C30自密實混凝土配合比設(shè)計

1、安 徽 建 筑 大 學(xué) 材料與化學(xué)工程學(xué)院自密實混凝土設(shè)計與評價CDIO項目個人總結(jié)報告課題名稱 自密實混凝土的設(shè)計與實踐 年級專業(yè) 14無機非金屬材料工程 組 數(shù) 指導(dǎo)教師 學(xué)生姓名 學(xué) 號 2017 年 6 月 文獻綜述一、自密實混凝土簡介混凝土是由膠凝材料( 如水泥) 和各種礦物摻合料、骨料( 如砂石) 及水按適當(dāng)比例配合，拌合形成混合物，經(jīng)過一定時間的凝結(jié)硬化，形成具有力學(xué)性能的人造石材。自密實混凝土（Self-Consolidating Concrete 簡稱 SCC）是指在自身重力作用下能夠流動、密實，即使存在致密鋼筋也能完全填充模板，同時獲得很好均質(zhì)性，并且不需要附加振動的混凝土

2、。自密實混凝土擁有眾多優(yōu)點：卓越的流動性和自填充性能，并且不離析、不泌水，能夠保證混凝土良好的密實性；施工過程中無需振搗，避免了振搗對模板產(chǎn)生的磨損，并且沒有振搗噪音，能夠改善工作環(huán)境和安全性；成型后的混凝土有優(yōu)異的耐久性，不會出現(xiàn)表面氣泡或蜂窩麻面，不需要進行表面修補，能夠改善混凝土的表面質(zhì)量1。自密實混凝土具有砂率較高、膠凝材料摻量較大、高效減水劑用量較大等特點，這些特點使得自密實混凝土與普通混凝土的配合比設(shè)計大不相同。再加上自密實混凝土對原材料的要求比較嚴(yán)格，各種原材料因地域性不同所表現(xiàn)出來的材料組成和性質(zhì)有著天壤之別。所以，針對于某一地區(qū)的原材料性能合理地進行自密實混凝土的配合比設(shè)計有

3、重要的意義2。二、研究的目的及意義3從1988年日本有了關(guān)于自密實混凝土的首篇報道以來，自密實混凝土的發(fā)展已有幾十年的歷史。本文首先將對其進行綜述，概括介紹國內(nèi)外關(guān)于自密實混凝土的基本研究應(yīng)用結(jié)論，這為系統(tǒng)地認識自密實混凝土并進一步開展相關(guān)研究工作奠定了基礎(chǔ)。1、國內(nèi)對自密實混凝土的研究國內(nèi)對自密實混凝土的研究與應(yīng)用開始于90年代初期。1987年馮乃謙教授提出了流態(tài)混凝土概念，奠定了這一研究的基礎(chǔ)。1993年，北京城建集團構(gòu)件廠在研制出C60-C80大流動性高強度混凝土的基礎(chǔ)上開始著手于免振搗自密實高性能混凝土的研制，于1996年獲得了免振搗自密實混凝土的國家專利。之后，中建一局、中國鐵道建筑

4、總公司及深圳、濟南、天津、寧夏等地陸續(xù)有了自密實混凝土應(yīng)用于工程實踐的報道。2003年廣州西卡建筑材料公司天津分公司先后在天津和北京舉辦“高性能混凝土、自密實混凝土研討會”，推動了津京地區(qū)自密實高性能混凝土的發(fā)展。此外，清化大學(xué)的廉慧珍教授、覃維祖教授、武漢工業(yè)大學(xué)的馬保國教授、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的巴恒靜教授、福州大學(xué)的鄭建嵐教授、中南大學(xué)的謝友均教授、山東建工學(xué)院的李志明教授以及江蘇建材研究院、天津市建筑科學(xué)研究院等對自密實混凝土做了大量研究工作，促進了我國自密實混凝土的發(fā)展。2、國外對自密實混凝土的研究國外對自密實混凝土的研究報道較早出現(xiàn)于日本。1988年夏，東京大學(xué)岡村甫研制室第一次成功地配

5、制出自密實混凝土。次年，在東京舉行了自密實混凝土的公開實驗，會后許多大建筑公司開始了自密實混凝土的開發(fā)。1991年就有13家總承包公司的研究人員在東京大學(xué)實驗室研究自密實高性能混凝土，1992年出席日本混凝土學(xué)會關(guān)于自密實混凝土年會的單位增至30家。至1994年底，日本已有28個建筑公司掌握了自密實混凝土的技術(shù)，可見其發(fā)展速度是很快的。其它國家也逐漸開始研制自密實混凝土。事實上，上世紀(jì)80年代早期挪威建造的混凝土結(jié)構(gòu)海上石油平臺，由于配筋密集且結(jié)構(gòu)龐大無法對混凝土振搗，所配制使用的混凝土實際上是依靠重力密實。法國于1995年開始研制免振搗自密實混凝土，瑞典、德國、新加坡、瑞士等國家也相繼研制成

6、功并獲得應(yīng)用，荷蘭自1999年開始已將自密實混凝土用于預(yù)制建筑構(gòu)件的生產(chǎn)。3、自密實混凝土的應(yīng)用現(xiàn)狀目前，自密實混凝土已廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)民用建筑、道路、橋梁、隧道及水下工程、預(yù)制構(gòu)件中，國內(nèi)也已有自密實混凝土用于特殊結(jié)構(gòu)施工報道，如大型爆炸洞、水工建筑物、窄徑深孔井樁、鋼管混凝土等。加拿大、英國有報道通過高摻量粉煤灰生產(chǎn)出28天強度為28-46MPa和30-35MPa的自密實混凝土；世界上跨度最大（主跨1990m）的懸索橋一明石海峽大橋工程是自密實高性能混凝土成功應(yīng)用的典范。明石橋的2個錨錠分別使用了24萬m3m和15萬m3m強度為25MPa的自密實混凝土。由于采用自密實高性能混凝土施工新技

7、術(shù)，使兩個錨錠的施工從兩年辦縮短到兩年，縮短工期20%；美國西雅圖雙聯(lián)廣場是迄今為止自密實高性能混凝土用于實際結(jié)構(gòu)中強度最高的，實測28d強度119MPa，91d強度145MPa，由于采用了超高強的自密實高性能混凝土降低了結(jié)構(gòu)成本30%。國內(nèi)也有C30，C40自密實混凝土的研究和應(yīng)用。2002年C100高性能混凝土在北京率先成功應(yīng)用于國家大劇院工程后，2004年4月沈陽遠吉大廈鋼管混凝土柱采用自密實混凝土澆灌，28天強度等級達到C100。深圳、上海、北京等城市已應(yīng)用自密實混凝土澆筑了4萬余立方米。主要應(yīng)用于地下暗挖、配筋形狀較為密實、復(fù)雜等無法澆筑和振搗的部位。解決了施工擾民的問題，縮短了澆筑

8、工期。三、課題研究內(nèi)容1、自密實混凝土配合比設(shè)計方法研究在參考大量文獻、總結(jié)各種已有混凝土配合比設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，提出一種新的自密實混凝土配合比設(shè)計方法。該方法應(yīng)力求滿足自密實混凝土對于原材料的敏感性要求，考慮到具體材料的特性而變化其中的參數(shù)取值，并能體現(xiàn)不同參數(shù)對于自密實混凝土相應(yīng)性能的影響。2、水泥和礦物摻合料與減水劑相容性問題的試驗研究 凈漿的流變性能對自密實混凝土的工作性有很大影響。要保證所用高效減水劑應(yīng)該與水泥和礦物摻合料之間彼此相容，并且為了滿足漿體的流動性、保水性和粘聚性等多方面要求，各材料用量應(yīng)該有一個合理的范圍本文采用一種水泥、兩種新型高效減水劑和三種礦物摻合料，按“混凝土外

9、加劑對水泥的適應(yīng)性檢測方法”，分別研究了各材料組分在不同水灰比和不同比例搭配條件下的漿體流動性，為自密實混凝土配合比試驗提供參考數(shù)據(jù)。3、自密實混凝土配合比試驗研究按照本文提出的自密實混凝土配合比設(shè)計方法設(shè)計初步配合比，探討各參數(shù)對于混凝土性能的影響，并針對所用原材料得出其合理用量范圍;在保證良好工作性的基礎(chǔ)上，研究自密實混凝土的力學(xué)性能;在現(xiàn)有試驗條件下，爭取擴大強度范圍，配制出不同強度等級的自密實混凝土。四、自密實混凝土性能1、混凝土工作性 對于混凝土拌合物的工作性，眾多學(xué)者曾給出自己不同的定義。工作性涵義的廣泛和難于定量化表示是它最大的特點與普通混凝土和一般大流動性混凝土相比，自密實混凝

10、土的工作性內(nèi)涵有所擴大，具體體現(xiàn)在以下四個方面:（1）高流動性:保證混凝土能夠在自重作用下克服內(nèi)部阻力(包括膠凝材料的粘滯性與內(nèi)聚力以及骨料顆粒間的摩擦力)和與模板、鋼筋間的粘附性，產(chǎn)生流動并填充模板與鋼筋周圍。（2）高穩(wěn)定性:保證混凝土質(zhì)量均勻一致，在澆注過程中砂漿與骨料不會離析，澆注后不會泌水與沉降分層。（3）通過鋼筋間隙能力:保證混凝土穿越鋼筋間隙時不發(fā)生阻塞。（4）填充密實性:保證混凝土填充模板，并自行排出澆灌過程中帶入的氣泡達到成型密實。是流動性、穩(wěn)定性和間隙通過性的綜合表現(xiàn)。2、技術(shù)特點同普通混凝土相比，自密實混凝土在配合比設(shè)計上對原材質(zhì)量和用量有更高的要求，主要表現(xiàn)在如下方面：

11、(1)高效減水劑是自密實混凝土產(chǎn)生的前提。自密實混凝土隨著高效減水劑的發(fā)展而產(chǎn)生的，減水劑對其性能有決定響。減水劑的作用相當(dāng)于振搗棒，均勻分散水泥顆粒于水形成漿體，骨料通過漿體浮力和粘聚力懸浮于水泥漿中。自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程（CECS203：2006）4中規(guī)定，宜選用聚羧酸系高效減水劑，當(dāng)需要提高混凝土拌和物粘聚性時，自密實混凝土中可摻入增粘劑。  (2)自密實混凝土對水泥的要求。水泥強度等級根據(jù)混凝土的試配強度等級選擇，同時考慮與減水劑相容性問題，通常自密實混凝土比普通混凝土水泥用量多、水泥強度等級高。自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程中規(guī)定，使用礦物摻合料的自密實混凝土，宜選用硅酸鹽水

12、泥或普通硅酸鹽水泥。  (3)自密實混凝土對骨料的要求。自密實混凝土對骨料有較高的要求，自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程規(guī)定，粗骨料宜采用連續(xù)級配或2個單粒徑級配的石子，最大粒徑不宜大于20mm；石子的含泥量1.0、泥塊含量0.5、針片狀顆粒含量8；石子孔隙率40。(4)超細礦物摻合料是配制自密實混凝土的必要條件。超細礦物摻合料是自密實混凝土配制不可缺少的條件，它們可以提高拌合物的流動性、減少水泥用量和水化熱，并通過二次火山灰效應(yīng)參與水化進程，提高混凝土后期強度。常用的超細礦物摻合料有粉煤灰、礦粉和硅粉，礦物摻合料的細度和吸水量是重要的參數(shù)，一般認為直徑小于0.125mm的細礦物摻合料對自密

13、實混凝土更有利，并且要求0.063mm孔徑篩的通過率大于70。五、自密實混凝土設(shè)計1、設(shè)計原材料 自密實混凝土具有特殊的工作性能，這使得它在原材料上比普通振搗混凝土要求更為細致嚴(yán)格。 1、水泥 理論上各種水泥都可用于配制自密實混凝土，品種的選擇決定于對混凝土強度、耐久性等的要求;但考慮到工作性要求及坍落度經(jīng)時損失小，應(yīng)優(yōu)先選擇C3A和堿含量小、標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量低的水泥。 2、骨料 自密實混凝土應(yīng)選擇質(zhì)地堅硬、密實、潔凈的骨料，含泥量、雜質(zhì)要少。粗骨料針片含量少，最大粒徑一般在16mm20mm范圍，且間斷級配往往優(yōu)于連續(xù)級配砂在混凝土中存在雙重效應(yīng)，一是圓形顆粒的滾動減水效應(yīng);二是比表面積大，需水

14、量高這兩種相互矛盾的效應(yīng)決定了必須根據(jù)水泥、摻合料、外加劑等情況綜合考慮來選取砂率。宜選用級配良好的中砂或粗砂。 3、化學(xué)外加劑 宜采用減水率在20%以上的高效減水劑，復(fù)合使用高效減水劑和普通減水劑也可獲得較好效果。減水劑的摻量以及與水泥、礦物摻合料的相容性應(yīng)經(jīng)試驗確定除此之外，也可摻入增粘劑和引氣劑等外加劑。 4、礦物摻合料 可采用各種母巖的磨細石粉、粉煤灰、磨細礦渣、硅灰等礦物摻合料改善自密實混凝土的流動性能和抗離析能力，提高硬化混凝土的強度和耐久性。不同礦物摻合料復(fù)合使用具有超疊加效應(yīng)，配制自密實混凝土通常將兩種礦物摻合料復(fù)合使用。2、自密實混凝土配合比設(shè)計方法研究混凝土配合比設(shè)計是混凝

15、土材料科學(xué)中最基本且最重要的一個問題傳統(tǒng)的配合比設(shè)計方法是計算試配法，其計算依據(jù)是在普通混凝土組成與性能一般規(guī)律的基礎(chǔ)上，計算得到粗略配合比，再經(jīng)試配調(diào)整得到以強度為主要指標(biāo)的配合比，我國幾十年來一直沿用這種方法。隨著各種新型混凝土的不斷發(fā)展，混凝土在材料組成上逐漸復(fù)雜化，對拌合物的工作性及硬化后的力學(xué)、耐久性能的要求也越來越高。因此，適用于普通混凝土的配合比設(shè)計方法已經(jīng)不能滿足其它類型混凝土在材料和性能上的高要求，而在任何情況下都能通用的混凝土配合比是不存在的，需要不同的配合比設(shè)計方法來設(shè)計滿足不同要求的混凝土。1.普通混凝土配合比設(shè)計方法傳統(tǒng)的普通混凝土配合比設(shè)計方法5，通過合理確定水灰比

16、、單位用水量和砂率三個基本參數(shù)，進而得出水泥、水、砂和石子這四項組成材料的實際用量。上述三個基本參數(shù)與混凝土的各項性能之間有著密切的關(guān)系:在組成材料一定的情況下，水灰比對混凝土的強度和耐久性起著關(guān)鍵的作用;單位用水量反映了水泥漿與骨料之間的比例關(guān)系，在水灰比一定的條件下，它是控制拌合物流動性的主要因素;而砂率對混凝土拌合物的和易性，特別是其中的粘聚性和保水性有良大影響。普通混凝土配合比設(shè)計方法是以經(jīng)驗為基礎(chǔ)的半定量設(shè)計方法，水灰比、單位用水量和砂率三個參數(shù)中，只有水灰比按計算確定，而計算公式中有的參數(shù)也是由回歸分析所得，其它兩參數(shù)均需查表選擇。這些表是人們長期以來生產(chǎn)普通混凝土的實踐經(jīng)驗的總結(jié)

17、，它在一定程度上反映了普通混凝土配合比的一般規(guī)律。隨著粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用不斷擴大，出現(xiàn)了所謂的粉煤灰混凝土超量取代法。它是在普通混凝土基準(zhǔn)配合比設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)混凝土的強度等級和水泥的品種選擇合適的粉煤灰取代水泥百分率，從而求出每立方米混凝土的水泥用量，再按所選的超量系數(shù)求得粉煤灰的單位用量，砂的實際用量由粉煤灰超出所取代水泥的體積扣除同體積砂得到，其它組分用量仍沿用普通混凝土配合比設(shè)計中的值。該方法是目前商品混凝土攪拌站所普遍采用的方法。在普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程中，用以確定單位用水量和砂率值的表中的控制因素是碎石、卵石的最大粒徑、坍落度和水灰比，其中的坍落度和水灰比的范圍難以滿足大流

18、動性和低水灰比混凝土的要求，也沒有充分考慮高效減水劑和礦物摻合料對混凝土工作性的調(diào)節(jié)作用。2.固定砂石體積含量法 這種方法我國吳中偉院士和其他學(xué)者都曾做過介紹，其簡要計算步驟如下:(1) 設(shè)定每立方米混凝土中石子的松堆體積為0.50.55m3，得到石子用量和砂漿含量;(2) 設(shè)定砂漿中砂體積含量為0.42-0.44,得到砂用量和漿體含量;(3) 根據(jù)水膠比和膠凝材料中的摻合料比例計算得到用水量和膠凝材料總量，最后由膠凝材料總量計算出水泥和摻合料各自的用量。但水膠比和摻合料的用量如何確定沒做具體規(guī)定。8配合比設(shè)計書一、實驗原料1) 水泥：海螺牌42.5普通對酸鹽水泥2) 粉煤灰：表觀密度2220

19、kg/m33) 硅灰：表觀密度2190kg/m34) 礦渣：表觀密度2880kg/m35) 粗集料：石（520mm）表觀密度2720kg/m36) 砂：中砂 表觀密度2730kg/m37) 水：自來水 表觀密度1000kg/m38) 外加劑：1.5%聚羧酸系高效減水劑 表觀密度1037kg/m3二、配合比計算1.設(shè)計參數(shù)1） 強度等級：C30自密實大流態(tài)2） 設(shè)計依據(jù)：自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程JGJ/T283-2012 普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程JGJ52-2011 自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程CECS203：20063） 原材料表觀密度（kg/m³）原材料水泥礦渣粉粉煤灰硅灰砂石5-20

20、mm石10-20mm石5-10mm水外加劑表觀密度30502880222021902730272027202720100010372.粗骨料體積及質(zhì)量計算1）每立方米混凝土中粗骨料的體積Vg，?。?.32m3填充性指標(biāo)SF1SF2SF3Vg（m³）0.320.350.300.330.280.302) 每立方米混凝土中粗骨料的質(zhì)量（mg）計算：mg = Vg·g=0.32×2720=870kg/m³23.砂漿體積Vm計算Vm = 1-Vg =1- 0.32 = 0.680 m³4.砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)（s）可取0.420.45, ?。?.455.每

21、立方米混凝土中砂的體積Vs和質(zhì)量msVs = Vm·s = 0.68× 0.45 = 0.306m³ms = Vs·g= 0.306 × 2730 = 835kg/m³計算配比砂率Sp=49.0%6.漿體體積Vp計算Vp = Vm - Vs= 0.68 - 0.306 =0.374m³7.膠凝材料表觀密度b計算水泥礦渣粉粉煤灰硅灰kg/m³305028802220219010%20%5%總共：35%8.自密實混凝土的配制強度fcu,0計算（按JGJ55-2011計算）：fcu,o fcu,k + 1.645 = 3

22、0 + 1.645×5 =38.2MPa根據(jù)實際工程經(jīng)驗，應(yīng)提高混凝土出站強度保證率，即要提高配制強度保證率，最終要保證結(jié)構(gòu)實體的強度保證率滿足要求。因此將保證率系數(shù)從1.645提高到2.3，對應(yīng)的保證率由95%提高到98.9%。計算此時的試配強度為： fcu,o fcu,k + 2.3 = 30 + 2.3×5 =41.5 MPa9.水膠比計算10.每立方米自密實混凝土中膠凝材料的質(zhì)量mb計算11.每立方米混凝土中水的質(zhì)量（mw）mw = mb·（mw/mb)= 470×0.44= 207 kg/m³12.每立方米混凝土中水泥質(zhì)量和礦物摻合料

23、的質(zhì)量礦渣粉 mSL=mb×SL =470×10% =47 kg/m³粉煤灰 mFA=mb×FA =470×20% =94 kg/m³硅灰 mSi=mb×Si =470×5% =24 kg/m³水泥 mc=mb-mm =470-47-94-24 =305 kg/m³13.外加劑（減水劑）用量計算：（為外加劑用量，取：1.50%）mca = mb·= 470×1.50% = 7.05 kg/m³強度等級水膠比砂率%容重kg/m³配合比用量（kg/m³

24、;）水泥礦渣粉粉煤灰硅灰砂石5-20mm水外加劑C30自密實大流態(tài)0.4449.0 23703054794248358702077.05三、C30自密實混凝土配合比：強度等級水膠比砂率%容重kg/m³配合比用量（kg/m³）水泥礦渣粉粉煤灰硅灰砂石5-20mm水外加劑C30自密實大流態(tài)0.4347.9238127168902382489819413.33其中粗集料石子采用兩種規(guī)格：細石子（5mm10mm）：粗石子（10mm20mm）=3:7四、方案修改由于實驗中出現(xiàn)了坍落度不符合要求的情況，所以對配合比進行了多次修改，最終C30自密實混凝土配合比設(shè)定為：石頭：粗：細=7:3

25、，每15L粗石：9.429 L、細石：4.041L最終配合比經(jīng)現(xiàn)場實際設(shè)計達到了550mm坍落度的性能要求，粘聚性良好的拌合物。成本核算：水泥325元/噸，S95礦渣295元/噸，II級粉煤灰136元/噸，S105礦渣305元/噸，碎石5-10mm：85元/噸，碎石10-20mm：115元/噸，砂91元/噸，減水劑1800元/噸，硅灰1000元/噸，石灰石粉85元/噸，尾礦粉230元/噸根據(jù)最終設(shè)計方案核算：原料水泥S95礦渣粉煤灰碎石510mm碎石1020mm砂減水劑硅灰價格/元882012.2422.972.2974.982423總價338元6個人總結(jié)自密實混凝土具有許多優(yōu)點和廣闊的工程應(yīng)用前景。目前雖然對自密實混凝土已經(jīng)有了較多的試驗研究和理論分析，但還是缺乏系統(tǒng)研究，也沒有提出具有普遍適應(yīng)性的配合比設(shè)計方法。由于自密實混