施工论文：高流动性钢纤维混凝土基本性能研究（一）

施工论文：高流动性钢纤维混凝土基本性能研究

1. 研究背景

广州某斜拉桥主塔高度83.8m，采用钢-混组合结构。其中钢塔段长度56.2m，混凝土塔段长度27.6m。混凝土段使用C60混凝土，钢混结合段采用C60自密实钢纤维混凝土。由于钢混段内密布剪力钉、箍筋、主筋等，浇筑孔洞覆盖面积也较小，浇筑时无法全方位振捣，对混凝土的流动性提出了较高要求。本研究将对混凝土的配合比设计分为两阶段进行。即首先确定C60自密实混凝土的配合比，再以该配合比为基础掺加钢纤维并进行相应调整，以满足施工要求。

1. 试验

2.1 自密实混凝土

自密实混凝土是一种不离析又具有显著流动性的混凝土，良好的自密实混凝土在浇筑过程中不用振捣就可以填充密实浇筑物1）。

    本试验将以混凝土流动性作为第一要素，考虑到日后将添加一定量钢纤维，势必会影响混凝土的流动性，故设计自密实混凝土配合比时，应适当加大其塌落扩展度。自密实混凝土在具有良好的和易性的同时，必须考虑到结构物的配筋状态，碎石的自然堆积密度过大以及形状的不同，会影响混凝土浇筑时的钢筋空隙间通过率2）。

2.2试验项目及指标

表1 各项试验指标

2.3 原材料

    自密实混凝土拌合材料与普通混凝土有明显不同，必须谨慎选择各种拌合材料才能满足自密实混凝土的各项指标要求。各材料性能见表2～表7。

表2 水泥性能指标

表3 粉煤灰性能指标

表4 矿粉性能指标

表5 砂性能指标

表6 碎石性能指标

表7 减水剂性能指标

2.4 配合比设计

在参考有关资料3）的基础上，首先通过试验调整以确定混凝土中的灰体比例、外加剂掺量等，使混凝拌和物的状态达到自密实的要求，并复验检测强度等得到最佳试验室配合比。

    配合比参照相关国家标准规程《普通混凝土配合比设计规程》、《自密实混凝土应用技术规程》进行。在试验室进行配合比优化设计和试配调整时应注意，水灰比的改变会影响自密实混凝土的强度及黏度特性4）5）。

   自密实性能包括：流动性、抗离析性和自填充性，分别通过坍落扩展度试验、J型环、L型流动仪确定自密实性能指标。具体过程如下：

1. 确定混凝土强度

   Fcu＝1.15fcu＝69 MPa

   Fcu: 钢纤维混凝土试配拉压强度（MPa）

   fcu: 钢纤维混凝土试配抗压强度（MPa）

1. 确定水灰比

＝0.28

fce：水泥的28d实测抗压强度（MPa）

γ：为矿物掺合料的胶凝系数；对于粉煤灰（β≤0.3）可取0.4、矿渣粉（β≤0.4）可取0.9。此处粉煤灰掺量为0.15、矿粉掺量为0.1，双掺γ取0.6。

1. 确定单位水量

考虑到流动性要求，可掺入适当粉煤灰而且粗骨料粒型级配良好，所以拟定单位用水量为150-155L。

1. 确定粗骨料的用量

表8 粗骨料用量表划分

mg＝Vg×ρg＝955

mg：每立方米混凝土中粗骨料的质量（kg）

Vg：取SF2内的0.33m³。

ρg：粗骨料的表观密度（kg/m³）

1. 确定砂用量

Vs＝Vm×Φ

ms＝Vs×ρs

Vs：砂的绝对体积（m³）

ms：每立方米混凝土中砂的质量（kg）

Φ：砂浆中砂的体积分数0.42～0.45

ρs：砂的表观密度（kg/m³）

    当Φ分别取值0.42、0.43、0.44、0.45时，ms分别为705、712、729、763、790kg。

此时砂率分别为：42%、43%、44%、45%，45.5%

故单位用砂量取三个代表值，即705kg,729kg,790kg

1. 确定水泥用量

    水灰比W/C＝0.28，单位水量为150kg/m³，故单位粉体用量为536kg/m³。扣除15%的粉煤灰，10%的矿粉， 水泥用量为402kg/m³。

1. 外加剂用量

通过原有试验资料，确定 JB-ZSC缓凝型外加剂用量为胶体的1.3%左右。

通过上述计算得出五组不同砂率的初步试验配合比见下表：

表9 自密实配合比设计表

2.5试验结果

（1）塌落扩展度试验

    下图为A、B、C、D、E各组混凝土的塌落扩展度。由下图可见，从A至E组混凝土扩展度均呈现良好的状态，但其扩展度随砂率增加而呈下降趋势，说明砂率已过其峰值。