自密實混凝土配合比試驗設計與實踐
0引言
自密實混凝土（Self-CompactingConcrete，簡稱S），始於1988年日本東京大學岡村甫教授研製成功的一種高效能混凝土，其新拌混凝土具有高流動性，均勻性和穩定性，能在無振搗或少量振搗的情況下依靠自重作用勻質流動並充滿模板的空間，硬化後混凝土能滿足工程的力學性和耐久性的要求。自密實混凝土拌合物的特點是高流動性而無離析，而流動性和抗離析性是相互矛盾的，因此自密實混凝土配合比設計的關鍵就是使原材料引數和工程需求的強度、耐久性等性質間的矛盾得到統一，如達到用水量、外加劑用量和流動性、抗離析性的平衡。自密實混凝土成型原理是透過外加劑（包括減水劑、超塑劑、穩定劑等）、膠結材料和粗細骨料的選擇與搭配，以及配合比的精心設計，使混凝土拌合物在屈服剪應力減小到適宜範圍內的同時，又具有足夠的塑性粘度，使骨料懸浮於水泥漿中，不出現離析和泌水的現象。
現有研究表明，影響混凝土抗壓強度的主要引數為：水泥強度等級、水膠比、膠凝材料用量、粉煤灰摻量、骨料體積含量、粗骨料品種。周朋等透過研究發現，水膠比的增大會增多混凝土內部孔隙數量，顯著降低混凝土的抗壓強度，但較大的水膠比又能夠增強區域性的水泥水化反應。陳守開等研究發現再生骨料透水混凝土水膠比與孔隙率呈指數變化關係，與抗壓強度呈線性反相關關係；在確定水膠比下，摻入粉煤灰會降低再生骨料透水混凝土強度。戴雄研究發現，粉煤灰摻入會不同程度的降低混凝土早期強度，但後期強度不會降低而略有上升。孫家國等研究表明，隨著粉煤灰取代率（混凝土中粉煤灰摻加量取代水泥的百分率）的增加，混凝土的流動性逐漸提高，而抗壓強度呈逐漸降低的趨勢，而粉煤灰取代率高於一定範圍時，混凝土抗壓強度會呈明顯下降趨勢。對於自密實混凝土，崔俊等研究發現隨著齡期增加，粉煤灰的火山灰活性作用逐漸明顯，水化反應生成的水化矽酸凝膠會逐漸填充孔隙，有效提高了自密實混凝土的介面黏結力，從而促進自密實混凝土後期強度的增長。綜上所述，水膠比和粉煤灰摻量對自密實混凝土強度是有顯著影響的，是其配合比的關鍵引數。
目前，國內研究水膠比和粉煤灰摻量對混凝土抗壓強度的影響主要集中在混凝土強度隨各種引數的變化規律上，鮮少有報道水膠比和粉煤灰對自密實混凝土強度的具體變化資料。結合研究生教學和科技創新專案開展，本文設定標準立方體抗壓強度為35～45MPa，選取水膠比和粉煤灰摻量為變數，分別配製自密實混凝土與普通混凝土，並對其工作性和強度進行檢測。試驗結果對豐富自密實混凝土的配合比設計，研究自密實混凝土抗壓強度與其水膠比、粉煤灰摻量的相互關係等，具有重要的意義。
1設計要求
為保證其良好的流動性和粘聚性，自密實混凝土配合比中粉體含量往往較高。而隨著粉體材料比例增大，混凝土收縮量增加。在纖維增強複合材料約束混凝土柱中一般使用抗壓強度為30～40MPa流動性較好的普通混凝土（不摻粉煤灰）與自密實混凝土（高摻量粉煤灰）。
為研究自密實混凝土自收縮產生的力學影響，根據《普通混凝土力學效能試驗方法標準》（GB/T50081），本文試配出立方體抗壓強度為35～45MPa的普通混凝土和自密實混凝土，並研究水膠比對自密實混凝土強度和粉煤灰摻量對自密實混凝土早期強度影響。其中普通混凝土的坍落度為75mm～90mm，自密實混凝土坍落擴充套件度效能等級為SF1即550mm～650mm範圍，以滿足應用於構件截面較小或鋼筋較密的混凝土結構物的工程中。
2試驗概況
2。1試驗材料
⑴水泥：試驗採用普通矽酸鹽水泥（P·O42。5）其各項效能符合《通用矽酸鹽水泥》（GB175—2007）；
⑵粗骨料：試驗採用的瓜米石，最大粒徑不大於10mm，含水率為0。002；
⑶細骨料：試驗採用中粗砂，粒徑級配為2mm～5mm，含水率為0。004；
⑷減水劑：試驗採用MasterGleniumSKY8860高效能減水劑；
⑸粉煤灰：試驗採用Ⅱ級粉煤灰。
原材料表觀密度如表1所示。
2。2試驗配合比
依據《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55—2011）和《自密實混凝土應用技術規程》（JGJ/T283—2012）。本文設計了2組普通混凝土配合比（不摻粉煤灰）和4組自密實混凝土配合比（粉煤灰摻量為0。3～0。46），各組配合比的水膠比均不同，調整砂率以滿足流變效能，最後的抗壓強度需要達到設計要求，即標準立方體抗壓強度為35～45MPa。具體混凝土配合比設計方案見表2，其中C表示普通混凝土，S表示自密實混凝土，字母后面的數字1～4表示混凝土的組次。
2。3試驗過程
試件尺寸統一採用150mm×150mm×150mm的標準立方體試件，每組6個強度試件，根據《普通混凝土拌合物效能試驗方法標準》（GB/T50080），用坍落度和坍落擴充套件度來分別測定普通混凝土和自密實混凝土拌合物的流動性，如圖1和圖2所示。試件24h脫模後，淋水養護，直至7天和28天齡期後分別進行標準立方體混凝土試件抗壓強度試驗，以每組三個試件的7天和28天的平均抗壓強度為強度效能指標，如圖3所示。
3試驗結果
3。1強度預測
本次試驗中，分別在7天和28天齡期檢測到6種不同配合比混凝土試件的標準立方體抗壓強度值，其中S-3組試件在28天齡期間受到損壞，利用在砂率和膠凝材料不變或極為相似的情況下，混凝土強度與水膠比、膠凝材料實際強度等因素之間的線性經驗公式，參考S-1和S-2的配合比引數，對S-3組的28天抗壓
利用公式（1）對S-1和S-2組混凝土試件28天強度進行模擬，模擬結果表明28天強度預測值與實測值的相對誤差控制在1%以下，混凝土強度與水膠比呈明顯正線性關係。將S-3組的水膠比代入公式（1）中，預測S-3組混凝土試件28天的抗壓強度為37。04MPa。
C-1、C-2、S-1、S-2、S-3和S-4共5組混凝土試件的7天和28天齡期抗壓強度實測值及S-3組混凝土的7天齡期強度實測值和28天齡期強度預測值如表3所示。其中C-2組的28天齡期試件受到輕微破壞，強度值受到影響。
3。2抗壓強度結果分析
根據表2和表3的資料繪製圖4自密實混凝土的標準立方體強度與時間的關係曲線、圖5各齡期的S-1、S-2和S-3組試件水膠比與抗壓強度的關係曲線和圖6試件粉煤灰摻量對混凝土強度比的影響曲線。強度比是指同種配合比試件中7天齡期與28天齡期的抗壓強度之比。
⑴自密實混凝土在各齡期的抗壓強度隨著水膠比降低而增大。
圖4中，在28天抗壓強度時，水膠比每降低1%，自密實混凝土試件平均升幅2。6%。原因是在膠凝材料用量相同的條件下，混凝土的強度主要取決於水膠比，低水膠比的混凝土拌合物遊離水分少，一方面減小了骨料顆粒間的空隙，另一方面減少了拌合物硬化後留下的氣孔或通道，提高了混凝土的密實度，從而提高了混凝土抵抗荷載的有效斷面，強度因而顯著提高。
⑵隨著水膠比的降低，自密實混凝土強度的增大幅度在減少。
在圖5的7天抗壓強度曲線中，水膠比在0。46～0。42時，自密實混凝土抗壓強度平均上升8。03%；水膠比在0。43到0。42，抗壓強度平均上升2。16%。這主要是當水膠比過小時，用水量減少，混凝土拌合物會幹稠，流動度大大降低，水泥不易與水充分水化，水化產物生成量增長速率減緩，混凝土強度增加減緩。
⑶粉煤灰摻量會不同程度地影響混凝土的早期強度。
由圖6可知，隨著粉煤灰摻量的增加，試件的強度比先是緩慢上升，然後大幅度下降。粉煤灰摻量在0～0。3內，混凝土強度比在0。8以上；當超過0。3時，隨著摻量增加1%，混凝土強度比平均下降幅度為1。19%。粉煤灰摻量過大的混凝土早期強度較低的原因是粉煤灰活性較低，水泥水化反應生成的Ca（OH）2與粉煤灰中的SiO2、Al2O3等發生二次水化生成了水化矽酸鈣和水化鋁酸鈣，水化產物填充顆粒間空隙，但粉煤灰水化反應速率很低，研究表明摻粉煤灰的混凝土在180天時約有20%粉煤灰參與二次水化反應，混凝土強度增長速率極為緩慢，導致粉煤灰摻量較高的試件早期強度均較低的現象。
4結語
根據以上研究生創新試驗，得到水膠比對自密實混凝土強度和粉煤灰摻量對自密實混凝土早期強度影響如下：
⑴根據設計強度35～45MPa，配合比選用普通混凝土的水膠比為0。49，自密實混凝土水膠比為0。43，粉煤灰比例為0。46；
⑵隨著水膠比降低，自密實混凝土抗壓強度增大，但增大的幅度在減少；
⑶粉煤灰新增會不同程度地影響混凝土的早期強度，當摻量低於30%，對早期強度影響不明顯。（來源：《廣東建材》2020。02）
