自密实混凝土性能的试验研究

摘要：近年来随着人们对绿色环保观念的加强以及工程技术的发展，新型高性能混凝土越发凸显出其优异的各项性能，其中自密实混凝土被认为是混凝土将来发展的必然趋势之一。本文试验研究了自密实混凝土的配合比与其工作性及力学性能。结果表明，掺加矿物掺合料可以很好地改善自密实混凝土的工作性能，可满足施工现场的工艺要求；通过优化混凝土配合比，配制出抗压强度符合设计要求的自密实混凝土，适于复杂混凝土结构和施工条件的工程应用。

关键词：自密实混凝土；粉煤灰；矿粉；扩展度；V型漏斗试验；力学性能

中图分类号：TV331文献标识码： A

0 前言

自密实混凝土是指具有高流动性、不离析、均匀性和稳定性，浇筑时依靠其自重流动，无需振捣而达到密实的混凝土[1]。自密实混凝土最早由日本东京大学岗村甫教授于1986年提出，1996年岗村甫教授首次将这种混凝土命名为自密实混凝土（Self Compacting Concrete）[2]，其关键技术是通过掺加高性能减水剂和矿物掺合料，在低水胶比条件下，拌制出高流动性，粘聚性和保水性能良好，不泌水、离析的高性能混凝土，混凝土浇筑时，不加振捣施工也能依靠其自重作用自由流淌充分填充模板内形成均匀密实的结构，硬化后亦具有优良的力学性能和耐久性能。

同普通混凝土相比，自密实混凝土在配合比设计上对原材料质量和用量有着更高的要求。如：水泥：配比设计中规定水泥强度等级根据混凝土的试配强度等级选择，同时还需考虑与外加剂的相容性。通常，自密实混凝土因其特殊性能要求，其水泥用量与强度等级较普通混凝土为高；骨料：自密实混凝土对骨料要求较普通混凝土更严格；外加剂：自密实混凝土宜选用聚羧酸系高性能减水剂。

本文试验研究了C50自密实混凝土的配合比与其工作性及力学性能。试验结果表明，掺加矿物掺合料可以很好地改善自密实混凝土的工作性能；通过优化混凝土配合比，配制出抗压强度符合设计要求的自密实混凝土。

1.试验用原材料

(1)水泥：句容台泥水泥有限公司生产的P.II52.5级，其物理力学性能见表1。

(2)矿粉：安徽马钢嘉华新型建材有限公司生产的S95级矿粉，其物理力学性能见表2 。

(3)粉煤灰：扬州市广陵区富江新型建材经营部生产的F类II级灰，其物理性能见表3。

(4)细骨料： II区中砂，其细度模数为2.6，含泥量为1.9%。

(5)粗骨料： 5-20.0mm碎石，连续级配，其含泥量为0.5%。

(6)外加剂：选自西卡（中国）有限公司生产的某聚羧酸系高性能减水剂，其匀质性检验结果见表4。

表1 水泥的基本物理力学性能

水泥品种 比表面积（m2/kg） 凝结时间（min） 抗折强度（MPa） 抗压强度（MPa）

P.II52.5 364 初凝 终凝 3d 28d 3d 28d

165 220 5.9 9.5 32.1 67.2

表2 矿粉的基本物理力学性能

矿粉品种 比表面积（m2/kg） 流动度比（%） 抗压强度比（%）

S95 411 102 7d 28d

78 100

表3 粉煤灰的基本物理性能

粉煤灰品种 细度（%） 需水量比（%）

II级 12.7 95

表4 外加剂匀质性检验结果表

产品品种 PH值 密度(g/ml) 含固量（%） 净浆流动度（mm） 砂浆减水率（%） 检验掺量（%）

聚羧酸系 4.6 1.071 27.4 250 18.6 1.0

2.试验用配合比、工作性及强度结果

自密实混凝土配合比设计采用绝对体积法。按《自密实混凝土应用技术规程》及以上选用的原材料，按规程规定的配合比设计方法的设计步骤进行配合比设计，结果见下表5所示。

表5 自密实混凝土配合比、工作性及抗压强度

水泥

(kg) 矿粉

(kg) 煤灰

(kg) 砂

(kg) 石

(kg) 水

(kg) 高性能减水剂 抗压强度（MPa） 扩展度(mm) V型漏斗通过时间(s)

用量 掺量% 7d 28d

360 130 60 860 790 168 4.68 0.85 53.1 61.9 680 9.6

由表5可见，设计之配合比工作性满足《自密实混凝土应用技术规程》规定的自密实混凝土性能等级二级的指标要求：扩展度650±50mm，V漏斗通过时间7~25s。试验强度亦完全能达到C50自密实混凝土设计强度要求。

3.自密实混凝土试验结果分析

按《自密实混凝土应用技术规程》规定设计出的C50自密实混凝土配合比如上表5所示。按此配合比拌制出的混凝土，依《自密实混凝土应用技术规程》规定，测试其拌合物性能，结果亦见表5。从表5可以看出，该配合比拌制出的混凝土满足二级自密实混凝土的工作性能要求。

本论文配制的自密实混凝土力学性能主要测试了其7d和28d抗压强度。自密实混凝土是一种不需振捣施工、依靠其自重作用自由流淌充分填充模板的混凝土，混凝土内部是否填充密实，无法通过外观进行准确评定。自密实混凝土充填性能越差，内部空隙/孔隙越多、越大，混凝土强度也将降低。自密实混凝土力学性能见表5，其强度亦能达到设计要求。

4.结论

本文对C50自密实混凝土的配合比与其工作性及力学性能进行了试验室试验研究。综合上述试验结果分析可得：

1、自密实混凝土较普通混凝土配合比设计主要区别在于[1]：

1）自密实混凝土配合比设计宜采用绝对体积法；

2）单位体积二级自密实混凝土中粗骨料绝对体积为0.30 m3~0.33m3，粗骨料最大粒径不宜大于20mm。自密实混凝土限制粗骨料用量，主要原因为：为防止拌合物通过钢筋间隙时发生阻塞；为了有足够的浆体使骨料悬浮于其中；

3）单位体积用水量宜为155~180kg；

4）水粉比按体积比宜取0.80~1.15；

5）根据单位体积用水量和水粉比计算得到单位体积用水量宜为0.16 m3~0.23 m3；

6）自密实混凝土单位体积浆体量宜为0.32 m3~0.40 m3；

7）自密实混凝土宜采用增加粉体材料用量和选用优质高效减水剂或高性能减水剂，改善浆体的粘性和流动性。

2、根据上述要求，综合考虑其工作性能、强度及成本等多种因素，配制出工作性与强度均符合要求的C50自密实混凝土。

其中采用P.II52.5水泥，同时掺入矿物掺合料：粉煤灰及矿粉。掺合料是自密实混凝土必不可少的组成部分，加入矿物掺合料既可节约水泥，有显著的经济效益；更重要的还在于矿物掺合料的技术效果。粉煤灰具有“形态效应”、“火山灰效应”、“微集料效应”，可以改善混凝土的工作性能，降低混凝土拌合物流动性的经时损失率。矿粉抗离析性较差，但矿粉比粉煤灰活性高。活性矿物掺合料可降低混凝土早期水化热，控制混凝土的温升，减少温度变化造成的裂缝。

3、对混凝土拌合物的工作性能进行了试验研究。所配置的混凝土拌合物扩展度为680mm，V漏斗通过时间为9.6s，符合二级自密实混凝土指标要求。

自密实混凝土具有普通混凝土无法比拟的优越性能，自密实混凝土的研究与应用实践在世界范围内广泛展开[3]。目前，自密实混凝土已被广泛应用于一些新建的大型建筑结构、桥梁以及既有结构的修复加固等工程中。根据不同的实际工程需要，已成功开发出不同类型的自密实混凝土。但混凝土的实际施工过程是个复杂的系统工程，其性能不仅与使用的原材料与配合比有关，而且与现场环境条件、现场施工技术人员的技术水平密切相关，因此必须根据实际工程综合考虑，同时，加强施工过程中自密实混凝土性能的稳定性与施工质量保证体系等方面的研究探讨。

参考文献：

1《自密实混凝土应用技术规程》(CECS203-2006)[S].

2赵筠.自密实混凝土的研究和应用[J].混凝土,2003, 6：9-17

3 刘小洁，余志武.自密实混凝土的研究与应用综述[J].铁道科学与工程学,2006, 3(2)：6-10