一种高流态抗离析自密实混凝土

摘要

本发明公开了一种高流态抗离析自密实混凝土，该混凝土包括有如下成分：组分（立方用量kg/m³）：水泥240～290；矿渣粉80～110；粉煤灰50～80；细骨料860～915；粗骨料870～900；外加剂4.2～5.6；水170～185；细骨料为机制砂和特细砂的细度模数不小于2.4的混合砂；粗骨料为粒径为5～10mm的小卵石与粒径为10～16mm碎石按照质量比1:1混合的混合石子。本发明的高流态自密实混凝土应用时在自重作用下无须振捣而通过钢筋密集的狭窄间隙，同时保持良好的粘聚性，防止离析现象的发生，提高了工程质量和施工效率。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种无须振捣的高流态抗离析自密实混凝土。

背景技术

随着社会经济和建筑技术的发展，建筑形式越来越丰富，复杂异形现浇结构对混凝土材料及施工技术提出了更高的要求。自密实混凝土、自流平混凝土、免振捣混凝土等具有高流动性、粘聚性、抗离析性的混凝土材料成为新的焦点。目前，世界各国的研究者从不同的方面探讨了自密实混凝土的设计理论和方法，形成了基于不同原理或控制参数的自密实混凝土的多种配合比设计方法。不同的理论依据、不同的设计步骤，都会造成各参数的取值和意义上的较大差异。同样条件下，采用不同的设计方法，设计的自密实混凝土的性能也具有较大的不同。

某型现浇混凝土声学风洞为超大异型薄壁混凝土结构，洞体几何形状包括八棱柱体、八棱台体、四棱柱体、圆台体、不规则空间曲面体等及其截面型式的相互转换构成，结构斜面成35º~65º倾角，设计时采用薄洞壁（壁厚155mm）、密钢筋原则（双层双向钢筋Φ12+16mm@150mm），洞体梁、板、柱结合部位钢筋更密集，浇筑时无法振捣，如何保证该部位混凝土填充密实，且不离析、不泌水，考虑到风洞洞体结构的特殊性及混凝土成本等因素，研究一种适宜的自密实混凝土显得至关重要。

发明内容

本发明的目的在于满足工程施工材料和易性、免振捣的需求，提供一种高流态抗离析自密实混凝土。本发明的高流态抗离析自密实混凝土应用于大型声学风洞，在薄洞壁、密钢筋的复杂结构中实现了混凝土的免振捣施工，在源头上控制了混凝土离析、泌水，提高了工程质量。

为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

一种高流态抗离析自密实混凝土，该混凝土的成分包括：水泥、矿渣粉、粉煤灰、细骨料、粗骨料、外加剂和水，各成分的重量份数为：

水泥 240～290

矿渣粉 80～110

粉煤灰 50～80

细骨料860～915

粗骨料 870～900

外加剂 4.2～5.6

水 170～185；

所述的细骨料为机制砂和特细砂的混合砂，混合砂细度模数不小于2.4；所述的粗骨料为粒径为5～10mm的小卵石与粒径为10～16mm碎石按照质量比1:1混合的混合石子。

进一步的，所述的细骨料为机制砂和特细砂按照质量比6:4比例混合的混合砂，含泥量小于1.2%，泥块含量小于0.2%。

进一步的，所述的矿渣粉为S95级矿渣，比表面积480 ㎡/kg。

进一步的，所述的粉煤灰为一级粉煤灰，需水量比为94%，细度（0.045mm方孔筛筛余）为7.4%，烧失量为3.1％，含水量为0.4%，SO₃含量为0.79%。

进一步的，所述的外加剂为聚羧酸盐类减水剂。

进一步的，所述外加剂为TF-500聚羧酸盐类高性能减水剂，减水率为20.4。

本发明的有益效果是：

1） 本发明的混凝土就地临近取材，通过优选水泥、矿渣、粉煤灰、外加剂等原料，通过理论设计、试验研究、模拟应用配置出本发明混凝土，改善了混凝土的和易性（流动性、粘聚性、保水性），使得混凝土在复杂异型薄壁结构现浇过程中满足自动填充密实、免振捣的要求；同时有效了防止了混凝土的离析、泌水现象的出现，降低了混凝土质量缺陷的风险，保证了风洞洞体结构质量；

2） 本发明在粗骨料、细骨料的选择、比例上与其他混凝土不同，本发明的粗骨料采用粒径为5～10mm的小卵石与10～16mm碎石按照1:1比例混合的混合石子；细骨料为机制砂和特细砂的细度模数不小于2.4的混合砂，这样选用的粗、细粒骨料提高了混凝土的流动性、钢筋间隙通过率，同时良好的骨料级配能最大的保证混凝土的粘聚性、保水性，从原材料源头上最大限度的防止离析的出现；

3） 本发明选用减水率20.4%的高性能减水剂，稍微提高减水剂用量，减少混凝土的用水量，水胶比降低，大大提高了混凝土的流动性，同时使得混凝土具有高耐久性、高强度性能。

具体实施方式

下面结合具体的实施例来对本发明的高流态抗离析自密实混凝土做进一步的详细阐述，力求从理论设计、试验研究和模拟应用方面来更为清楚的理解本发明，但不能以此来限制本发明的保护范围。

混凝土工作性主要通过以下指标评定：坍落度、塌落扩展度主要反应流动性；扩展时间Tj500主要反映拌合物的黏性；L型仪试验的阻滞率H2/H1 (H2表示混凝土在L型仪后槽远端的高度， H1表示混凝土在L型仪后槽近端的高度)指标反映间隙通过性和抗离析性；U型仪试验结果可以反映混凝土的间隙通过能力和充填能力；J型环试验可以反映混凝土的填充能力和通过能力。规范中常用的自密实混凝土工作性评价指标见下表。

本发明针对混凝土中水泥、水胶比、骨料、砂率、胶凝材料组成（粉煤灰掺量、矿渣掺量、不同量石灰石粉替代粉煤灰、不同石灰石粉细度）、外加剂（减水剂、膨胀剂）的选取与配制，都会极大的影响到最终拌合物的性质，进而影响混凝土的施工质量。运用单一变量法，研究各参数对混凝土工作性的影响。经过多次的工作性试验对比，综合考虑各组成参数的影响，确定优化的配合比为：

组分 立方用量kg/m³

水泥 240～290

矿渣粉 80～110

粉煤灰 50～80

细骨料 860～915

粗骨料 870～900

外加剂 4.2～5.6

水 170～185

本发明通过选取较低的水胶比，利用机制砂和特细砂的混合砂作为细骨料，采用粒径为5～10mm的小卵石与粒径为10～16mm的碎石按照质量比1:1比例混合的混合石子作为粗骨料，提高了混凝土的流动性、钢筋间隙通过率；合理优化矿渣和粉煤灰品种、掺量，引入高性能减水剂，对混凝土粘聚性、保水性提升起到一定作用。

实施例1

以下是本发明的混凝土在现浇混凝土声学风洞工程施工中配置了一个具体的C30混凝土配合比设计（编号为SCC的配合比），为方便对比普通混凝土与自密实混凝土的配合比差异，在下表中也列出了对应普通混凝土的配合比（编号为NC的配合比）。

表2

水泥：

SCC和NC混凝土原材料中水泥均选用北川中联水泥有限公司生产的 P•O 42.5R早强型普通硅酸盐水泥，其含石膏6%、石灰石粉6%、矿渣10%、助磨剂0.06%、比表面积373～388㎡/kg，3d抗压强度33.9MPa，28d抗压强度52.7MPa。

细骨料：

机制砂：是岩石经除土开采，通过制砂机和其它附属设备机械破碎、筛分制成的砂子，成品更加规则，可以根据不同工艺要求加工成不同规则和大小的砂子，更能满足日常需求。机制砂通常是粒径在4.75 mm以下，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。本实施例中机制砂为四川涪陵产机制砂，表观密度2690kg/m³，石粉含量7.2%（MB=0.7），细度模数2.5，粒径为0.30～4.75mm、粒径级配良好。

特细砂：按《建筑用砂》(GB/T 14684)规定方法检验所得细度模数为0.7-1.5的天然河砂。本实施例中的特细砂，含泥量1.2%，细度模数0.8，平均粒径为0.23mm。

SCC混凝土为涪陵产机制砂和特细砂按照质量6:4比例混合的混合砂，细度模数为2.4、含泥量小于1.2%，泥块含量小于0.2%；NC混凝土选用绵阳产的天然砂，Ⅱ区中砂，细度模数2.6，含泥量2.5%。

粗骨料：

本实施例中的卵石为四川绵阳产的卵石，粒径 5~25mm，含水率0.5%，表观密度2680kg/m³，堆积密度1640kg/ m³，空隙率39%，含泥量0.4%~0.8%，泥块含量0.2%~0.3%，针片状含量6%；碎石为石灰岩碎石，粒径10~16mm，含水率1.5%，表观密度2700kg/m³，含泥量0.2%，针片状含量5.1%，空隙率33%。

SCC混凝土采用绵阳产的粒径为5～10mm的小卵石与10～16mm碎石按照质量1:1比例混合的混合石子,；NC混凝土选用粒径为5～20mm普通商品混凝土所用碎石。

减水剂：

均采用TF-500聚羧酸盐类高性能减水剂，减水率20.4%，泌水率比30.8%，含气量2.6%，含固量9.6%，pH5.0，密度1.03kg/m³。

粉煤灰

均为一级粉煤灰，细度（0.045mm方孔筛筛余）为7.4%，烧失量3.1％，含水量0.4%，SO3含量：0.79%。

矿渣粉

均为重庆钢铁集团生产S95级矿渣，比表面积480 ㎡/kg。

按照上述配比混合在一起搅拌配置的混凝土28d强度、塌落度、塌落扩展度等指标如下表所示。

表3

由上表对比可知，本发明SCC混凝土28d强度与普通混凝土相差不大，但塌落度、塌落扩展度等指标均达到优异水平，反映出本发明混凝土流动性、粘聚性、保水性好。在大立体异型薄壁声学风洞工程施工中本发明混凝土施工简便快捷、钢筋狭小间隙混凝土通过性强，浇筑中无离析、泌水现象，拆模后洞体结构内型面平整度、混凝土密实度、混凝土强度等级均能够满足设计和使用工艺要求。

水胶比是混凝土的用水量与所有胶凝材料的比值（重量），每立方米混凝土用水量与所有胶凝材料用量的比值。

本例中：自密实混凝土SCC的用水量是176kg/m³，胶凝材料为水泥、粉煤灰、矿渣粉，三者用量之和为280+70+100=450kg/m³，所以水胶比为176/450=0.39。

砂率：SP=砂的质量S/(砂的用量S+石子用量G) ×100%，是混凝土中砂的质量占砂、石子总质量的百分率。砂率的变动，会使骨料的总表面积有显著改变，从而对混凝土拌合物的和易性有较大影响。

和易性包括流动性、粘聚性、保水性。

混凝土分层离析主要分为两类：浆水离析，表现为泌水；骨料离析，表现为下面粗骨料多、上面浆体多的分层状态。两种离析往往同时发生。本例中选用混凝土加入高效减水剂、用水量较少，浆水离析现象从原料上已进行了改善，同时选用混合的粗、骨料、级配良好，水泥包裹性良好，有效避免了骨料与浆体的分层。