自密实混凝土配合比试验设计与实践.docx

1、自密实混凝土配合比试验设计与实践自密实混凝土配合比试验设计与实践自密实混凝土( Self-Compact in gC on crete,简称 S),始于 1988 年 日本东京大学冈村甫教授研制成功的一种高性能混凝土， 其新拌混凝 土具有高流动性， 均匀性和稳定性， 能在无振捣或少量振捣的情况下 依靠自重作用匀质流动并充满模板的空间， 硬化后混凝土能满足工程 的力学性和耐久性的要求。 自密实混凝土拌合物的特点是高流动性而 无离析，而流动性和抗离析性是相互矛盾的， 因此自密实混凝土配合 比设计的关键就是使原材料参数和工程需求的强度、 耐久性等性质间 的矛盾得到统一，如达到用水量、外加剂用量和流动

2、性、抗离析性的 平衡。自密实混凝土成型原理是通过外加剂 (包括减水剂、超塑剂、稳定剂等 ) 、胶结材料和粗细骨料的选择与搭配，以及配合比的精心 设计，使混凝土拌合物在屈服剪应力减小到适宜范围内的同时， 又具 有足够的塑性粘度， 使骨料悬浮于水泥浆中， 不出现离析和泌水的现 象。现有研究表明， 影响混凝土抗压强度的主要参数为： 水泥强度等 级、水胶比、胶凝材料用量、粉煤灰掺量、骨料体积含量、粗骨料品 种。周朋等通过研究发现， 水胶比的增大会增多混凝土内部孔隙数量， 显著降低混凝土的抗压强度， 但较大的水胶比又能够增强局部的水泥 水化反应。陈守开等研究发现再生骨料透水混凝土水胶比与孔隙率呈 指数变

3、化关系，与抗压强度呈线性反相关关系；在确定水胶比下，掺 入粉煤灰会降低再生骨料透水混凝土强度。 戴雄研究发现， 粉煤灰掺 入会不同程度的降低混凝土早期强度， 但后期强度不会降低而略有上 升。孙家国等研究表明，随着粉煤灰取代率（混凝土中粉煤灰掺加量 取代水泥的百分率）的增加，混凝土的流动性逐渐提高，而抗压强度 呈逐渐降低的趋势， 而粉煤灰取代率高于一定范围时， 混凝土抗压强 度会呈明显下降趋势。 对于自密实混凝土， 崔俊等研究发现随着龄期 增加，粉煤灰的火山灰活性作用逐渐明显， 水化反应生成的水化硅酸 凝胶会逐渐填充孔隙， 有效提高了自密实混凝土的界面黏结力， 从而 促进自密实混凝土后期强度的增

4、长。 综上所述， 水胶比和粉煤灰掺量 对自密实混凝土强度是有显著影响的，是其配合比的关键参数。目前，国内研究水胶比和粉煤灰掺量对混凝土抗压强度的影响主 要集中在混凝土强度随各种参数的变化规律上， 鲜少有报道水胶比和 粉煤灰对自密实混凝土强度的具体变化数据。 结合研究生教学和科技 创新项目开展，本文设定标准立方体抗压强度为 3545MPa,选取水 胶比和粉煤灰掺量为变量， 分别配制自密实混凝土与普通混凝土， 并 对其工作性和强度进行检测。 试验结果对丰富自密实混凝土的配合比 设计，研究自密实混凝土抗压强度与其水胶比、 粉煤灰掺量的相互关 系等，具有重要的意义。1 设计要求为保证其良好的流动性和粘

5、聚性， 自密实混凝土配合比中粉体含 量往往较高。而随着粉体材料比例增大，混凝土收缩量增加。在纤维 增强复合材料约束混凝土柱中一般使用抗压强度为 30 40MPa 流动性较好的普通混凝土（不掺粉煤灰）与自密实混凝土（高掺量粉煤灰）。为研究自密实混凝土自收缩产生的力学影响， 根据普通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T50081),本文试配出立方体抗压强度 为3545MPa的普通混凝土和自密实混凝土，并研究水胶比对自密 实混凝土强度和粉煤灰掺量对自密实混凝土早期强度影响。 其中普通混凝土的坍落度为75mm90mm，自密实混凝土坍落扩展度性能等 级为SF1即550mm650mm范围，以满足应用于构件

6、截面较小或钢 筋较密的混凝土结构物的工程中。2试验概况2.1试验材料水泥：试验采用普通硅酸盐水泥(P O42.5)其各项性能符合 通用硅酸盐水泥(GB175 2007);粗骨料：试验采用的瓜米石，最大粒径不大于 10m m,含水率为 0.002;细骨料：试验采用中粗砂，粒径级配为 2mm5mm,含水率为 0.004;减水剂：试验采用 MasterGleniumSKY8860高性能减水剂；粉煤灰：试验采用H级粉煤灰。原材料表观密度如表1所示表1混凝土廉材料甌密度材料表观密度阳泊硅酸盐水泥3140粉煤灰2300砂2620石子2620减水剂10502.2试验配合比依据普通混凝土配合比设计规程(JGJ

7、55-2011)和自密实 混凝土应用技术规程(JGJ/T283-2012)。本文设计了 2组普通混凝 土配合比(不掺粉煤灰)和4组自密实混凝土配合比(粉煤灰掺量为 0.30.46),各组配合比的水胶比均不同，调整砂率以满足流变性能， 最后的抗压强度需要达到设计要求，即标准立方体抗压强度为 3545MPa。具体混凝土配合比设计方案见表 2,其中C表示普通混凝土， S表示自密实混凝土，字母后面的数字 14表示混凝土的组次。A2怎点土配事此乳拱檢畑J裝号M.IL站燥灰山何砂罕Th.:、縦水剂慨糅取TTTC QUOL360,3S2150.000111C 20. J60.00OlSSJ.fcO朋(Jia

8、B1112S J0. 4S0. 46(M30.3B200100339204T2G9663 20.啊皿価1时J5S-201?1：0炳S 30.壮0.371914.7237202722S 4iQ- 41a潢D.08CU5303353151757B382.3试验过程试件尺寸统一采用150mm 150mm 150mm的标准立方体试件， 每组6个强度试件，根据普通混凝土拌合物性能试验方法标准(GB/T50080),用坍落度和坍落扩展度来分别测定普通混凝土和自 密实混凝土拌合物的流动性，如图1和图2所示。试件24h脱模后, 淋水养护，直至7天和28天龄期后分别进行标准立方体混凝土试件 抗压强度试验，以每组

9、三个试件的 7天和28天的平均抗压强度为强 度性能指标，如图3所示。3试验结果3.1强度预测本次试验中，分别在7天和28天龄期检测到6种不同配合比混凝土试件的标准立方体抗压强度值，其中 S-3组试件在28天龄期间受到损坏，利用在砂率和胶凝材料不变或极为相似的情况下， 混凝土强度与水胶比、胶凝材料实际强度等因素之间的线性经验公式， 参考S-1和S-2的配合比参数，对S-3组的28天抗压图3标准宜方体混凝土试块抗压试验强度值进行经验公式预测，化-介（普隣 利用公式（1）对S-1和S-2组混凝土试件28天强度进行模拟，模拟结果表明28天强度预测值与实测值的相对误差控制在 1%以下,混凝土强度与水胶比

10、呈明显正线性关系。 将S-3组的水胶比代入公式（1）中，预测S-3组混凝土试件28天的抗压强度为37.04MP&C-1、C-2、S-1、S-2、S-3和S-4共5组混凝土试件的7天和28天龄期抗压强度实测值及S-3组混凝土的7天龄期强度实测值和28 天龄期强度预测值如表3所示。其中C-2组的28天龄期试件受到轻 微破坏，强度值受到影响。表3抗压强度站果編号7天抗压7天平均强度/MPa28天扰压强度/MPa28天平均 强度/MPa强度比23.1041 91C124. 4937.9345. 5744, 930. 8424. 744& 3142. 9942. 08C238.1839.43也ZQ42.

11、 930- 9Z37.11铿6638. 9733, 70S118. 6219,4331.9233. 600. 5820.7135. 2023. JO皈剁S224. 4924* 1136, 1636. 160, G724. 7435. 89S324. 6024.2125.2024. 6337. 040. 6643. 5955- 30S451. B149. 4B61.8959. 270. 8348.05&0.61图4自密实混凝土强度与时间的关系曲线0451。盘 LO42 ttOJl :I303.2抗压强度结果分析根据表2和表3的数据绘制图4自密实混凝土的标准立方体强度与时间的关系曲线、图5各龄期的

12、S-1、S-2和S-3组试件水胶比与 抗压强度的关系曲线和图 6试件粉煤灰掺量对混凝土强度比的影响 曲线。强度比是指同种配合比试件中 7天龄期与28天龄期的抗压强 度之比。自密实混凝土在各龄期的抗压强度随着水胶比降低而增大。图4中，在28天抗压强度时，水胶比每降低1%,自密实混凝土 试件平均升幅2.6%。原因是在胶凝材料用量相同的条件下，混凝土 的强度主要取决于水胶比，低水胶比的混凝土拌合物游离水分少，一 方面减小了骨料颗粒间的空隙，另一方面减少了拌合物硬化后留下的 气孔或通道，提高了混凝土的密实度，从而提高了混凝土抵抗荷载的 有效断面，强度因而显著提高。随着水胶比的降低，自密实混凝土强度的增

13、大幅度在减少。0. 0.45 0.47图5水胶比对抗压强度的影响在图5的7天抗压强度曲线中，水胶比在0.460.42时，自密实 混凝土抗压强度平均上升 8.03%;水胶比在0.43到0.42,抗压强度平 均上升2.16%。这主要是当水胶比过小时，用水量减少，混凝土拌合 物会干稠，流动度大大降低，水泥不易与水充分水化，水化产物生成 量增长速率减缓，混凝土强度增加减缓。粉煤灰掺量会不同程度地影响混凝土的早期强度。图6粉煤灰掺量对混凝土强度比的影响由图6可知，随着粉煤灰掺量的增加，试件的强度比先是缓慢上 升，然后大幅度下降。粉煤灰掺量在 00.3内，混凝土强度比在0.8 以上；当超过0.3时，随着掺

14、量增加1%,混凝土强度比平均下降幅 度为1.19%。粉煤灰掺量过大的混凝土早期强度较低的原因是粉煤灰 活性较低，水泥水化反应生成的Ca(OH)2与粉煤灰中的SiO2、AI2O3 等发生二次水化生成了水化硅酸钙和水化铝酸钙，水化产物填充颗粒 间空隙，但粉煤灰水化反应速率很低，研究表明掺粉煤灰的混凝土在 180天时约有20%粉煤灰参与二次水化反应，混凝土强度增长速率极 为缓慢，导致粉煤灰掺量较高的试件早期强度均较低的现象。4结语根据以上研究生创新试验，得到水胶比对自密实混凝土强度和粉 煤灰掺量对自密实混凝土早期强度影响如下：根据设计强度3545MPa,配合比选用普通混凝土的水胶比为 0.49,自密实混凝土水胶比为0.43,粉煤灰比例为0.46;随着水胶比降低，自密实混凝土抗压强度增大，但增大的幅度 在减少;当掺量低于粉煤灰添加会不同程度地影响混凝土的早期强度，30%，对早期强度影响不明显。