强度、细度和体积安定性合格；采用矿物掺合料为Ⅰ级粉煤灰，满足GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的质量要求[2]。

2.2骨料

细骨料：采用河砂，堆积密度1.50g/cm3，表观密度2.58g/cm3，含水率0.32%，细度模数Mx=2.79，级配良好，符合JGJ 52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》Ⅱ区中砂的要求。

粗骨料：由于自密实高性能混凝土多用于薄壁构件以及钢筋较为密集的混凝土构件，粗骨料的粒径不宜过大。根据国内外自密实混凝土相关标准规定，粗骨料的最大粒径不宜大于

20mm，否则将增大混凝土拌合物的流动阻力和分层离析的几率。试验采用5-20mm连续级配的碎石，由5-10mm和10-20mm两级配配制而成，将5-10mm和10-20mm的碎石分别按1:0、1:1、0:1的质量比配合，骨料堆积密度1.7g/cm3，表观密度2.72g/cm3，含水率为0.15%。

2.3外加剂

采用江苏博特新材料有限公司的(JM-SCC膨胀型)自密实高性能混凝土外加剂，性能达到GB 8076-2008《混凝土外加剂》的要求。

三、混凝土配合比和试验方法

3.1混凝土配合比

根据粗骨料粒径5-10mm和10-20mm碎石分别按1:0、1:1以及0:1的质量比配合自密实混凝土，测试混凝土拌合物的工作性、强度和耐久性，混凝土的配合比见下表。

3.2试验方法

3.2.1试验试件制备

自密实混凝土拌合物的工作性能采用拌合物的坍落度、坍落扩展度指标进行综合评价。按需称量砂、石、水泥和粉煤灰，混合搅拌半分钟后，边搅边加入2/3的水，搅拌两分钟，再加入余下的水与减水剂，搅拌三分钟出料。每组制作24个150mm×150mm×150mm的立方体试件和３个50mm×50mm×515mm的棱柱试件，成型过程无需振捣，标准养护一天后拆模，送至养护室进行标准养护，养护温度为20±3℃，相对湿度不小于95%。

3.2.2工作性能试验

自密实混凝土拌合物的工作性能采用拌合物的坍落度、坍落扩展度指标进行综合评价。主要进行坍落度、坍落扩展度和Ｔ500等试验，见图１，试验方法参照CCES 02-2004《自密实混凝土设计与施工指南》和CECS 203：2006《自密实混凝土应用技术规程》等标准的有关规定进行[3]。

3.2.3耐久性试验

将50mm×50mm×515mm的棱柱试件，送至养护室一天后移入恒温恒湿环境中进行收缩试验，试验方法参照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》。

碳化试验的试件在标准养护28天后，于60℃下烘48h，经烘干处理后的试件，保留1-2个侧面，其余表面均用石蜡密封，然后在暴露侧面上沿长度方向画出间距１０ｍｍ的平行线作为预定碳化深度的测量点，放入碳化箱进行碳化。碳化3天、7天、14天时，取出试件测定碳化深度。试验方法参照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》。

3.2.4抗压强度试验

抗强度试验采用立方体抗压强度试验，试验方法参照GB/T 50107-2010《混凝土强度检验评定标准》[4]。

四、试验结果分析

本文首先研究自密实混凝土在配合比相同。粗骨料级配不同时工作性能的差异，然后为了满足施工要求，保证水胶比不变，增加水泥浆的数量，保证工作性能基本相同的条件下，研究自密实混凝土强度、伸缩性和抗碳化等性能。

4.1拌合物性能试验

坍落度用来表示混凝土工作性能，但不适合于表征自密实混凝土拌合物通过钢筋的能力，坍落扩展度比坍落度更能反映自密实混凝土的工作性能，能有效反映混凝土拌合物的流动性和填充性，坍落扩展度越大，混凝土拌合物的流动性和填充性越好。通过测试T500流动时间可以评价自密实混凝土的黏度，T500越小、混凝土拌合物的黏度越小，混凝土拌合物流动性和填充性越好。

结果显示，粗骨料中10-20mm石子含量过多时，混凝土拌合物的粘聚性变差，抗

离析能力也变差。这是由于粒径大的石子，总表面积越小，包裹骨料所用的水泥浆减少，流动性增加了但粘聚性变差。粗骨料5-10mm石子含量过多时，粗骨料总表面积越大，粗骨料表面需要包裹的水泥浆越多，造成混凝土拌合物的流动性变差。

4.2抗压强度试验

实验结果显示，SCC5这组自密实混凝土强度始终是最大的，其他几组强度也较为接近，28天后，各组自密实混凝土强度每天的增长量都变小，但最终的混凝土抗压强度基本相同，试块的密实度都不错。

从试件破坏后露出的粗骨料分析：混凝土强度很大程度上是由砂浆与粗骨料所构成的过度区域的稳定程度所决定的，混凝土的破坏往往首先在此过渡区域发生，合理的粗骨料级配不容易产生较直的过渡区使压力完全由砂浆承担。随着龄期的增长各组混凝土的抗压强度越接近，说明水泥浆的用量对自密实混凝土的强度没有较大的影响，主要与水灰比有关。从最终的混凝土抗压强度分析，粗骨料级配对混凝土强度的影响不大。

4.3收缩试验

混凝土的收缩分为化学收缩、温度收缩和干燥收缩。由于混凝土初凝后内部还有大量的水分，当环境相对湿度低于100%时，内部水分就会向周围环境散发而引起混凝土的收缩，该试验测试干燥收缩为主。

实验结果显示，粗骨料的平均粒径过大或过小对自密实混凝土的伸缩率影响较大，试件SCC4的收缩率始终是最大的，试件SCC6初始收缩率较小，随着时间增加而增大，SCC5收缩比较稳定。试件SCC4由于粗骨料大粒径含量多，所以空隙率较大，内部自由水挥发多，所以干燥收缩最大，而SCC6的胶凝材料用量最多，化学收缩也逐渐体现，收缩量慢慢增大。由此看出：粗骨料颗粒级配良好的混凝土，收缩比较稳定，级配不良的、密实度差的混凝土，收缩最大，水泥浆用量越大，初始收缩较小，总收缩量较大。

4.4抗碳化试验

实验结果显示，SCC6这组自密实混凝土碳化深度最小，速率也最小，为最佳，其次是SCC5，最差的是SCC4，其碳化深度最大，速率也最大。影响碳化深度最主要因素是孔隙率，混凝土孔隙率越大，尤其是开口孔隙越大，CO2更容易进入混凝土内部与水泥水化反应的产物发生反应，导致碳化。从试验现象可以得出：SCC4试件骨料级配较差，混凝土内部的较大毛细管孔隙显著增加，CO2和水等在混凝土内部的扩散速率增大，而SCC6试件由于水泥浆数量增加，混凝土内部的较大毛细管孔隙显著减少，CO2和水等在混凝土内部的扩散速率得到有效降低，从而影响混凝土的碳化过程。

五、结论

5.1通过对自密实混凝土的工作性能、抗压强度、伸缩性能、抗碳化性能等几个方面的综合考虑，粗骨料粒5-10mm、10-20mm的比例为1：1这组自密实混凝土的配合比为最佳，其各方面的性能较好。

5.2粗骨料中粒径5-10mm的颗粒比例越大，自密实混凝土流动性降低，骨料的总表面积增加，配制达到自密实混凝土标准的混凝土势必要增加水泥用量，提高成本，同时收缩值偏大，抗压强度没有提高，但是抗碳化能力提高。

5.3粗骨料中粒径10-20mm的颗粒比例越大，骨料的总表面积减少，自密实混凝土流动性提高，但是增大混凝土拌合物中粗骨料的分层离析几率，空隙率大，收缩值最大，抗碳化能力也是最差的。

综上所述，自密实混凝土在选择粗骨料时，优先选择连续级配、平均粒径适当的粗骨料，不仅可以提高混凝土的使用性能，还可以减少水泥浆的用量节约材料。

参考文献：

[1]王德辉. 粗骨料对自密实混凝土工作性能的影响[J]. 重庆建筑，2010，05:20-23.

[2]熊恩，单智. 粗骨料对自密实混凝土工作性能影响的研究现状[J]. 湖南科技学院学报，2010，12:93-95.

[3]林春. 骨料级配对自密实混凝土性能的影响[D].华南理工大学，2012.

[4]陈怡，金小群，施建彬，毛海波. 粗骨料对自密实混凝土性能的影响[J]. 浙江树人大学学报(自然科学版)，2013，03:28-32.