芯柱高性能混凝土配合比的试验性研究
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[摘要]：本文采用地方材料，根据固定砂石体积法确定芯柱自密实混凝土初步配合比，采用不同品种外加剂合理复合，通过试验对该初步配合比进行优化，使自密实混凝土拌合物的工作性满足了施工要求，同时硬化后自密实混凝土的强度满足强度等级要求。
[关键词]：正交试验法、低强度自密实混凝土、扩展度、高效减水剂
[abstract] : using local materials, according to fixed sand volume method to determine the core column of self-compacting concrete mixing preliminary, using different varieties reasonably complex admixture, through the test for the preliminary optimized mix, that of self-compacting concrete things as the workability of meet the construction requirements, at the same time, after sclerosis of self-compacting concrete strength grade of strength to meet requirements.
[key words] : the orthogonal experiment method, low intensity of self-compacting concrete, extended degree, high efficiency water reducing agent
中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
1材料及试验方法
1.1材料
1.1.1水泥
自密实混凝土一般选择硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥，选择水泥时应考虑与所用高效减水剂的相容性。使用时要求水泥品种和来源应相对稳定，本试验采用鼎鑫牌42.5普通硅酸盐水泥。
1.1.2活性矿物掺合料
自密实混凝土常用的活性矿物掺合料有粉煤灰、矿渣微粉、硅灰等，掺合料不但能提高新拌混凝土的工作性，而且可以抑制混凝土拌合物的坍落度损失，本试验采用河北衡水陶城I级粉煤灰，
1.1.3粗集料
考虑到混凝土小型承重砌块芯柱的结构特点，所用碎石最大粒径一般
1.1.4细集料
采用满城河砂，细度模数2.59，为中砂，级配良好。
1.1.5外加剂
保定慕湖外加剂公司研制生产的萘系（UNF-5）高效减水剂、MNC-ZC增稠剂和葡萄糖酸钠等缓凝剂，
1.1.6水自来水
1.2试验方法
1.2.1自密实混凝土拌合方法
1）人工拌合
2）机械拌合
1.2.2自密实混凝土工作性测定方法
1）坍落度
按GBJ80-85《普通混凝土拌合物性能测试方法》标准测定坍落度，不用分层插捣。从开始装料到提坍落度筒的整个过程应不间断地进行，并应在150s内完成。通过试验认为免振捣自密实混凝土坍落度就在240mm～270mm之间较适宜。
2）扩展度
通过试验认为免振捣自密实混凝土的扩展度≥550mm比较适宜。
3）中边差
分别测定2个不同边缘部位有骨料地方的混凝土高度与中间混凝土最大厚度之差的平均值，中边差应控制在25mm以内为好。
1.2.3自密实混凝土强度的测定方法
1.2.3.1试件的浇筑成型
混凝土试件成型时，不用分层插捣，无需振动成型，将混凝土拌合物装满试模然后抹平即可。
1.2.3.2试件的养护
试件成型后，在实验室放置一天后拆模，然后送入标准养护室至试验龄期取出。
1.2.3.3混凝土抗压强度测定
按GBJ81-85《普通混凝土力学性能试验方法》进行。
2自密实混凝土配制理论及其配合参数的确定
2.1自密实混凝土配制理论
自密实混凝土一般掺入高效减水剂来提高混凝土拌合物的流动性。当用水量和外加剂增大时，流动性随之增大，而抗离析性则随之下降。芯柱混凝土拌合物的最主要特点是高流动性同时具有高稳定性，因此，合理选择配合比参数以及不同品种外加剂复合，使自密实混凝土获得高流动性、高稳定性的平衡是芯柱混凝土配合比设计的关键。[1]
2.2自密实混凝土配合比参数的确定
对于自密实混凝土来说，达到高流动性与高稳定性的平衡，要从自密实混凝土配合比参数确定入手，也就是合理确定自密实混凝土原材料的几个比例关系。
2.2.1粗集料与砂浆
应当在满足流变性要求的前提下，尽量增加粗集料用量。普通混凝土的粗集料体积含量一般为0.6m3～0.7 m3，通过试验研究，并在协调平衡以上诸多相互影响的因素之间的制约后，综合得出的结果表明，芯柱混凝土的粗集料体积含量以0.5m3～0.55m3为宜。
2.2.2砂与胶凝材料浆体复合
对于砂浆来说，是砂和胶凝材料浆体两相。砂在砂浆中的体积含量，影响砂浆的收缩及流动堵塞情况。较小的砂体积含量可减小堵塞甚至不堵塞，而砂浆的收缩随砂体积含量的减小而增大。研究表明，砂在砂浆中的体积含量以在42%～44%。砂浆的粘度与砂浆中砂子含量有关，与胶凝材料浆体浓度有关。
2.2.3复合胶凝材料与水
对于胶凝材料浆体来说，是复合胶凝材料和水两相，通常用水胶比来表示它们的关系。水胶比决定着胶凝材料浆体的流动性，水胶比大，则浆体粘度小，混凝土可有较好的流动性，但强度则随水胶比的增大而降低。因此，水胶比不宜过小，否则会使流动性变差，但也不宜过大，否则会降低强度与耐久性。通过试验研究，确定了低强度（C25、C20）自密实混凝土的合理水胶比范围在0.4左右。当混凝土强度要求不很高时，可掺入一定的矿物掺合料进行调整。[2-3]
2.3芯柱高性能自密实混凝土配合比设计方法----固定砂石体积含量法
自密实混凝土配合比设计方法有全计算法和固定砂石体积含量法，固定砂石体积含量计算法是根据高流动自密实混凝土流动性及抗离析性和配合比因素之间的平衡关系，在试验研究的基础上得到的一种能较好适用高流动自密实混凝土的特点和要求的配合比计算方法，本试验中采用的是固定砂石体积含量法。
计算步骤如下：
1）计算1石子的用量
（假定 ）
2）计算砂浆的密实体积
3)计算砂子的密实体积
4)计算砂的用量
5)水泥浆的密实体积
6)确定水胶比本次试验
7)计算胶凝材料的表观密度
8)确定掺合料，水泥的用量
2.4配合比优化与调整
自密实混凝土配合比优化过程主要解决高流动性、高稳定和有效控制坍落度损失的问题。高流动性主要是依靠调整高效减水剂的品种和掺量，高稳定性主要是依靠调整矿物的掺合料以及采用与混凝土拌合物体系相容性好，对混凝土硬化后性能无不利影响的增稠剂，而坍落度损失主要是也依靠缓凝剂的用量来调整。
2.5单因素优化过程
2.5.1高效减水剂对自密实混凝土工作性的影响
经过初步试验，确定萘系高效减水剂掺量为1%，加入1%的高效减水剂对自密实混凝土拌合物在90min后虽然坍落度和扩展度都满足要求，但是中边差太大，为使混凝土有良好的工作性能，加入缓凝剂和增稠剂进行调整。
2.5.2增稠剂和缓凝剂对自密实混凝土的影响
单一采用一种外加剂很难达到自密实混凝土的要求，现在把高效减水剂、缓凝剂和增稠剂复合在一起，试验中随着缓凝剂的增加，自密实混凝土的坍落度、扩展度、越来越大，中边差越来越小，但是泌水和离析现象并没有随之改善，为了进一步调整自密实混凝土的性能，把外加剂掺量增加0.01，可以看到增稠剂的增加改善了自密实混凝土的泌水和离析现象，扩展度和坍落度损失也控制在一定范围之内，而在最后一组外加剂掺量可以作为混凝土小型承重砌块芯柱自密实混凝土的参考掺量。
3结论
1）本试验采用固定砂石体积含量法，在此基础之上，利用各种外加剂的复合，成功配制出了120min坍落度>250mm、扩展度>650mm、中边差
2）低强度自密实混凝土水胶比大，较高强自密实混凝土更容易出现泌水，利用高效减水剂、增稠剂和缓凝剂等不同外加剂的复合，能较好的解决这个问题。
3）在不同外加剂的复合下，自密实混凝土的坍落度和扩展度均有不同程度的损失，但在90min内的坍落度和扩展度的经时损失均较小。由实验可知，不同外加剂的复合对坍落度和扩展度损失的影响要好于单掺一种外加剂的组合。因此，复合使用外加剂的不同组合，是一种控制坍落度和扩展度损失的有效方法。
4）由混凝土小型空心砌块的结构特点，采用自密实混凝土替代普通混凝土浇注芯柱，其经济效益和环保效益更为突出，符合建材业的绿色化、可持续化发展方向的要求，在混凝土小型承重空心砌块配有芯柱的结构体系工程的施工中具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]张鸿敏、刘蕙兰、黄靖、倪静，高性能芯柱混凝土(HPG)配合比设计体系 科学研究
[2]黄靖，张鸿毓，倪静等. 高性能芯柱混凝土（HPG）配合比设计体系[J]. 粉煤灰，2002，6：15~16.
[3]胡建强，低强度自密实混凝土初步研究 河北农业大学硕士学位论文