C40钢管自密实混凝土的配比设计与性能研究

C40钢管自密实混凝土的配比设计与性能研究
刘育成;徐清;周曾洪
【摘要】Starting from four aspects of powder material,coarse-fine aggregates,admixture and water,the paper analyzes the impact of raw ma-terial upon self-compacting concrete performance,studies the preparation methods of C40 steel-tube self-compacting concrete,and illustrates its performance testing process,and finally draws some meaningful conclusions.%从粉体材料、粗细骨料、外加剂、水四种原材料入手，分析了原材料对自密实混凝土性能的影响，研究了C40钢管自密实混凝土的配制方法，并对其性能试验过程作了阐述，通过试验得出了一些有意义的结论。

【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2014(000)024
【总页数】3页(P120-121,122)
【关键词】自密实混凝土;配制;性能;试验
【作者】刘育成;徐清;周曾洪
【作者单位】昆明理工大学土木工程学院，云南昆明 650500;昆明理工大学土木工程学院，云南昆明 650500;云南省建工集团第五建筑公司，云南昆明 650000【正文语种】中文
【中图分类】TU528
近年来发展起来的一种以高工作性为其突出特点的高性能混凝土——自密实混凝土，满足了复杂形状、配筋密集、不易振捣以及在各种特殊情况下建筑施工的苛刻要求。

由于不用或少用振捣，混凝土不易离析，有利于耐久性的提高，可降低噪声，减少环境污染，节省劳动力，提高经济效益，加快施工速度，当用于难以浇筑甚至无法浇筑的部位，可避免振捣不足而造成的蜂窝、空洞、麻面等质量缺陷。

自密实混凝土的材料成本要略高于普通混凝土，成为应用自密实混凝土的主要障碍。

论文进行了C40钢管自密实混凝土的配制及性能研究，其目的是通过选材、优化配比，研究C40自密实钢管混凝土，使其在各方面性能都能满足施工技术要求的前提下，经济效果较好。

1 原材料对自密实混凝土性能的影响
1.1 粉体材料
在自密实混凝土中可以使用的粉体除了水泥外，还包括粉煤灰、磨细高炉矿渣、磨细石灰石粉和硅灰等矿物掺合料。

1.1.1 水泥
选用云南国资水泥厂生产的42.5普通硅酸盐水泥，其性能指标如表1所示。

表1 云南国资水泥厂42.5普通硅酸盐水泥性能指标密度g/cm3初凝min终凝min 体积安定性标准稠度用水量/%抗压强度/MPa抗折强度/MPa 26.8 18.0 46.0 4.2 7.6 3 d 28 d 3 d 28 d 3.12 195 375 合格(雷氏法)
1.1.2 矿物掺合料
在实际工程应用中，粉煤灰是最常用的自密实混凝土矿物掺合料。

品质优良的粉煤灰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，并且可以提高混凝土的后期强度和耐久性。

本文选用昆明阳宗海火力发电厂的Ⅱ级粉煤灰，其性能指标如表2所示。

表2 Ⅱ级粉煤灰性能指标 %等级指标细度(45 μm方孔筛筛余)需水量比烧失量含水量三氧化硫Ⅱ(标准) ≤25 ≤105 ≤8.0 ≤1.0 ≤3.0Ⅱ(试验)17 103 6.0 0.8 1.6 1.2 粗细骨料
生产自密实混凝土一般采用第Ⅱ级配区的中砂较为适宜。

本文采用山砂和机制砂按6∶4比例混合，混合后砂的性能指标如表3所示。

由于自密实混凝土常常用于薄壁构件、密集配筋等场合，所以粗骨料的粒径不宜过大，否则将影响混凝土的间隙通过性。

本文选用5 mm～20 mm粒级碎石，其性能指标如表4所示。

表3 混合砂的性能指标表观密度/kg·m－3松堆密度/kg·m－3空隙率/%含泥量/%细度模数级配2 610 1 430 45.2 0.7 2.3 Ⅱ区注:山砂∶机制砂=6∶4
表4 石子性能指标表观密度kg/m3松堆密度kg/m3空隙率%含泥量%骨料公称
粒径骨料颗粒级配2 705 1 480 45.3 0.2 5 ～20 连续级配，良好注:本次所用的
石子为:m5～10∶m10～20=6∶4的石子
1.3 外加剂
1.3.1 高效减水剂
一般情况下，配置自密实混凝土优先选用聚羧酸高效减水剂。

本文选用PCA聚羧酸高效减水剂，掺量为1.5%。

其性能指标如表5所示。

表5 PCA聚羧酸高效减水剂的性能指标减水率%泌水率比%凝结时间/min 抗压强度比收缩比初凝终凝含气量%1 d 7 d 14 d 28 d %167.2 167.2 102.4 28.8 20.6 668 1 032 1.2 ——
1.3.2 膨胀剂
由于混凝土在凝结硬化的过程中会有收缩，所以，为了避免收缩引起受力的不利情况，在拌制自密实混凝土的过程中除了加入高性能减水剂外，还加入膨胀剂以避免收缩。

加膨胀剂的另一个原因就是在混凝土凝结硬化的过程中微膨胀，使钢管对混
凝土事先就施加了一个力进行约束，使得二者联合工作的可能增大，这就相当于是事先施加了一定的预应力一样，还可以提高结构构件的承载力。

本文选用JM膨胀剂，其性能指标如表6所示。

表6 JM膨胀剂的性能指标掺量/% MgO含量/% 碱含量/% 凝结时间/min 限制膨胀率/%初凝终凝减水率7 d 21 d %10 2.17 0.32 405 511 0.040 0.003 5—
1.4 水
自密实混凝土的拌合用水与常规混凝土一样，按行业标准JGJ 63-89混凝土拌合
用水标准的规定执行。

2 自密实混凝土的配制及性能实验
2.1 自密实混凝土的基准配合比
一般规定:自密实混凝土的设计宜采用绝对体积法。

自密实混凝土的水胶比宜小于0.45，胶凝材料宜控制在400 kg/m3～355 kg/m3。

钢管自密实混凝土配合比设计时，必须采取减少收缩的措施。

本文自密实混凝土的基准配合比参照CECS
203-2006，JGJ 55-2011进行。

2.2 试验所用配比及性能检测结果
试验所用配比及性能检测结果分别如表7及表8所示。

2.3 试验结果分析
1)配比参数对和易性的影响。

根据表9试验结果可得，砂率为45%，水胶比0.33，水粉比(体积比)1.00 ～1.03，单位粗骨料绝对体积0.33～0.34，粉煤灰掺量
10% ～30%，外加剂掺量1.5%，自密实混凝土拌合物的和易性能可满足施工要求。

表7 钢管自密实混凝土试验配比序号水胶比(理论)水粉比(体积)单位粗骨料绝对体积砂率%单位体积材料用量/kg水泥粉煤灰碎石砂外加剂混合砂水减水剂膨胀剂配比一 0.33 1.02 0.34 44.5 370 159 920 738 171.8 7.93—配比二 0.33 1.02
0.33 45.2 370 159 893 738 171.8 7.93 52.88配比三 0.33 1.01 0.34 44.5 417
100 920 738 200.0 7.93—配比四 0.33 1.03 0.34 44.5 483 50 920 738 200.0 7.93—
表8 各种配比物理力学性能检测结果序号粘聚性保水性坍落度mm扩展度mm T50 s收缩/膨胀/mm强度/MPa 3 d 7 d 14 d 28 d配比一好好233 685 17 －0.019 23.8 31.0 35.3 43.5配比二好好245 675 18 +0.32 15.0 24.3 34.7 43.8配比三好好 245 603 13 －0.021 28.5 ——50.1 47.7配比四好好 248 665 17 －0.026 32.3 ——
原因分析，砂率对和易性的影响:在水泥浆数量一定的情况下，砂率过小时虽然颗粒间有足够的水泥浆层，但由于砂少石子多，砂与水泥浆组成的砂浆数量不够填满石子颗粒间的间隙，更不能在石子表面形成足够的润滑层，因而会降低拌合物的流动性。

因此，该次实验的砂率变化不大，都基本保持在45%左右。

水粉比对和易性的影响:当理论水胶比不变的情况下，水粉比越大流动性越好，但是当水粉比较小时会影响拌合物的粘聚性、保水性。

粉煤灰掺量对和易性的影响:当粉煤灰的掺量较高时，拌合物的粘聚性、保水性都很好，但是流动性会稍微差一些。

2)粉煤灰掺量对自密实混凝土收缩的影响。

在粉煤灰掺量不同的情况下，混凝土的收缩也不同。

粉煤灰掺量对混凝土收缩的影响情况如表9及图1所示。

粉煤灰的水化反应很慢，它在混凝土中相当长的时间内以固体微颗粒存在，具有填充骨料空隙的作用，可以提高混凝土的密实性。

所以，在一定的范围内，对于常规混凝土，当粉煤灰的掺量越多时收缩越小。

表9 粉煤灰掺量对形变的影响粉煤灰掺量/% 30 25 20 10形变量/mm －0.008 －0.019 +0.032 －0.021 －0.026注:其中“－”表示收缩，“+”表示膨胀(加膨胀剂)
图1 粉煤灰的掺量对混凝土收缩的影响
3)粉煤灰掺量对强度的影响。

当其他配比参数(如水胶比、砂率、单位用水量、减
水剂掺量、单位粗骨料绝对体积)基本不变时，粉煤灰掺量由30%调到10%，对混凝土强度的影响如表10，图2，图3所示。

当粉煤灰掺量超过30%时，混凝土早期强度和后期强度都会受到影响。

表10 不同粉煤灰掺量对混凝土强度的影响粉煤灰掺量/% 30 25 20 10强度/MPa
3 d 14.2 23.8 28.5 32.3 28 d 42.48 43.56 47.7 50.04
4)膨胀剂对自密实混凝土物理力学的影响。

比较配比一和配比二，其他配比参数(如水胶比、砂率、单位用水量、减水剂掺量、单位粗骨料绝对体积)不变时，膨胀剂的加入对自密实混凝土的收缩及强度影响结果如表11，表12，图4所示。

图2 粉煤灰掺量对混凝土早期强度（3 d）的影响
图3 粉煤灰对混凝土28 d强度的影响
表11 加膨胀剂与不加膨胀剂的收缩比较是否加膨胀剂否是形变/mm 28 d 7 d
28 d－0.019 +0.32 +0.34注:“－”代表收缩，“+”代表膨胀
表12 加膨胀剂与不加膨胀剂对混凝土的强度影响强度/MPa 是否加膨胀剂否是3 d 23.8 15.0 7 d 31.0 24.3 14 d 35.3 34.7 28 d 43.5 43.8
图4 加膨胀剂与不加膨胀剂对混凝土强度的影响
3 结语
1)为了保证自密实混凝土的和易性、自密实性等，材料的选用很重要。

尤其是砂石的选用。

石子在选用时不应该选用粒径太大的，一般不超过25 mm，通常都用5 mm～20 mm的。

砂子一般用中砂，这样的砂子能与石子镶嵌密实，能有效的保
证混凝土的密实度及强度。

同时，为保证流动性，河砂机制砂和山砂效果好。

2)自密实混凝土是一种高流动性的混凝土，对于用水量十分的敏感。

在不同的季节、一天不同的时候对于用水量都是不同的。

3)对于自密实钢管混凝土必须加入膨胀剂。

使得自密实混凝土在硬化过程中发生膨
胀，二者在硬化过程中就相互挤压，形成像预应力构件一样的构件，有利于提高结构的安全性。

4)膨胀剂掺量在10%的情况下，混凝土早期的强度发展会受到影响，但是后期几乎没有影响。

参考文献:
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