第３６卷第３期 ２０１５年６月 大 连 交 通 大 学 学 报 Ｊ０ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＤＡＬＩＡＮ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｖ０Ｉ＿３６ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２０１５ 文章编号：１６７３—９５９０（２０１５）０３—００６０．０５ 自密实砂浆配合比设计及工作性能 张云国，李梦楠，薛向锋 （大连交通大学土木－９安全工程学院，辽宁大连１１６０２８）米 摘要：分别考虑了水胶比、粉煤灰掺量、砂率、减水剂用量的变化，用全计算法设计了１３种配合比的自密 实砂浆，应用欧洲自密实混凝土规范ＥＦＮＡＲＣ建议的方法对自密实砂浆进行了流动扩展度、Ｖ型漏斗试 验，分析材料掺量对工作性能的影响规律，据此可以快速确定自密实砂浆的配合比参数．结果表明，在选定 水泥标号条件下，自密实砂浆配合比参数范围的选择有限． 关键词：自密实砂浆；工作性能；流动扩展度；配合比设计 文献标识码：Ａ ０ 引言 近年来，自密实混凝土在工程上的应用越来 越广泛，国内外学者开展了较多的关于自密实混 凝土性能的研究 ．有的把纤维添加到自密实混 １试验 １．１试验原材料 试验中采用的水泥为大连小野田水泥厂生产 的Ｐ・Ｏ ４２．５Ｒ普通硅酸盐水泥，其基本性能指标 如下：初凝时间为１４８ ｍｉｎ，终凝时间为１９２ ｍｉｎ，３ ｄ 抗压强度为２７．５ ＭＰａ，２８ ｄ抗压强度为５３．６ ＭＰａ，安 凝土中形成纤维自密实混凝土，也有的用轻骨料替 代普通骨料得到自密实轻骨料混凝土＿３ Ｊ，这些混凝 土的配合比设计方法及工作性能一直是国内外研究 中主要关注的问题．作为自密实混凝土重要基体材 料，自密实砂浆的性能对自密实混凝土工作性能的 影响非常大，同时它也是一种特殊形式的自密实混 定性为合格．粉煤灰的加入可减少水泥的用量，降 低水化热，提高混凝土的抗离析性，因此，配制高性 能混凝土或者砂浆时通常要加人粉煤灰，以改善混 凝土的性能．本次研究采用的是大连本地产Ｉ级粉 煤灰，物理性能如下：密度为２．３ ｇ／ｃｍ ，烧失量为 凝土，广泛应用于工程狭窄部位的填充、自流平地面 及工程修复当中 ｊ．日本学者Ｏｋａｍｔｔｒａ最早提出自 密实混凝土概念时，就提出了一种先配制自密实砂 ０．６２％，需水量比为９４％，含水量为０．１％，三氧化 硫为０．７８％．减水剂的加入可以大大提高砂浆的流 浆，再按照固定粗骨料体积进行自密实混凝土配合 比设计的方法 Ｊ．自密实砂浆的工作性能对自密实 混凝土的工作性能有着重要的影响。。 ．本文从自密 动性，降低用水量．由于聚羧酸类的减水剂减水率 高，与水泥的兼容性好，所配制出的混凝土拌合物 的保水ｆ生和体积稳定ｌ生也较好，本次试验采用的减 水剂为巴斯夫化学建材（北京）有限公司生产的聚 羧酸减水剂，减水剂物理性能见表１． 实砂浆的组成材料着手，采用欧洲规范ＥＦＮＡＲＣ建 议的试验方法 Ｊ，分析各组成材料对自密实砂浆工 作性能的影响规律，为自密实砂浆的工程应用及自 密实混凝土配合比设计方法提供更多依据． 表１高效减水剂物理性能 米收稿日期：２０１４—１１—２５ 基金项目：辽宁省教育厅高等学校科学研究计划资助项目（Ｌ２０１２１６９） 作者简介：张云国（１９７８一），男，讲师，博士，主要从事高性能混凝土性能方面研究 Ｅ・ｍａｉｌ：ｚｙｇ—ｎｃｗｕ＠１６３．ｃｏｍ． 第３期 张云国，等：自密实砂浆配合比设计及工作性能 ６１ 配制自密实砂浆对砂的要求较高，砂的粗细 直接影响自密实砂浆的工作性能．如果选用粗砂， 代水泥质量系数为 ｒ，则 ： ，式（２）可表 会降低自密实砂浆的粘聚性，容易离析；如果选用 细砂，表面积增大，会导致用水量增加，会对自密 Ｍｃ ＝— —— — 一１－ｖ ，－ｖｏ㈩ （３） 实混凝土的强度和弹性模量产生不利影响．因此， 在配制自密实砂浆时宜选用细度模数较大的偏粗 ｐ （１一竹）’ＪＤ 。（１一竹） 中砂，从而降低自密实砂浆的用水量，保证拌合物 的流动性．试验中采用大连本地河砂，表观密度 ２ ６５０ ｋｇ／ｍ ，细度模数２．７５． １．２砂浆配合比设计方法 砂浆配合比设计采用全计算配合比设计方法 通过试配确定．干砂体积 可依据砂和胶凝材料 的观点 ］，假设：①自密实砂浆的各个组成材料 具有体积可加性；②干砂浆的空隙由水来填充；③ 砂浆由水泥、砂、矿物掺和料和空隙组成． 之间选择．根据上述水胶比表达式和粉煤灰取代 按照上述假定，单位体积砂浆的构成如式 水泥量关系可以确定水及粉煤灰用量．减水剂用 （１）所示： 量需要根据减水剂的特性和减水效率综合确定． ＋ ＋ ＋ ＋ ＝１ （１） 为了研究砂浆在不同配合比参数条件下工作 式中： 、 、ｌ／，、 、 分别为水、水泥、粉煤灰、砂 及空隙的体积． 率的变化、粉煤灰掺量的变化及减水剂掺量的变 换算成质量与密度的关系得： ＋ ＋ ＋ ＋ ：１ （２） Ｐ Ｐｃ ｐｆ 式中： 、 、 ，分别为水、水泥、粉煤灰的质量； Ｐ 、ｐ ，分别为水、水泥、粉煤灰的密度．如果水 别考虑上述变化，设计砂浆配合比如表２所示． 胶比为Ｃ ，粉煤灰采用内掺法添加，取 表２砂浆配合比设计参数 ６２ 大 连 交 通 大 学 学 报 第３６卷 １．３砂浆工作性能试验方法 自密实砂浆的试配过程中，每种配合比类别 的砂浆每次试验配制２ Ｌ，这样可以大大降低试配 的工作量，同时也可以节约材料．将称好的砂、水 泥、粉煤灰依次倒人砂浆搅拌机容器中，慢速搅拌 ６Ｏ ｓ，使得三种原材料充分混合，然后加入水和减 水剂，３０ ｓ后调至快搅的档位，再搅拌６０ ｓ．自密 实砂浆工作性能的判定采用欧洲自密实混凝土规 范（ＥＦＮＡＲＣ） 关于自密实砂浆工作性能建议的 流动扩展度试验和Ｖ一型漏斗试验方法综合判 定，Ｖ一型漏斗试验装置如图１所示． 图１砂浆Ｖ－型漏斗试验装置 ２结果与讨论 ２．１试验结果及分析 目前砂浆工作性能的试验研究方法多数采用 欧洲规范ＥＦＮＡＲＣ的流动扩展度和Ｖ．型漏斗试 验，前者主要评价砂浆的流动性，而后者主要评价 砂浆的粘聚性，二者是评价自密实砂浆或者混凝 土工作性能的重要指标，其关于自密实砂浆的流 动扩展度建议值为（２４０ ４－２０）ｍｍ，通过Ｖ．型槽的 时间 为７～１１ ｓ．对于砂浆扩展到直径２５０ ｍｍ 所用的时间 。国际上并没有统一的标准，只作 为评价砂浆流动性能的参考指标， 。越小表明 砂浆的流动性能越好．因此，研究中采用该三项指 标结合观察对自密实砂浆的工作性能进行综合分 析．对设计的１３种配合比的砂浆进行流动扩展度 及Ｖ．型漏斗试验，结果见表３～表６所示，同时绘 制不同分组的砂浆流动扩展度及Ｖ一型漏斗试验 结果，见图２． 由表３可以看出，随着水胶比的增加，砂浆的 流动扩展度增加， ∞及通过Ｖ一型漏斗的时间 逐渐减小，这是因为随着水胶比的增大，用水量 增加，砂浆拌合物粘聚性减小，导致流动扩展度增 加，综合上述实验结果分析水胶比为０．３６的Ｍ一 ３较好，减小或增大水胶比会导致粘稠流动性不 满足要求或者出现离析现象． 表３不同水胶比条件下砂浆工作性能结果 由表４可以看出，随着砂率的增加，自密实砂 浆的流动扩展度呈减小趋势， 。及 时间逐渐 增大，说明砂浆的流动性能变差，其原因是随着 用砂量的增加，砂的表面积增加，胶凝材料用量不 变情况下，包裹砂表面的胶凝材料变少，导致颗粒 之间的摩擦力增大，同样水胶比条件下砂浆会变 得粘稠，因此出现流动扩展度变小，通过Ｖ．型漏 斗时间增加．可以看出，砂率为０．４１的Ｍ一３工 作性能较好． 表４不同砂率条件下砂浆工作性能结果 表５不同粉煤灰掺量条件下砂浆工作性能结果 由表５可以看出，随着粉煤灰掺量的增加，流 动扩展度呈增加趋势，而通过Ｖ一型漏斗时间呈先 减小后增大的趋势，说明粉煤灰用量增加，砂浆流 动性增大，而粘聚性先减小后增加，由于粉煤灰采 用的是内掺法，用等量的粉煤灰取代水泥，粉煤灰 的颗粒更细，水化速度慢，初始阶段水化反应需水 量小，使得砂浆混合物的均匀性和保水性得到改 善，降低了砂浆流动所需要克服的剪切屈服应力， 流动性增加；但粉煤用量较大时，较大的颗粒表面 积需要吸收更多的水分，超过了水泥和粉煤灰水 大 连 交 通 大 学 学 报 第３６卷 ［５］ＯＫＡＭＵＲＡ Ｈ，ＯＺＡＷＡ Ｋ．Ｍｉｘ—ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｓｅｌｆ－ｃｏｍｐａｃ— ｔｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｓ］．Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｏｆ ＪＳＣＥ，１９９３，２５：１０７—１２０． ［６］赵庆新，杜艳廷，李春雨，等．自密实砂浆工作性测试 方法研究［Ｊ］．武汉理工大学学报，２００９，３１（７）：９— １ １，３０． ［７］陈建奎，王栋民．高性能混凝土（ＨＰＣ）配合比设计新 法——全计算法［Ｊ］．硅酸盐学报，２０００，２８（２）：１９４． １９８． ［８］Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｇｒｏｕｐ．Ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ ｓｅｒｆ－ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｓ］．ＵＫ：ＥＦＮＡＲＣ，２００２：１４—１７． Ｄｅｓｉｇｎ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｓｅｌｆ－Ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ Ｍｏｒｔａｒ ＺＨＡＮＧ Ｙｕｎｇｕｏ，ＬＩ Ｍｅｎｇｎａｎ，ＸＵＥ Ｘｉａｎｇｆｅｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ＆Ｓａｆｅｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ １ １６０２８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｔｏ ｂｉｎｄｅｒ ｒａｔｉｏ，ｆｌｙ ａｓｈ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｓａｎｄ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ａｎｄ ｕｓａｇｅ ｏｆ ｈｉｇｈ ｒａｎｇｅ ｗａｔｅｒ ｒｅｄｕｃｅｒ，１ ３ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｓｅｒｆ－ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ ｍｏｒｔａｒｓ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｕｓｉｎｇ ｆｕｌｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｗｏｒｋ－ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｍｏｒｔａｒｓ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｌｕｍｐ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｖ—ｆｕｎｎｅｌ ｔｅｓｔ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｂｙ ＥＦＮＡＲＣ．Ｔｈｅ ｍｉｘ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｌｆ－ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ ｍｏｒｔａｒ ｃａｎ ｂｅ ｑｕｉｃｋｌｙ ｄｅｃｉｄｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｒｕｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙ．Ｉｔ ｉｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｉｘ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｓｃｏｐｅ ｉｓ ｌｉｍｉｔｅｄ ｉｆ ｔｈｅ ｃｅｍｅｎｔ ｇｒａｄｅ ｉｓ ｄｅｃｉｄｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｒｆ－ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ ｍｏｒｔａｒ；ｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙ；ｓｌｕｍｐ ｆｌｏｗ；ｍｉｘ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ （上接第５５页） Ｏｐｔｉｍａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｍａｉｎ Ｆｒａｍｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｐｒｅｓｓ－Ａｓｓｅｍｂｌａｇｅ Ｍａｃｈｉｎｅ ｆｏｒ Ｓｅａｌｅｄ Ｃｏｗｌｉｎｇｓ ＳＨＥＮＧ Ｙｏｕｙｉ ，ＺＨＡＮＧ Ｌｉａｎｇ ，ＳＵＮ Ｊｉａｎｘｕ ，ＰＡＮ Ｙｅ ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉｕｊｕａｎ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＴｒａｆｉｆｃ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０２８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ ｌ １６０２８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ａｃｔｕａｌ ｎｅｅｄｓ，ｔｈｅ ｆｏｕｒ—ｃｏｌｕｍｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｃｈａｎｇｅｄ ｉｎｔｏ Ｃ－ｓｈａｐｅｄ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ ａ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｐｒｅｓｓ—ａｓｓｅｍｂｌａｇｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｏｆ ｓｅａｌｅｄ ｃｏｗｌｉｎｇｓ Ｕｓｉｎｇ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＢＡＱＵＳ，ｔｈｅ ｅ－ ｌａｓｔｉｃ ａｎｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃ—ｓｈａｐｅｄ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｒａｄｉｕｓ，ｃｌａｍｐ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｃｕｒｂ ｈｅｉｇｈｔ ａｎｄ ｃｕｒｂ ｓｐａｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ａｎｄ ｖｅｒ— ｔｉｃａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃ—ｓｈａｐｅｄ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆ ＭＡＴＬＡＢ ｔｏｏｌｂｏｘ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｃ—ｓｈａｐｅｄ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｈｉｃｈ ａｃｃｏｒｄｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｑｕｅｓｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｕｓｅｒｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃ—ｓｈａｐｅｄ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｅｌａｓｔｉｃ ａｎｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ