[摘要]本文根据灌注桩混凝土泵送施工的需要，通过技术论证试验，配制出低胶材用量C25自密实混凝土。
1 说明
在某工程基础灌注桩施工方案中要求采用后压钢筋笼的施工工艺，由于钻孔时间较长、后插钢筋、单桩间隔时间不确定、混凝土输送管高温停滞暴晒以及场地和扰民等其他不可预见的因素，这项施工工艺本身进入《混凝土泵送施工技术规程》的多项禁区，为使混凝土灌注得以顺利进行，针对本工程各方经过审慎研究，提出配制超流态、超长保塑、高保水、高抗离析、设计强度等级为C25的细石自密实混凝土。具体技术指标见表1。 表1 C25细石自密实混凝土工作性能指标参数
| 出机 | 1h | 5h | 初凝时间(min) | 终凝时间(min) |
| 坍落度（mm） | 扩展度（mm） | 中边差（mm） | 坍落度（mm） | 扩展度（mm） | 坍落度（mm） |
| ≥250 | ≥650 | ≤35 | ≥240 | ≥550 | ≥180 | ≥540 | ≤780 |
2 原材料选择及性能
2.1水泥
本试验采用北京拉法基P.O32.5，主要性能指标见表2。
表2 水泥主要性能指标
| 品种 | 细度% | 稠度% | 凝结时间h：min | 抗折强度MPa | 抗压强度MPa | SO3% | MgO% | 烧失量% |
| 初凝 | 终凝 | 3d | 28d | 3d | 28d |
| P.O32.5 | 0.2 | 28.2 | 2:40 | 3:42 | 4.6 | 6.7 | 21.0 | 46.1 | 2.44 | 2.40 | 2.92 |
2.2矿物掺合料
(1)粉煤灰：山东德州I级，性能指标见表3。
表3 粉煤灰性能指标
| 产地 | 细度% | 需水量比% | 烧失量% | SO3含量% | 碱含量% |
| 山东德州 | 7.6 | 93 | 4.83 | 0.30 | 1.09 |
(2)磨细矿粉：北京瑞德S75级，性能指标见表4。
表4 磨细矿粉性能指标
| 产地 | 密度g/m3 | 比面积m2/kg | 活性指数(%) | 流动度% | SO3含量% | Cl-含量% | 烧失量% | 碱含量% |
| 7d | 28d |
| 北京瑞德 | 2.8 | 447 | 68 | 84 | 112 | 0.95 | 0 | 0.87 | 0.75 |
2.3砂
机制砂和天然特细砂，级配情况见表5。
表5 砂性能指标
| 砂品种及产地 | 细度模数 | 颗粒级配(分计筛余%) | 含泥量(%) | 泥块含量(%) | 石粉含量(%) |
| 9.50mm | 4.75mm | 2.36mm | 1.18mm | 600um | 300um | 150um | 筛底 |
| 密云特细砂 | 1.3 | 0 | 0 | 3 | 4 | 6 | 21 | 36 | 30 | 1.2 | 0.5 | 0 |
| 三河机制砂 | 3.5 | 0 | 0 | 36 | 20 | 21 | 11 | 7 | 4 | 0 | 0 | 4.0 |
2.4石
选用三河低碱活性的5~10mm细石。
2.5外加剂
天津希卡建材公司生产的聚羧酸高效减水剂Viscocrete3301。
2.5水
自来水。
3 配合比设计的基本思想
3.1聚羧酸外加剂在自密实混凝土中的作用
高效减水剂的减水率及与水泥和掺合料的适应性是配制自密实混凝土的关键。新型的聚羧酸系外加剂由于其与水泥颗粒间特殊的电荷排斥和空间阻隔作用，在掺量较低的情况下，混凝土扩展度及经时保持非常优良，保水性及和易性达到接近理想的状态，混凝土拌和物的内聚力大大增强，所以使低强度等级自密实混凝土的配制成为可能。同时由于在聚羧酸外加剂生产时可通过计算机调整主链和侧链的长度，满足新拌混凝土工作性、保持性能和粘度要求。由于主链并不将水泥粒子表面全部覆盖，因此未覆盖部分可进行水化，随着碱度的增加，破坏了电荷排斥和空间阻隔，水泥可迅速水化，所以此种类型的外加剂既有较长的工作保持性能，又不影响混凝土的正常凝结。
3.2矿物掺合料的叠加效应
配制自密实混凝土单独依靠水泥的活性来实现，不但增加了成本同时对混凝土的高性能的实现反而不利，特别是在中低强度等级自密实混凝土的配制中表现得更为明显。矿物掺合料具有优异的火山灰效应、“微珠”效应和填充密实效应，本次试验选用二种矿物掺合料按一定比例复合，利用“双掺”的超叠加效应来改善混凝土的流动性、微孔结构，空隙数量，从而达到自密实的效果。
3.3特细砂取代部分胶凝材料
自密实混凝土作为一种技术先进的高性能混凝土，它的配制需要一系列的先进技术措施，其中最重要的原理就是超塑化剂与相对高含量粉末材料的共同作用。目前由于自密实混凝土应用还未大面积的推广，填充集料堆积空隙所用的粉末材料基本上为水泥和粉煤灰、磨细矿粉等形成的胶凝材料浆体。一方面由于胶凝材料用量过大容易引起混凝土收缩值偏大，混凝土绝热温升偏高，对混凝土的裂缝控制和提高混凝土的耐久性不利，另一方面由于混凝土的成本过高，对自密实的推广应用产生不利影响，同时与国家提倡的大力发展循环经济，加快建设资源节约型、环境友好型社会的产业结构政策不协调。针对这一问题特别是中低强度等级自密实混凝土配制，采用资源丰富的水洗特细砂代替部分水泥和矿物掺合料，是很好的选择方向。
3.4C25细石自密实混凝土配合比计算
选取水胶比为0.40，在单方胶材总量为420kg/m3基础上，改变胶凝材料的掺加比例，具体配合比见表6。 表6 自密实混凝土配合比 kg/m3
| 配合比编号 | A1 | A2 | A3 |
| 水泥 | 160 | 200 | 240 |
| 粉煤灰 | 160 | 140 | 120 |
| 矿粉 | 100 | 80 | 60 |
| 胶材总量 | 420 | 420 | 420 |
| 细砂 | 200 | 200 | 200 |
| 机制砂 | 700 | 700 | 700 |
| 石（5-10mm） | 900 | 900 | 900 |
| 水 | 170 | 170 | 170 |
4 试验结果及分析
4.1拌合物工作性试验
自密实混凝土必须具备良好的工作流动性和一定的保持时间，同时在较大流动度的情况下混凝土不泌水、不板结。表7为工作性试验结果。
表7 混凝土拌和物工作性试验结果
| 配比编号 | 扩展度（mm） | 排空时间（s） | 中边差（mm） | 初凝时间(min) | 终凝时间(min) |
| 出机 | 1h | 5h | 7h | 出机 | 1h | 5h | 7h | 出机 | 1h | 5h | 7h |
| A1 | 750 | 750 | 600 | 400 | 6 | 6 | 9 | 15 | 5 | 5 | 12 | 20 | 612 | 768 |
| A2 | 750 | 750 | 620 | 400 | 6 | 6 | 8 | 15 | 5 | 5 | 10 | 20 | 600 | 738 |
| A3 | 780 | 770 | 650 | 450 | 5 | 5 | 7 | 13 | 5 | 5 | 8 | 14 | 576 | 732 |
从表中可以看出：所配制的自密实混凝土拌合物工作性完全满足技术指标要求。
①新拌混凝土的扩展度及经时损失：由于聚羧酸系高效减水剂的电荷排斥和空间阻隔作用，使新拌混凝土出盘时扩展度在750mm以上，5h后仍保持在620mm以上。
②混凝土的粘聚性：用倒置的坍落度筒测定混凝土拌合物的排空时间，5h后均在8秒之内，说明混凝土拌合物不泌水、不粘稠、不板结，即混凝土拌合物很“软”，对混凝土的泵送施工和自密实效果均有很大的帮助。
③自密实性能：混凝土拌合物通过倒置的坍落度筒流动停止后，中心高度与边缘高度之差为中高差。5h后中高差最大仅为12mm，说明混凝土和易性极好，具有优异的自密实性能，有利于混凝土灌注成型时的均匀分布和气泡的排出。
④混凝土初凝时间和终凝时间均满足工艺指标要求，说明所研制的自密实混凝土拌合物既有较长的工作保持性能，又不影响混凝土的正常凝结。
4.2自密实性能试验
用U型高差仪和L型高差仪进行混凝土的钢筋通过率试验，用配合比A1验证自密实性能的变化，结果见表8，从表中可以看出：5h后混凝土拌合物通过U型高差仪底部φ16@30钢筋流动基本停止时的时间均为80秒，高差仅为4mm，而且上表面石子均匀分布；混凝土通过L型高差仪底部的φ16@30钢筋自由流到40cm的距离时时间均为20秒左右，流动时砂浆包括着石子一起流动，流动停止后，前后水平高度差仅为5mm。说明所配制的混凝土拌合物具有优异的自密实性能。
| 配比编号A1 | 出机 | 1h | 5h |
| 高差（mm） | 时间（s） | 高差（mm） | 时间（s） | 高差（mm） | 时间（s） |
| U型仪 | 2 | 50 | 2 | 52 | 4 | 100 |
| L型仪 | 3 | 5 | 3 | 6 | 5 | 40 |
4.3混凝土强度试验
各龄期的抗压强度试验结果见表9，强度发展变化见图1。其强度发展较明显的规律如下：
图1 混凝土强度发展折线图
表9 混凝土强度试验结果
| 龄期 | A1 | A2 | A3 |
| 3d | 12.6 | 13.8 | 18.2 |
| 7d | 22.5 | 26.0 | 35.1 |
| 28d | 35.6 | 41.3 | 49.7 |
| 60d | 45.8 | 48.6 | 53.8 |
| 90d | 50.8 | 52.1 | 56.3 |
(1)28d标养强度均满足C25试配强度的要求，在保持胶材用量不变的情况下，随着水泥用量的增加，混凝土各龄期均有所增加。其中早龄期时增加较多，60d及90d后龄期时增加幅度较少。
(2)在胶材总量为420kg/m3、水泥用量仅160kg/m3的情况下，混凝土28d标养强度仍能满足C25自密实混凝土试配强度要求。
(3)C25自密实混凝土后期强度发展正常。
5 结论
5.1新型聚羧酸外加剂特殊的作用机理是配制C25灌注桩自密实混凝土的关键。
5.2矿物掺合料的叠加作用和特细砂作为粉料的填充作用对高性能C25自密实混凝土的配制起着重要作用。
5.3所配制的C25自密实混凝土拌合物具有优异的和易性和泵送性能。
5.4通过U型高差仪和L型高差仪试验表明，所配制的C25自密实混凝土拌合物具有优异的自密实性能。
5.5在胶材总量为420kg/m3、水泥用量仅160kg/m3的情况下，混凝土28d标养强度仍能满足C25自密实混凝土试配强度要求。
5.6低胶材用量配制自密实混凝土，混凝土的单方成本显著降低，有利于节约能源和环境的可持续发展。
参考文献
[1]张清.自密实高性能混凝土施工性能评价方法.《高强与高性能混凝土应用第三界学术论文集》.
[2]赵筠.自密实混凝土技术要点.《2003年北京市混凝土技术交流论文集》.
[3]冯乃谦.实用混凝土大全.北京：科学出版社，2001. 作者：聂法智 邢文琪 樊小燕 魏荣军 杨春茂
信息来源：豆丁网
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