C30自密实配合比实验.docx

1、C30自密实配合比实验C30自密实混凝土配合比设计实验实验报告学 号： 2010010131 班 号： 结 02 实验日期： 2011.11.12 实 验 者： 陈 伟 同 组 人： 吴 一 然 一、 实验目的1、掌握混凝土配合比设计的基本方法。2、了解水灰比和砂率等对混凝土新拌工作性和强度的影响。3、了解矿物掺和料和减水剂等对新拌混凝土工作性和强度发展历程的影响。4、了解影响混凝土耐久性的因素。5、学习如何测定混凝土拌和物的基本性能。6、为混凝土力学性能实验准备试件。二、 实验相关知识和原理1 自密实混凝土：1.简介：自密实混凝土(SelfCompacting Concrete，简称SCC)

2、可以定义为：混凝土能够保持不离析和均匀性。不需要外加振动完全依靠重力作用充满模板每一个角落、达到充分密实和获得最佳的性能。在20世纪80年代早期，挪威建造混凝土结构海上石油平台，由于配筋密集且结构庞大，无法对混凝土振捣，所配制使用的混凝土实际上是依靠重力密实。20世纪80年代后期，日本学者首先提出自密实混凝土的概念，当时所面临的情况：混凝土耐久性在日本受到高度重视。但由于缺乏熟练工人进行混凝土浇筑施工。不能保证混凝土完全密实成为导致耐久性不良的重要原因之一，因此就需要一种非常容易实现密实的混凝土一自密实混凝土。“自密实”概念形成后。研究与应用迅速展开，很快成为一种实用的、施工性能非常优良的混凝

3、土。自密实混凝土被称为“近几十年中混凝土建筑技术最具革命性的发展”，因为自密实混凝土拥有众多优点：保证混凝土良好的密实。 提高生产效率。由于不需要振捣，混凝土浇筑需要的时间大幅度缩短，工人劳动强度大幅度降低，需要工人数量减少。 改善工作环境和安全性。没有振捣噪音，避免工人长时间手持振动器导致的“手臂振动综合症”。 改善混凝土的表面质量。不会出现表面气泡或蜂窝麻面，不需要进行表面修补；能够逼真呈现模板表面的纹理或造型。 增加了结构设计的自由度。不需要振捣，可以浇筑成型形状复杂、薄壁和密集配筋的结构。在此之前，这类结构往往因为混凝土浇筑施工的困难而限制采用。 避免了振捣对模板产生的磨损。 减少混凝

4、土对搅拌机的磨损。 可能降低工程整体造价。从提高施工速度、环境对噪音限制、减少人工和保证质量等诸多方面降低成本。然而。自密实混凝土的原材料、组成与配合比设计、质量控制、性能试验方法等也具有新的特点和要求。最近几年。欧洲首先开始将微硅粉应用于自密实混凝土，因为发现：微硅粉不仅能改善混凝土硬化性能如耐久性、强度等，同时能够改善自密实混凝土塑性状态的性能。包括流变性、稳定性(抗离析能力)和艘变性。使自密实混凝土的质量波动减小、性能全面提高。在“自密实”概念出现以前 借助高效减水剂性能的改善，配制生产高流动性混凝土已不再困难。然而，仪仪具备。高流动性还远远不够，因为流动性越高，混凝土产生离析的趋势就越

5、大。完全依靠自身重力充满模型并达到密实，自密实混凝土工作性的内涵有所扩大，包括下列三个基本性能： 高流动性。保证混凝土能够绕过障碍物，充分填充模型 内每个角落。 高稳定性。保证混凝土质量均匀一致，即不泌水。骨料不离析。 通过钢筋间隙能力。保证混凝土穿越钢筋间隙时不发生 阻塞。2. SCC的自密实机理：浆体的粘聚作用： 混凝土的流动性与抗离析性是相互矛盾的。SCC之所以能流平密实，关键在于其胶结料浆体具有一定的塑性粘度，它能减少骨料间的接触应力，削弱骨料的固体特性，抑制骨 料起拱堆集从而有效抑制离析。 气泡自动聚合上浮作用： 在拌和浇筑混凝土时裹入模板内的气泡，由于混凝土自重对其产生浮力作用，具

6、有自动聚合形成更大气泡的趋势。一旦气泡发生聚合，则所受浮力将进一步增大，最终会浮出表面使混凝土密实。SCC由于掺加高效减水剂降低了混凝土的表面张力，使气泡更容易聚合上浮， 增加混凝土的密实性。 掺合料的微粉作用： SCC中的掺合料不仅具有物理填充效应，而且因为巨大的表面积产生较大的内表面力而提高混凝土的粘聚性。有的还具有火山灰活性效应，结合掺用高效减水剂和采用低水胶比改善集料界面结构和水泥石的孔结构，使混凝土越来越密实。 最大堆积密度：SCC中各组分粒径力求满足“最大堆积密度理论”，例如，颗粒从小到大依次为：微硅粉、粉煤灰、水泥、砂、石。这样细颗粒填充粗颗粒之间的空隙，更细颗粒填充细颗粒之间的

7、空隙，达到最大密度或最小空隙率，从而有效提高 SCC的密实度。2 选择C30自密实混凝土的目的：鉴于以上自密实混凝土的杰出性能，我们决定将它们进行一下相对深入的研究。由于C30混凝土的工作性比较高，对配合比设计有一定的挑战，可以锻炼一下自己，所以我们小组都一致决定配制C30自密实混凝土。一方面，作为一种高性能的混凝土，进行相关的配制与研究，对于我们而言，是一个挑战，也是一个提升自己的机会，在现有的资料不多，经验不足的情况下，我们需要充分发挥团队精神，应用大家的智慧来顺利地完成配比设计与配制的工作。另一方面，我们对于这种混凝土有很大的兴趣，也十分想要在弄懂其配制的相关原理基础上，自己将其制作出来

8、，丰富自己的实践经验，学到更多在理论课堂上学习不到的知识。3 混凝土配合比设计的基本原则：坚固性： 坚固性是指混凝土的强度指标，因为混凝土的质量在目前是以抗压强度指标为丰要依据的。影响混凝土抗压强度的因素很多，主要有水泥强度等级及水灰比、骨料种类及级配、施工条件等。 (1)水泥强度等级：水泥强度等级大致代表了水泥的活性，即在相同配合比的情况下，水泥强度等级越高，混凝十的强度等级也越高。在混凝土配合比设计中，主要从经济合理的角度来选择水泥强度等级，如果对水泥强度等级和品种没有选择的余地，那只能靠在配合比设中调整比例，掺加外加剂等综合性措施加以解决。 (2)水灰比：混凝土单位体积中所用水的重量和水

9、泥的熏量比被称为水灰比。水灰比越大，混凝土的强度越低，为此，在满足和易性的前提下，混凝土用水量越少越好，这是混凝土配合比设计中的一条基本原则。 (3)骨料的种类及级配：砂子、石子在混凝士中起骨架作用，因此统称骨料。砂石由石材的品种、颗粒级配、含泥量、坚固性、有害物质等指标来表示它的质量。砂石质量越好，配制的混凝土质量越好。当骨料级配良好，砂率适中时，由于组成了密实骨架，可使混凝土获得较高的强度。 (4)施工条件：如果施工条件较好，并有定的管理措施时，可适当降低混凝土的坍落度；反之，如现场施工和易性混凝土条件较差时，应适当提高混凝士的坍落度。和易性：是指在一定施丁条件下，确保混凝土拌合物成分均匀

10、，在成型过程中满足振动密实的混凝土性能。常用坍落度和维勃稠度来表示。采集者退散不同类型的构件，对和易性的要求在施工验收规范中已有规定，但还要结合施工现场的设备条件和管理水平来确定。影响混凝土和易性的因素很多，但主要一 条就是用水量。增加用水量，混凝土的坍落度是增加了，但是混凝土的强度也下降了。因此，采用使用减水剂的方法成了改善混凝土和易性最经济合理和最有效的方法。耐久性 ：混凝土的耐久性是它抵抗外来及内部被侵蚀破坏的能力，北方处严寒地带，夏季炎热 于燥，冬季严寒多雪，混凝土受大气的侵蚀很严重，所以，施工验收规范对最人水灰比和最小泥用量都作了规定，但是仅仅执行这些规定还不能完全满足耐久性的要求。

11、为了提高混凝土的耐久性，就必须在配合比设计中考虑采取相应的措施，如水泥品种和强度等级的选择，砂石级配和砂率的调整，但最主要的是用混凝土外加剂和掺合料来提高混凝十的耐久性。经济性： 混凝土配合比的设计应在保证质量的前提下，省工省料才是最经济的。水泥是混凝士中价值最高的材料，节约水泥用量是混凝土配合比设计中的一个主要目标，但必须是采用合理的措施达到综合性的经济指标才是行之有效的。首先，使用混凝土外加剂和掺合料，使用减 水剂既可以改善混凝土的和易性，也可以达到节约水泥的目的，掺加粉煤灰可以代替部分水泥，并改善混凝土的性能。其次，加强技术管理，提高混凝土的匀质性。最后，根据当地砂石质量情况采用合理砂率

12、和骨料级配。4 混凝土配合比设计的目的：配合比设计是为了确定其各个组成材料之间比例的方法。其目的之一是获得基本性能符合要求的混凝土，包括新拌混凝土的工作度、硬化混凝土在规定龄期的轻度和耐久性。工作度是决定混凝土拌和物在浇筑、捣实和抹面时难易程度的性质，它比前面所用的流动性代表的含义要广泛得多，并且没有一个确定的指标，而因所采用的工艺也有所变化。例如浇筑没有钢筋的路面混凝土和钢筋密集的混凝土柱子，工作度应该是不同的；施工高层建筑时用泵送输送的混凝土和用塔吊运送的混凝土，工作度也不能一样。从结构的安全角度出发，根据设计荷载得到的混凝土强度，应该作为最低强度要求。考虑到原料、搅拌、运输、浇筑以及试件

13、制作、养护和实验时可能产生的变异，需要根据统计学的基本原理确定配合比，使依据配合比配制出的混凝土强度平均值要比最低强度高出一定范围，即通过下式计算得出式中，为混凝土配制强度（MPa）；为混凝土立方体抗压强度标准值；为混凝土强度标准差。就是强度平均值比最低强度高出的范围，系数1.645是保证率为95%时的概率度；标准差或者变异系数取决于混凝土生产水平的高低。结构在一般暴露条件下，如果能够达到必要的强度，耐久性通常不会有太大的问题。但是对于在严酷环境条件工作的结构物，例如桥梁、港口的防波堤、地下与海底隧道、高寒与炎热地区的结构等，在进行配合比设计时就需要首先从满足耐久性要求来考虑。例如，所有可能受

14、冻害的地区，混凝土就需要掺引气剂，保证一定含气量；可能受硫酸盐土质或水质侵蚀的混凝土，就需要掺矿物掺和料与减水剂。很多情况下，虽然采用较高水胶比已经满足强度要求，但考虑到暴露环境的作用，不得不规定较低的最大水胶比。配合比设计的另一目的，是在混凝土拌和物性能满足要求的前提下，价格要尽可能地便宜。即选择组成材料时不仅必须适用，而且要经济。因为混凝土的生产量通常都很大，价格上微小的差异就可能带来总体费用上巨大的浪费。例如，在工程所在地附近可买到的水泥含碱量超标，而骨料又基本上没有呈现碱活性时，如果一定要求适用远途运来价格较高的低碱水泥，就额外增加了费用，使混凝土单价提高。另外，如果近处的骨料确实含碱

15、活性颗粒，在高碱水泥中掺矿物掺和料可能是节约而又有效的选择方案。5 混凝土配合比设计的基本步骤：步骤一：选择适宜的工作度； 步骤二：选择石子最大粒径； 步骤三：估计用水量和含气量； 步骤四：选择水灰比/水胶比； 步骤五：计算水泥或胶凝材料用量； 步骤六：确定砂率； 步骤七：估算粗细骨料用量；步骤八：骨料含水量调整； 步骤九：试拌调整。接下来是我们组设计的C30自密实混凝土的配合比设计步骤： 1选择坍落度或VB稠度：根据工程所用施工工艺、配筋密集程度和捣实条件。保证浇筑成型密实前提下，选最小值，泵送混凝土要求高(220mm)，摊铺混凝土要求低 (0 mm)。下表一为不同工作性能的混凝土对坍落度的

16、不同要求：Construction techniques碾压混凝土路面混凝土泵送混凝土自密实混凝土Slump030 50100 200 240表一考虑到我们配制的是自密实混凝土，需要较高的坍落度，以保证新拌混凝土的工作度。经过对一般的自密实混凝土相关资料的查询，我们将其坍落度取为240mm。2.选择石子最大粒径：一般来说，最大粒径越大，所需水泥浆越小，越经济；但过渡区薄弱，强度耐久性差；同时还受到工作性的限制。按照在变的混凝土耐久性设计规范对不同环境之下骨料的最大粒径有以下要求（见表二）:表二 耐久混凝土骨料最大公称粒径（mm）由于本次混凝土配合比设计的粗骨料石子是已经给定的，不需要再选择其粒

17、径，所以这一个步骤略过。是最大粒径为20mm的碎石。3.选择用水量和含气量在工作度一定时，用水量取决于石子的最大粒径、粒形和级配，同时还必须根据骨料的最大粒径来选择含气量。在确定用水量的过程中，以90mm坍落度的用水量为基础，按每增大20mm坍落度相应增加5kg用水量来计算；详细见下表三：表三根据我们所配置的为C30的自密实混凝土，所以用水量根据坍落度可以计算得到，应该在250kg/m3左右， 在配制中，为了降低水灰比，我们还要使用减水剂。实验给定的减水剂为聚羧酸减水剂，其参考掺量为：C30混凝土，1.0%，减水率为15%；C60混凝土，1.5%1.8%，减水率为25%；C80混凝土，2.0%

18、，减水率为30%。根据我们配制的强度来看，我们选择了1.5%的掺量，减水率为25%。那么由我们就取定用水量为190kg/m3。由于我们并不涉及到抗冻性的设计，所以这里就不对含气量进行相关的限制了，只要实配时搅拌均匀，成型时振动密实，其含气量对于混凝土的性能是没有太大影响的。4、选择水灰比由实验得知：混凝土强度与灰水比（即水灰比的倒数）、水泥标号等因素之间存在一定的关系。这一关系可以用下面的经验公式表示式中的A、B为回归系数；为水泥胶砂强度标准值；为混凝土立方体抗压强度标准值。回归系数A和B应根据工程所使用的水泥、骨料和通过实验建立的灰水比与强度关系确定；无实验统计资料时，对碎石混凝土A=0.4

19、6，B=0.07；对卵石混凝土A=0.48，B=0.33。本次实验中使用的是碎石骨料，所以取A=0.46，B=0.07。同时，实验给定的水泥胶砂的强度标准值为54MPa，也就是。如果计算所得水灰比值大于从耐久性要求规定的最大水灰比时，应选择后者。鉴于此，我们仍然按照书上给定的公式来进行配制强度的计算：这里取，那么就有故取配置强度。从而，可以计算出所需要的水灰比为0.6225、确定粉煤灰用量：（1）实验表明，在粉煤灰掺量小时，自密实混凝土的坍落度和坍落扩展度随粉煤灰的掺量的增大而逐渐增大，而超过30%时，坍落度增长趋于平稳，而超过40%时会随着粉煤灰掺量的的增大而减小，因而从提高坍落度和坍落拓展

20、度的角度来说粉煤灰的掺量在30%左右为最佳（2）从抗压强度的角度来说，随着粉煤灰掺量的增大混凝土的抗压强度减小。而粉煤灰掺量超过40%时抗压强度减小得更为明显，所以粉煤灰的掺量应该控制在40%以下 （3）从抗折强度的角度来说粉煤灰的掺量在20%40%之间时，混凝土的抗折强度可以保持在一个较为稳定的区间内，超过40%混凝土的抗折强度下降程度会显著增加，所以粉煤灰掺量应该控制在20%40%之间综上所述，粉煤灰的用量选择在30%为最佳6. 计算水泥用量：根据之前的水灰比与用水量我们可以确定出水泥用量 我们取其为。我们使用了30%的粉煤灰，粉煤灰的质量应该为，从而水泥的用量减少为。之前提到减水剂的用量

21、为1.5%，故其质量为，我们取其为。7. 选择砂率砂率根据粗骨料品种、最大粒径、水灰比和砂子的细度模数选取。而自密实混凝土规程中指出：砂的含泥量大，石子中的针片状颗粒含量高，将使混凝土的需水量大；石子的空隙率大，则为满足相同的拌和物的工作性所需的砂浆量大。这些均会对自密实混凝土的工作性、力学性能和耐久性产生不良影响。在现行国家标准建筑用砂（GB/T14684-2001）中，砂的含泥量一般要求小于3%，在现行国家标准建筑用卵石、碎石（GB/T14685-2001）中石子的针片状颗粒含量要求不小于15%，空隙率小于47%。但是配制自密实混凝土要求砂石的品质更高，对砂的含泥量，石子中的针片状颗粒含量

22、、石子空隙率等指标要求均严于现行国家标准的指标。自密实混凝土要求石自为连续粒级，目的就是为了使石子获得较低的空隙率。由于自密实混凝土往往用于薄壁构密集配钢筋构件等场合，所以粗骨料粒径不宜过大；否则讲影响拌和物的间隙通过性；即使不是这些场合使用，粗骨料粒径过大也会增大拌和物中粗骨料的分层离析几率；而且粒径较大的粗骨料会增大内摩擦，从而增大拌和物流动阻力。所以本指南限定自密实混凝土中粗骨料粒径一般宜小于20mm.。自密实混凝土的砂浆量大，砂率较大，如果选用细砂，则混凝土的强度和弹性模量等力学性能将会受到不利影响，同时，细砂的比表面积较大将增大拌和物的需水量，岁拌和物的工作性产生不利影响；若选应粗砂

23、则会降低混凝土拌和物的粘聚性。所以，自密实混凝土一般宜选用中砂或偏粗中砂。竟试验证实可以达到需要的性能指标时，也可采用中砂以为外的其他砂及混合砂。设计规范详见下表四：表四根据这一上表，由于我们所用的砂偏粗，含石率和含土率都比较高，并考虑到老师给予的建议，我们选取砂率为8. 计算粗细骨料的用量现行规范是依据粗骨料品种、最大粒径、水灰比和砂子的细度模数选取砂率。但是，现今的混凝土水灰比小于0.4、坍落度 10mm是很常见的，而且基本都使用外加剂和矿物掺合料，所以按该表查取的经验数据已不符合实际情况。按经验取值！这里我们使用重量法。取混凝土的表观密度为2400kg/m3，那么根据已经确定的用料的质量

24、，有质量法（假定表观密度法）可以得出可以解出，这样我们就确定了25L混凝土中的所有用料质量（kg），如下表五：水水泥减水剂石子砂粉煤灰4.735.320.16925.2622.402.28表五9. 根据实际情况修改实配的原材料用量在老师的建议下，我们又对配合比进行了一定的修改。老师说胶结料总量要大于450kg/m3,所以我们增大了粉煤会的用量同时，使用的砂也不是绝对干燥的，有一定的含水量，所以还需要对砂的用量和用水量进行一定的调整。同时减水剂的浓度比较低，应该增大用量，因此调整为2%。经过计算与一定的调整，我们得出的最后用料如下表六（kg/m3）：水水泥石子砂减水剂粉煤灰4.735.3223.

25、2820.620.1695.93表六 最终配合比总结来说，配合比的设计流程以及各用量的决定项可以按下面的图一和图二来描述： 图一图二但是，现行的配合比设计方法也存在着其缺陷，化学外加剂和矿物掺合料已成为必要组份且对水胶比的影响非常显著；掺合料的掺量可以很大，甚至超过水泥，因此其品质在胶凝材料中起主导作用。如何体现化学外加剂和矿物掺合料的作用，现行方法不能满足要求。复杂多变的环境和工程需要多组分复合：多级配的骨料，不同类型的外加剂、矿物掺合料、纤维等。例如丹麦的Great Belt Link工程所用混凝土就包含10多个组分。因此，现代混凝土仍根据经验简单列表，已不可能获得优化效果。6 混凝土的制

26、备仪器和过程：1. 仪器设备： 混凝土搅拌机，容量为50100L，转速为1822r/min； 台秤，称量50kg，感量50g； 量筒（100mL）； 天平； 拌铲与拌板等。2. 机械搅拌步骤： 按设计的配合比称取各种材料的用量。 用按配合比称量的水泥、砂、水及少量石子在搅拌机中预拌一次，使水泥砂浆部分粘附在搅拌机及叶片上，并刮去多与砂浆，以避免正是搅拌时的配合比。 依次向搅拌机内加入石子、砂和水泥，开动搅拌机干拌均匀后，将水徐徐加入，再将减水剂缓慢加入。全部加料时间不超过2min。 将拌和物自搅拌机卸出，倾倒在铁板上，再经人工拌和23次，即可做拌和物的各项性能试验或成型试件。从开始加水起，全部

27、操作必须在30min内完成。7 配制的混凝土的性能检验：新拌混凝土坍落度的测定：主要仪器设备： 坍落度筒：由薄钢板或其他金属板制成截头圆锥形。 捣棒（端部应磨圆）、装料漏斗、小铁铲、钢直尺、镘刀等。实验步骤： 首先用湿布润湿坍落度筒及其他用具，将坍落度筒置于铁板上，漏斗置于坍落度筒顶部并用双脚踩紧踏板。 用铁铲将拌好的混凝土拌和料分三层装入筒内，每层高度约为筒高的1/3。每层用捣棒沿螺旋方向由边缘向中心插捣25次。插捣底层时应贯穿整个深度，插捣其他两层时捣棒应插至下一层的表面。 插捣完毕后，除去漏斗，用镘刀刮去多与拌和物并抹平，清除筒四周拌和物，在510s内垂直平稳地提起坍落度筒。随即量测筒高

28、与坍落后的混凝土试体最高点之间的高度差，即为混凝土拌和物的坍落度值。 从开始装料到坍落度筒提起，整个过程应在150s内完成。当坍落度筒提起后，混凝土试体发生崩坍或一边剪坏现象，则应重新取样测定坍落度；如第二次仍出现这种现象，则表示该拌和物和易性不好。 在测定坍落度过程中，应注意观察粘聚性与保水性。实验结果的记录和评定： 稠度 以坍落度表示，单位mm，精确至5mm。 粘聚性 以捣棒轻敲混凝土锥体侧面，如锥体逐渐下沉，表示粘聚性良好；如锥体倒坍、崩裂或离析，表示粘聚性不好。 保水性 提起坍落度筒后，如底部有较多稀浆析出，骨料外露，表示保水性不好；如无稀浆或有少量稀浆析出，表示保水性良好。实验结论：

29、我们实验中测得的坍落度为240mm，扩展度为640mm。其中扩展度和坍落度已经很好地达到了我们预期的水平，所以我们混凝土的工作性可以得到保证。 在实验场地，没有使用铁板或是玻璃板来进行坍落度和扩展度的实验，而是直接在地上进行。地面并不是十分的平坦，而且由于之前还有其他的组做了这个实验，所以地面残存的一些杂质也比较多。这样，在新拌混凝土的流动过程中，就会受到相当大的阻力，其坍落度和扩展度就会受到很大的影响。所以我们测定的坍落度和扩展度应该是比实际值偏低的，所以工作性可以得到保证。至于7天、28天抗压强度，劈裂抗拉强度，钢筋握裹力，氯离子扩散系数等在第六次实验报告中有详细介绍价格评定：根据网上给出

30、的原料价格如下图我们计算了我们的成本如下表七：水P.O.42.5水泥浓度为30%聚羧酸减水剂石子砂粉煤灰4元/吨421元/吨约8000元/吨约110元/吨约70元/吨约75元/吨表七我们对25L水泥造价计算如下表八：水P.O.42.5水泥浓度为30%聚羧酸减水剂石子砂粉煤灰0.02元/25L2.24元/25L1.02元/25L2.56元/25L1.44元/25L0.44元/25L总计7.72元/25L表八换算为1m3混凝土造价为309元因为混凝土的价格在不同城市不同时间都在波动，因此无法给出一个绝对比较，下面给出09年不同城市不同月份的知道价格 表九而今年不同城市的市场价如下：2011 年7 月份全国主要城市商品混凝土市场价格元/m3城市 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60北京 375 390 405 420 435 450 465 480 495 510上海 395 405 415 420 425 440 445 南京 371 386 401 416 431 446 461 476 491 506杭州 320 348 374 385 409 425 467 497 西安 305 310 315 320 330 340 360 380 400 420天津 335 345