高强自密实混凝土配合比试验

高强自密实混凝土配合比试验
高强自密实混凝土是指强度不低于C60、流动性大且不离析、不泌水，直接在自重作用下（无需振捣）充满模具内空间并自动密实的混凝土。

高强自密实混凝土与普通的高强混凝土相比，具有诸多的优点和施工优势，其不仅具有高强混凝土的优势，还具有自密实混凝土的特点，是一种新型的建筑材料。

自密实混凝土在施工工艺方面具有节能、环保、降噪等特点，而高强自密实混凝土可以大大节省施工时间，不仅安全可靠，而且节能环保。

许多工程部位必须使用自密实混凝土才能施工，许多桩基础工程必须要求混凝土高强，这在混凝土的生产质量控制及施工过程中存在较大的困难，因此高强自密实混凝土具有极高的研究价值。

当前，高强自密实混凝土的研究不多，缺乏可靠的技术参考，不利于其应用优势的充分发挥，所以需要加强对高强自密实混凝土的研究。

本文针对以上研究的意义及研究的不足，以水胶比、硅灰掺量、砂率、石子粒径、减水剂品牌、养护方式等为参数，试验出具有高强自密实特性的混凝土，为该领域混凝土的研究提供参考与借鉴。

2原材料
⑴水泥：华润牌P·O42.5R水泥。

⑵活性硅粉（硅灰）：SiO2≥85%。

⑶早强剂：无水硫酸钠。

⑷砂：细度模数2.6，中砂。

⑸石子两种：粒径2.36～16mm且压碎值10%；压碎值4%，粒径9.5～16mm。

⑹减水剂两种：江门强力建材有限公司生产的减水率达20%的聚羧酸高效减水剂与西卡生产的减水率达40%的高效减水剂。

3混凝土的配制
3.1试验参考规范
⑴《自密实混凝土设计与施工指南》CCES02,以此作为混凝土扩展度的研究参考。

⑵《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T,以此作为抗压强度试验方法的参考。

⑶《水运工程混凝土试验规程》JTJ270-98,以此作为混凝土抗压强度计算值的参考。

3.2试验配合比
按照以下参数定好多种配方，即水胶比0.22、0.24、0.26，硅灰6%、8%、10%，砂率0.37、0.4、0.43，减水剂采用西卡生产的高效减水剂和江门强力建材生产的聚羧酸高效减水剂，养护方式采用水浴养护(前期加热到65℃后自然冷却降温)和自然养护两种。

配方如表1。

3.3混凝土搅拌工艺
首先把搅拌机润湿，然后把华润牌P.O42.5R水泥、晒干的砂和石子准备好，然后把石子、水泥、砂依次倒进搅拌机里干拌30秒，最后倒进掺了减水剂的水，再搅拌150秒，待混凝土扩展度合适时再倒进模具里，最后抹平。

3.4浇筑完成、养护图、压力机图
3.5混凝土拌合物性能及抗压强度
本文的混凝土坍落扩展度及3～7d自然养护和水浴养护的抗压强度记录如表2。

4试验结果及分析
为了方便分析和归类，本文把上面的9组配方按1～9来继续编号，其中1～3号研究的是砂率的影响，2、4、5号研究的是硅灰掺
量的影响，2、6、7号研究的是水胶比的影响，2、8号研究的是减水剂的影响，2、9号研究的是石子粒径的影响。

4.1图表分析(见图4～图8)
4.2不同水胶比对高强自密实混凝土的抗压强度影响规律
以2、6、7号作为水胶比的对比项，由图5可以发现，当其它条件不变（即硅灰百分比、砂率、减水剂、石子粒径、养护方式等相同），水浴养护条件下，降低水胶比可以提高混凝土的抗压强度，其中7号
的3d抗压强度可以达到73.39MPa，对比其他两组（即水胶比为0.24和0.26），强度有了明显的提高；而自然养护条件下，降低水胶比尽管也能提高混凝土的抗压强度，但提高的幅度没有水浴养护来得显著。

从高强自密实混凝土角度上讲，7号混凝土尽管没有实现自密实的特点，但是达到了高强，因此水胶比对早强自密实高强混凝土的强度影响很大，要配制出这种混凝土，必须选择适当的水胶比。

不过7号混凝土的7d水浴强度较3d的水浴强度有所下降，原因可能是外界水温温度的变化，根据自密实混凝土热胀冷缩的性质，在温度下降后，自密实混凝土必然产生收缩而产生拉应力，当拉应力超过自密实混凝土的抗拉强度时，就会产生裂缝。

因此，后期水温过低也会影响抗压强度的提升。

4.3不同硅灰的掺量对高强自密实混凝土的抗压强度影响规律
以2、4、5号作为不同硅灰的掺量的对比项，如图6，研究结果表明，硅灰的掺量不是越多越好，硅灰掺加越多反而不利于混凝土的后期强度。

当其它条件不变（即水胶比、砂率、减水剂、石子粒径、养护方式等相同），3d水浴养护和3d自然养护条件下，硅灰的掺量为8%时，其3d抗压强度达到最大值，而当硅灰掺量为6%和10%时，其3d抗压强度有了不同程度的下降，而且6%的硅灰掺量强度下降得更快。

因此，对于3d的混凝土，要想强度合适，硅灰掺量不宜过多也不宜过少。

而7d的自然养护与水浴养护下，分别都是掺加硅灰6%的强度更大，原因可能是硅灰掺量过多会影响混凝土后期强度，因此要选择适当的硅灰掺量。

4.4不同砂率对高强自密实混凝土的抗压强度影响规律
以1、2、3号作为不同砂率的对比项，如图7，研究结果表明，砂率会影响自密实混凝土的流动性与强度，砂率不是越低强度就越高，砂率的多少会在一定程度上影响混凝土的密实性，事实上，对于不同种的混凝土，应该都有一个最佳的砂率。

图7中，当其它条件不变（即水胶比、硅灰掺量、减水剂、石子粒径、养护方式等相同），分别在自然条件和水浴养护条件下，砂率越大，混凝土的流动性越好，但相对的其抗压强度有所下降，自然养护下，砂率从0.43降低到0.37，其3d的抗压强度从41.4MPa升到了44.5MPa，抗压强度增加不多，效果不明显。

而在3d水浴养护条件下，抗压强度变化非常明显，其中2号砂率3d抗压强度提高了14.7MPa，而1号和3号的变化不是特别明显。

而对比7d自然养护与7d水浴养护，尽管相对3d强度有了一定的提升，但强度变化最大的是1号混凝土，原因可能是砂率过低，自密实混凝土的包裹性与流动性不佳，不利于自密实混凝土强度的提高。

但砂率也不宜过高，毕竟这样也会造成自密实混凝土偏粘稠，强度也会有所下降。

因此，为了试验出早强自密实高强混凝土，必须选择合适的砂率，在保证流动性的情况下，尽量提高混凝土抗压强度，此次实验结果表明，这种混凝土的砂率可以再往上提高一点。

4.5不同石子粒径对高强自密实混凝土的抗压强度影响规律
以2、9号研究的是石子粒径的影响，如图8，实验结果表明，9号石子粒径在9.5～16mm范围且压碎指标低的混凝土，不仅流动性好，而且强度较2号有了明显的提升，甚至在7d水浴条件下，9号
混凝土的强度达到了72.8MPa，实现了高强特性。

因此，9号石子粒径可以提高混凝土的级配，有利于获得内部堆积紧密的自密实混凝土，可以提高混凝土的强度。

4.6不同品牌的减水剂和减水剂的掺量对高强自密实混凝土的抗压强度及流动性影响规律
以2、8号作为不同品牌的减水剂和减水剂的掺量的对比项，如图8，实验发现，当其它条件不变（即水胶比、硅灰百分比、砂率、石子粒径、养护方式等相同），使用西卡牌的减水剂可以大大提高混凝土的流动性，相比于江门牌的减水剂的效果更好，而且江门牌的减水剂的减水率才20%，所加的减水剂的量得增加一倍，尽管流动性还是很好,但减水剂加多之后使得混凝土的内部化学反应减慢，从而导致1d后拆模下来的混凝土强度不足，严重影响拆模，而且拆下来的立方体块感觉很软，看起来也是比较湿。

而且，对比两种品牌减水剂所得混凝土的实验强度可以发现，西卡牌减水剂提高了混凝土和易性的同时，还有利于该种混凝土强度的提高。

因此，想要配制早强自密实高强混凝土，必须选择合适品牌的减水剂，实验表明，西卡牌的减水剂作为该种混凝土的配制减水剂是不错的选择。

4.7不同养护方式对高强自密实混凝土的抗压强度影响规律
从图5～图8可以明确发现，水浴养护可以明显提高混凝土的强度，但必须很好地控制水温温差，不然强度反而会下降。

如图4中，7号混凝土的7d水浴强度较3d的水浴强度有所下降，原因有可能是外界水温温度的变化，根据自密实混凝土热胀冷缩的性质，在温度下
降后，自密实混凝土必然产生收缩而产生拉应力，当拉应力超过自密实混凝土的抗拉强度时，就会产生裂缝。

因此，后期水温过低会影响抗压强度的提升。

5结论
⑴降低水胶比可以提高混凝土的抗压强度，但也会影响混凝土的和易性，因此必须选择适当的水胶比。

⑵硅灰掺量过多会影响混凝土后期强度，因此要选择适当的硅灰掺量。

⑶砂率过低，自密实混凝土的包裹性与流动性不佳，不利于混凝土强度的提高，此处这种混凝土的砂率可以再往上提高一点。

⑷9号石子粒径可以提高混凝土的级配，有利于获得内部堆积紧密的自密实混凝土，可以提高混凝土的强度。

⑸配制高强自密实混凝土，必须选择合适品牌的减水剂，实验表明，西卡牌的减水剂作为该种混凝土的配制减水剂性能良好。

⑹水浴养护可以明显提高混凝土的强度，但必须很好地控制水温温差，不然强度反而会下降。

⑺综合分析可知，1、2、5、9号配方水浴养护下都实现了高强自密实混凝土的特性，且1号自然养护下也实现了高强与自密实性质，本文推荐1号配方作为最优配合比。