自密实混凝土全计算法配合比设计.pdf

第 3 9卷第 6期 2 01 2年 6月 建筑技术开发 Bui l d i ng Te c hn i q u e De v e l o p me n t Vo 1 3 9， No 6 J u n 2 01 2 自密实混凝 土全计算法配合 比设计 谢超 郭奇 吴焕娟 ( 1 北 京港 源建 筑装饰 工程 有 限公 司 ， 北 京 1 0 2 2 1 1 ； 2 北 京市建 筑 工程 研 究 院有 限责 任公 司， 北京 市建设 工程质 量 第一检 测所 北 京 1 0 0 0 3 9 ) 摘要 目前缺乏有效 的 自密 实混凝 土配合 比设计方 法 ， 给 S C C的推广应用造成巨大困难。因此 ， 仍然需要在这些 研 究 的基础上做深入探讨 和分析 ， 以便设计 出一套更有效 的 S C C配合 比方法 。在 研究 国内外各种 配合 比理 论 的基础 上 ， 通过试验重点研究相对成熟 的配合 比方法 全计算法 对 S C C配制 的适用性 。 关键词 自密实混凝 土 ； 配合 比； 全计算 法 中图分 类号 T U 5 2 8 0 6 2 文献 标志码 A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 2 ) 0 6 - 0 0 3 3 0 3 自密实 混 凝 土 ( s e l f c o m p a c t i n g c o n c r e t e或 s e l f c o n s o l i d a t i n g c o n c r e t e ， 缩 写 为 S C C) 具 有 高 流 动 度 、 抗离析性 、 均匀性 、 稳定性和 自填充性 ， 浇筑时依靠 其 自重 流动 ， 无需 振 捣 而 达 到 密实 。 自密实 混 凝 土 硬 化后 的性 能 ， 诸 如强 度 、 尺 寸稳 定性 、 抗 渗 性 、 耐 久 性 及表 面性 能等 均 比相 同水 灰 比的振 实混凝 土有 所 改 善 和提高 。它具 有 以下优 点 ： 1 ) 明 显 改善 混 凝 土 的施 工性能 和 降低 劳动 成 本 ； 2 ) 有 利 于 改善 混 凝 土 工 程 的施工 环 境 ， 减 少 噪 音 对 环 境 的污 染 ； 3 ) 可 以 提高 劳动生 产率 并降低 工程 费用 。 目前用 于 S C C的配合 比设计 方 法 主要 有 ： 全 计 算 法 、 固定砂 石 体 积法 和纯 粹 的 经验 法 。国 内外 研 究 者 们根据 试验 、 经 验 和 一定 的数 学 方 法 提 出 了许 多配合比， 但是这些配 比比较零散 ， 而且一般只对配 合 比的设计 提 出一些 原则 而较少 对配 合 比进行 详细 的介 绍 ， 或 者缺 乏如 同普 通 混凝 土 配 合 比设计 那 样 的普 遍适应 性 。 同时 由于原材料 和 配制工 艺 以及工 作性 评价方 法 的差 异 ， 人 们 得 到 的配 合 比数 据差 异 较大 ， 进行试 验 验 证 时重 复 性 差 。缺 乏 有 效 的 自密 实混凝土配合比设计方法 ， 给 S C C的推广应用造成 巨大困难。因此， 仍然需要在这些研究 的基础上做 深入 探讨 和分 析 ， 以便 设 计 出一 套 更 有效 的 S C C配 合 比方法 。 本 文在 研究 国 内外 各种 配 合 比理 论 的基础 上 ， 通过 试验 重点研 究相 对成 熟 的配合 比方法 全计 算法 对 S C C配制 的适用 性 。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 31 5 作者简介 ： 谢 超( 1 9 8 2 一 ) ， 本科 ， 从事建筑施工技术管理工作 。 1全计 算法 1 1 基 本理 论 全 计算 法 的基 本 观 点 如 下 ： 1 )混 凝 土 各 组 成 材 料 ( 包 括 固 、 气 、 液三 相 )具 有体 积 加 和性 ； 2 )石 子 的空 隙 由干 砂 浆 填 充 ； 3 )干砂 浆 的 空 隙 由水 填 充 ； 4 )干 砂浆 由水 泥 、 细 掺 料 、 砂 和 空 气 孔 隙 所 组 成 。普 遍 适 用 的混 凝 土 体 积 模 型 建 立 如 图 1 所示 。 J L l l g 0 r l f 1 f 图 1 普 遍 适 用 的 混 凝 土 体 积 模 型 图 中 ： V o 一 浆 体 体 积 ( L ) ； V 。 一 千 砂 浆 体 积 ( L ) ； L 用水量 ( L或 k g m ) ； V 一 空气 体 积 ( L ) ； 一 水泥体积 ( L ) ； V 一细粉料体积 ( L )； V 一砂子 体积 ( L )； V 。 一 石 子体 积 ( L ) 。其 中 的确定 是 根 据美 国 P K Me h t a和 P C A i t c i n教授的观点 ， 即使 H P C同时达 到最佳 的施 工 和易性 和 强 度性 能 ， 其 水 泥浆与骨料 的体积 比应为 3 5 ： 6 5 ， 故取 =3 5 0 L 。 的确定根据基本观点 ， 即干砂浆体积刚好等于石 子 的孑 L 隙 ， 故 取 ， ，、 V 。 = 1 O 0 0 P=1 0 0 0 f 1一 l ( 1 ) Pc， 其 中 P 。 和 p 分别 为石子 的视 密度 ( k g L ) 和堆 33 厂 L 厂 L 第 6期 谢超 ， 等： 自密 实混凝土全计算法配合 比设计 第 3 9卷 积密 度 ( k g L ) 。 1 1 计 算过程 全计算法的计算过程如下 ： 1 ) 试 配强度 ： = +1 6 4 5 0 - ( 2 ) 2 ) 水胶 比： 根据水 灰 ( 胶)比定则 ， 求水胶 比。 参 数 A 、 B取值见 表 1 。 = ( 一 B ) ( 3 ) 表 1 参数 A、 B取值 3 ) 用水 量 ： V e- V a ( 4 ) 式中： p 。 为水泥密度 ， p 为掺合料密度 ， 为掺合料在 胶凝材料中的掺量 ， 按照 P K Me h t a和 P C A i t c i n 教授 的假设 ， 在 HP C中 V ： V =7 5 ： 2 5 ， 则 =2 5 ， 取 1 0 L ( 按含气 量 为 1 ) 。 4 ) 胶 凝材 料用 量 ： c =c+F A= ， 通 过 W 超细掺合料的掺量 ， 算出 F A等。 5 ) 砂率及集料用量 ： S p = ( 一 +W) v ( V 。 一V +W) p +( 1 0 0 0一V o 一w) p l 0 o ( 5 ) S = ( 一 +W) p ， G =( 1 0 0 0一 。 。 一w) p ， 式 中 ： D为混 凝 土密度 ( 2 3 6 0 2 4 4 0 k g m ) 。 6 ) 减水 剂 ： 由于 减水剂 减水 率 和对 S C C工 作性 能 的影响 各不相 同 ， 本试验 通过 经验调 整其 掺量 。 1 2配 合 比设 计 鉴 于全 计 算法 的计 算过 程 都相 当烦琐 ， 本 文 通 过 V i s u a l B a s i c编程 实 现其 配 合 比设计 和调 整 过 程 的 自动化 ， 其 功能 如下 ： 1 ) 配合 比计算功能 ： 进入该界 面( 程序界面见 图 2 ( a ) ) 后依 次输 入 ： 基本参数 ： 混凝土强度标准值 ： 1 01 0 0 ； 水泥实 测强度 ， 单位 MP a ； 粉煤灰含量， 单位 ； 选择粗集料 类 型 ： 碎 石 和卵石 ， 默认 为碎 石 。 材料密度参数 ： 水泥密度 ； 细集料密度 ； 粉煤灰 密度 ； 粗集料视密度和堆积密度 3 4 完成输入后按“ 计算初始配合 比” 键 ， 获得 S C C 初 始配合 比。 2 ) 配合 比调 整功 能 该功 能将 水 泥量 、 水 灰 比 ( 水 胶 比) 、 砂 率 和粉 煤 灰含量作 为输 入 控 制量 ， 实 现 对 已知配 合 比调整 和 优化 。进入该 界 面 ( 程 序界 面 见 图 2 ( b ) ) 后 依 次 输 入 ： 基本参数 ： 每方 S C C水泥量 ； 水灰 比 水胶 比； 砂 率 ； 粉 煤灰 含量 材料 密度 参数 ： 水泥密 度 ； 细集料 砂密度 ； 粗集 料 石密 度 ； 粉 煤灰密 度 完 成输 入后按 “ 计 算初 始 配合 比” 键 ， 获 得 S C C 初 始配 合 比。 ( a ) 全计算法计算软件 ( b) S C C 配合比调燕软件 图 2 S C C 配合 比设 计 软 件 界 面 1 3配 合 比 试 验 配合 比试验采用材料 ： 水泥 ： 琉璃河水泥厂生产 的 4 2 5普 通硅 酸 盐水 泥 ， 比表 面积 、 标 准 稠度 需 水 量 、 3 d和 2 8 d抗 压强 度 、 抗 折强 度 、 初 凝 终 凝 时 间及 安 定性 等均满 足要 求 ； 掺 加南热 I 级低 钙 粉煤灰 ； 河 砂 ， 按 J G J 5 2 9 2检测 细度模 数为 2 5 7 ， 0 3 1 5筛 余 量 2 2 ， 含泥量 1 5 ； 石 按 J G J 5 3 9 2检 测为 5 2 0连续级配 ， 含泥量 0 9 ； 采用聚羧酸系高效减水 剂 ， 减 水率 2 5 3 5 。 本研究过程 中一律采用自密实混凝土设计 与 施工指 南( 中国土木 工 程学会 标准 C C E S 0 2 2 0 0 4 ) 推荐的方法 即将 L型仪与坍落扩展度相 结合的方法 ， 来综合评定 S C C的工作性能 。通过对 全 计算 法 的试 验研 究 ， 发 现 该方 法 可 配 制 出性 能 达 标 的 S C C， 因此本 文按 照上述 步骤 ， 计算 出几组 配 合 比进行试 配 、 反 复 调配 ， 评 价 其 工 作性 能 ， 检 验 其 强 度 ， 从中选择出符合设计要求 的合适 的配合 比。表 2为 通过试 验优选 出的 C 3 0 C 6 0 S C C配 合 比参 数 。 (下转 第 3 7页 ) 第 3 9卷 陈文志 ： 商品混凝 土( 泵送) 裂缝 的产生原 因与防治措施 第 6期 缩混凝土 ) ， 在一些楼面屋面使用膨胀剂混凝 土仍 出现裂缝 ， 其根 源就 在 于没能 进行 良好保 湿养 护 。 2 2 6 控 制 内外 温差 和环境 温 差 温差 应力 产 生裂 缝 。对 于温 差 收 缩裂 缝 ， 施 工 单位 往往 只 注重名 义 上 的大体 积 混 凝 土 ， 而 忽 视 其 他结 构 ， 只重 视混凝 土 内外温 差 ， 忽视环 境温 差 。对 于大体积混凝土 ， 美 国混凝土协会定义 ： 任意体积的 混凝土 ， 其尺寸大到足 以必须采取措施减少 由于体 积 变形 引起 的裂 缝 ， 统 称 为 大体 积 混 凝 土 。真 正 的 大体积混 凝土 ， 如厚大 的地下室底 板 ， 由于厚度 大 、 抗 拉力大 ， 即使内部温度很高也很少出现裂缝。规程规 定 内外 温差不宜大 于 2 5 ， 否则应采 取降温措施 。 2 3 设 计 方 面 混凝 土结 构 的开 口和变截 面处 容易 开裂 应增 加 配 筋 ， 有 温度 、 湿 度 应 力 的结 构 应 适 当增 加 构 造 配 筋 ， 要大 于最小 配 筋 量 。在 混 凝 土 结构 设 计 中应 尽 力减少约束。 2 4现 场混凝 土试 块制 作 出现混 凝 土 质量 事 故 ， 往往 由于 混凝 土试 件 检 测 达不 到设计 强度 等级 ( 不 合格 ) 引 起 的 ， 而对 结 构 进行 混凝 土 强度 回弹 、 超 声 回弹或 钻芯 检验结 构 ， 对 施 工方 总是不 利 的 。 因为施 工 不 同季 节 ， 如 冬 季 施 工 ， 无锡 1 2月平均气温 23 并有负温 出现， 夏 季施 工气 温 高 、 相对 湿度 低 ， 混 凝 土又不 能洒 水养 护 ( 如墙和柱) ， 结构混凝土强度肯定低于混凝土试件 标 准养护 的 2 8 d强度 ， 所 以出现 混凝 土试 件不 合 格 情况 ， 往往 本来 混凝 土 结 构 合 格 的 而被 误 判 为 不 合 格 ， 无锡 就有此 类经 验教 训 。因此 ， 施工 单位 应加 强 混凝 土试 件制 作 、 养 护管 理工 作 。 为 了防止 上 述 问题 发 生 误 判 ， “ 混 凝 土 结 构 工 程施 工质 量 验收 规 范 ” G B 5 0 2 0 4规 定 ： 除 混 凝 土试 件 2 8 d标 准养 护 强度 外 ， 1 0 1 3条 规定 ： 对 混 凝 土 强度应制作与结构 同条件养护的试件强度。制作的 混凝土试件 1 d拆模应 即时送委托检验试验室标准 养 护 ( 3 d之 内最 为 重 要 ) 。如 未 能及 时送 出 ， 各施 工单位应砌水池 ， 4 1 0月气温， 混凝土试件拆模可 立 即放人 池 中养护 ， 然后 及 时送检 。 3 结语 混 凝 土 的收 缩是 客 观 存在 的 ， 为 了防止 混 凝 土 结 构 出现开 裂 ， 应从 混凝 土生 产 、 施 工及 结构设 计 等 方 面采 取防 治措施 。而施工 环节则 是避 免混凝 土 出 现 裂缝所 在 ， 务必 引起 每一位 施工 人员 的高度 重视 。 1 ) 混 凝 土生产 应采 用小 的 W C和低 水 泥用量 ， 尽量减少混凝土中砂浆的比例。对水泥不宜采用细 度 过细 的水 泥 ， 骨 料 要 选用 含 泥 量 低 、 强 度 高 、 变形 小 的石 子 ， 如 石灰石 ， 尽 量不 用砂 岩 。细骨料 宜用 级 配 良好 的 中砂 。 2 ) 混 凝 土 施 工 应 采 用 正 确 的振 捣 和 养 护 方 式 及二次振捣和多次抹 面， 这是消除塑性收缩裂缝的 关 键措施 。此外对 采用 膨胀 剂 的补偿 收缩 的混凝 土 更 要注 意保湿 养护 ， 才 能发挥 其作 用 ， 否则反 而适得 其反。对于由于环境温湿度差而有可能引发裂缝的 板 式结构 ， 要 注意 降低 板两侧 的温 湿度 差 。 3 ) 设 计 除 采 取 措 施 防 止 不 均 匀 沉 降 而 产 生 的 结 构裂缝 ， 还 要在 窗角 、 拐角 或变截 面处 等易 发生 裂 缝的薄弱部位适当的增加构造钢筋 ； 适 当的提高楼 板 、 墙板 的配 筋率 ， 在配 筋率 不变 的情况 下应 采取 细 而 密 的配 筋方 法 。 ( 上接 第 3 4页) 表 2 掺聚羧酸减水剂 C 3 0 - C 6 0 S C C配合比 水 罢 ( ks m ) 荔 2结论 与展 望 1 ) 通 过 V i s u a l B a s i c编 程 实 现 全计 算 法 配 合 比 设计 和调 整过 程 的 自动 化 。 2 ) 通过全 计算法 初配合 调配 ， 配 制成 功一 系 列 工作 性 能 良好 的 C 3 0C 6 0 S C C 。试 验 结 果 证 明 ， 全 计 算法 可 以适 用 于 S C C配 合 比设 计 、 试 配 和 调 试 。 参 考 文 献 1 郭奇 自密实混凝土 制备方 法及收 缩性能研 究 D 北京 ： 北京 工业大学 ， 2 0 0 8 2 新 颖 的 混凝 土配 合 比设 计 方 法 ， 浅 介 现 代 混凝 土 配 合 比设 计全计算法 J 膨胀剂与膨胀混凝土 ， 2 0 0 6， ( 1 ) ： 1 61 8 3 全计算法 组织 商 品混凝 土配 合 比系统设 计 J 商 品混 凝土 ， 2 0 0 6。 ( 2)： 11 2 37