摘要：該文研究了自密實高強混凝土配合比設計方法．首先針對自密實高強混凝土的工作效能要求．著重**分析自密實混凝土配合比設計的主要引數選擇，然後根據「最大堆積密實度原理」，提出基於該原理的自密實高強混凝土配合比設計的四層體系設計法。自密實混凝土在鋼管混凝土系杆拱橋中的應用成果表明，四層體系設計方法具有理論基礎，符合實際工程的需要，簡便可行．
關鍵詞：普通混凝土；高效能混凝土；自密實混凝土；配合比設計；四層體系設計法
屬於高效能混凝土範疇的自密實混凝土，也有人稱為高流態混凝土，指混凝土拌和物主要靠自重，不需要振搗即可充滿模型和包裹鋼筋，屬於高效能混凝土的一種。該混凝土流動性好，具有良好的施工效能和填充效能，而且骨料不離析，混凝土硬化後具有良好的力學效能和耐久性。日本東京大學閣村甫教授研製室較早提出並研製獲得成功，目前，不振搗混凝土的開發與施工已在日本掀起了熱潮，並深受社會的關注及好評。
在歐美等國家也有過應用不振搗自密實混凝土的詳細報道。目前在我國的應用還非常有限，需要進行大量的技術研究和推廣應用工作。自密實混凝土配合比和普通混凝土配合比相比有很大差別，至今並無統一的設計方法。
普通混凝土配合比設計的基本原理和配製方法要遵照強度原則和耐久性原則，但是高效能混凝土配合比設計時，需著重考慮改善混凝土的內部結構，在確保混凝土強度和耐久性的基礎上，使其某一效能有突出表現，以滿足某種特殊需要。配製自密實高強混凝土的關鍵是在保證所需強度和耐久性的前提下，得到可不振搗、必要時可少振搗的高流動性混凝土拌和物，同時得到良好的抗離析效能。
1 scc設計理念
scc得以實現的關鍵技術環節可以歸結為兩個方面：崗村甫教授於2023年提出的高效能混凝土設計方法和高效減水劑的出現。自密實混凝土的設計理念與常規混凝土最大的差別在於：
自密實混凝土在配合比設計上用粉體取代了相當數量的石子，通過高效減水劑的分散和塑化作用，使漿體具有優良的流動性和粘聚性，能夠有效地包裹輸運石子，從而達到自密實的效果。
自密實效能的實現需要使用高效減水劑和大量的粉體材料，因而在大多數人眼中scc是混凝土中的高階產品，只適合於高強混凝土的應用和異形結構的澆築。同時，我國目前的scc技術水平參差不齊，檢測方法不統一，效能水平差異大，造成了很多人對scc效能和價效比的懷疑。scc技術是一種著眼於混凝土工作效能的技術，需要通過專門的檢測方法來保證合格的自密實效能。
在保證了自密實效能的基礎上，應當針對不同需求的混凝土給出不同的scc配合比設計解決方案，比如我們可以設計滿足不同強度等級要求的scc，滿足不同抗滲等級要求的scc，滿足大體積混凝土施工的低水化熱scc等具有某種特性的scc，當然我們也可以根據需要設計具有復合特性的scc。需要特別注意的是，即使是具有相同需求的使用者，如果所處地域差異較大，為他們提供的scc解決方案也是不相同的，應該充分利用當地原材料的特點進行設計從而保證最佳的自密實效能和經濟性。
2自密實混凝土配合比的設計思路
與普通混凝土採用機械振搗時因觸變作用令骨料與砂漿之間的屈服剪下應力鉑大幅減小，使振動影響區內的混凝土呈液化而流動並密實成型的道理相似，製備自密實混凝土的原理是通過外加劑、膠凝材料和粗細骨料的選擇搭配和配合比設計，使減小到適宜範圍，同時又具有足夠的塑性粘度刁，使骨料懸浮於水泥漿中，不出現離析和泌水問題，能自由流淌充分填充模型內的空間，形成密實且均勻的結構。自密實混凝土拌和物的特點是高流動性而無離
析，因此流動性和抗離析性是互相矛盾的。如何達到流動性、抗離析性的平衡，是自密實混凝土配合比設計的關鍵。
(1)單位粗集料用量的選擇
流變性良好的自密實混凝土拌和物配合比應當有關鍵的兩個要素：較小的骨料體積含量和足夠粘度的砂漿，尤其粗骨料體積含量是控制新拌流動性混凝土離析的乙個重要因素。具有較少粗骨料含量的拌和物對流動堵塞有較高的抵抗力，但粗骨料含量過小的混凝土，會使彈性模量下降，進而產生較大的收縮。
因此應當在滿足流變性要求的前提下，盡量增加粗骨料用
量。但粗骨料用量大時，拌和物間隙通過效能差而易堵塞，如圖1所示。試驗表明，普通混凝土的粗骨料用量(松堆體積)一般為0．600～0．700／，而自密實混凝土粗骨料的松堆體積為0．500個配合比設計的關鍵之一。
～0．600／時則可解決上述矛盾。上述粗骨料體積含量的確定是整個配合比設計的關鍵之一。
(2)砂率的控制
大量的試驗表明，自密實混凝土的砂率一般在45％～55％範圍內取值比較適宜，粗細骨料比以0．85～1．20較為合適。對於砂率的控制，根據美國混凝土專家p．k．me—hta和p．c．aitcin的觀點，高效能混凝土同時達到最佳的施工和易性和強度效能，其水泥漿與骨料的體積比應為35：65。
(3)試驗表明，砂子在砂漿中的體積含量超過42％以上，堵塞隨砂體積含量的增加而增加；當砂體積含量達到44％時，堵塞機率為100％。故砂漿中砂體積含量不能超過44％。小於42％時，可完全不堵塞，但砂漿的收縮隨砂體積含量的減小而增大，故砂子在砂漿中
的體積應不低於42％，膠凝材料在漿體中的體積含量不高於58％。
(4)膠凝材料和水
首先要根據強度要求確定水膠比。由有關文獻可知，對摻加摻合料如粉煤灰、強度等級不超過c50的高強自密實混凝土，混凝土強度與水膠比有線性關係的假設仍是成立的，根據混凝土配製強度可匯出水灰比(或水膠比)的近似計算公式：
1)式中：為混凝土的配製強度；為水泥的實測強度』為水灰比[或水膠比]；為回歸係數，對碎石混凝土， =0．48， =0．52；對卵石混凝土， =0．50， =0．61。
要滿足自密實混凝土的流動性要求，水膠比一般根據經驗在0．30-0．40之間取值，且用水量不宜超過200 kg／。可用礦物摻合料調節混凝土強度和拌物的粘度。
以上配合比設計方法即為典型的固定砂石體積含量計算法，有大量的試驗資料為基礎，比較實用，但於各種原材料適應性不強，有待於進一步改進。
2配合比設計的方法——四層體系設計法
本文擬從最大密實度理論出發，結合配合比設的主要引數擬定結果，提出相對簡便實用又易程式計算的方法，即四層體系設計法。依據「最大堆積密實度理論」，自密實混凝土可成由固液兩相組成的四層體系(圖2)。由圖2可見，自密實混凝土需要的組成材料顆粒從小到大依次為：
粉煤灰，水泥，砂，石。
上述對於自密實混凝土配合比設計的方法一般是基於中低強度範圍，經過研究發現，對於高強自密實混凝土，粗骨料的體積含量還要適當增加，因此每立方公尺混凝土粗骨料相對體積選擇範圍可擴大至0．5～o．65。本文的研究依據上述多層體系原理並在文獻的研究基礎上，擬以固定砂石體積含量的計算方法為基礎，採用設定單方混凝土中粗集料用量和砂漿中砂子體積含量範圍，根據「最大堆積密實度原理」，提出改進的固定砂石體積含量理論計算法。這種基於「最大密實度原理」的配合比理論計算法簡稱為四層體系設計法。
3 配合比設計步驟
已知：水泥的密度為，粉煤灰密度為，砂的表觀密度為，堆積密度，粗骨料的表觀密度為，堆積密度為,設定1混凝土體積中，根據前人設計的經驗，
粗骨料松堆體積一般可取0．50～0．65，如考慮到工程要求混凝土高強和高彈性模量，可取粗骨料堆積體積為0．65，砂漿中砂體積含量為，粉煤灰摻量為z=25％(重量比)，高效減水劑摻量k= 1.2％。
配合比設計步驟和公式如下：
(1)配製強度
2)式中：為混凝土設計強度(mpa)；為混凝土強度標準差。
(2)水膠比
按照式(1)計算水膠比，根據經驗適當調整水膠比(≤o．4)。
(3)計算每立方公尺混凝土粗骨料用量g和粗骨料密實體積。
3）4）
式中： =0．50～o．65。
(4)計算每立方公尺混凝土砂漿密實體積。、砂密實體積、膠結材料漿體密實體積。
=15）
6）7）
(5)計算每立方公尺混凝土砂用量s
8）(6)計算膠凝材料的表觀密度
9）(7)計算水和膠凝材料的密實體積、
10）11）
(8)計算1混凝土中各材料用量(重量)用水量： (12)
膠凝材料總重量13)
水泥用量14）
粉煤灰用量15）
高效減水劑16）
按照上述步驟和要求，計算幾組配合比進行試配，評價其施工性，並檢驗其強度。選擇其中符合要求的配合比。若實測混凝土表觀密度值與計算的表觀密度值之差的絕對值超過2％，應用校正係數對所計算的配合比進行調整。
3.1低水泥用量scc配合比設計方法
3.1．1水泥用量scc設計思路的提出
所提出的思路，以強度需求為目標，以經濟性為約束條件，嘗試使用大摻量摻合料替代水泥進行c30和c60強度等級scc的設計和試驗研究。可以利用的摻合料有多種，如粉煤灰石粉和矽粉等，但是矽粉的**過於昂貴，石粉使用的普遍性存在著地域差異問題，本文嘗試使用普遍採用的粉煤灰作為摻合料進行研究。使用大摻量粉煤灰替代水泥來保證粉體的數量，從而實現優良的自密實效能，該方法有如下好處：
(1)大量使用粉煤灰，保持水泥的低用量，利用粉煤灰和水泥的**差異降低scc成本；
(2)使用大量粉煤灰作為建築材料不僅具有環保意義，同時還可以降低大量使用水泥所帶來的混凝土內部溫公升；
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