作者：张毅
自密实混凝土目前在我国通常采用矿渣粉、粉煤灰等矿物掺和料以及人工砂中的石粉来提高胶凝材料总量，由于粉体量大，水胶比低，配制普通强度等级的自密实混凝土较为困难，研发低成本、状态稳定的普通强度等级自密实混凝土有现实意义。
以河砂为主要代表的天然砂资源不断匮乏，与天然河砂相比，机制砂普遍存在颗粒级配不佳、粗糙、多棱角、泥和石粉的含量高等问题，因此普通自密实混凝土的配合比设计不适用于大掺量机制砂低胶材自密实混凝土。
本文在自密实混凝土配合比计算的基础上，根据工作性能、强度、抗碳化性能等技术指标，开展原材料正交优选试验，研发出使用大掺量机制砂的C30低胶凝材料用量自密实混凝土。
1低胶凝材料用量自密实混凝土的配合比计算
在设计自密实混凝土基准配合比时，主要基于P．042.5普通硅酸盐水泥、S95矿渣粉、II级粉煤灰、中砂、5~ 20mm碎石等原材料的情况，根据《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T283-2012（以下简称《规程》）确定C30基准混凝土配合比。
1)确定粗骨料和砂的用量 《规程》规定，1m3的混凝土粗骨料体积宜为0. 28~0.35m3，根据填充性指标SF1选择粗骨料体积为0.34 m3，根据粗骨料抽样检测的表观密度结果，确定粗骨料用量为880kg。确定砂浆体积V m=1-粗骨料体积=0.66m3；由于《规程》中砂的体积分数推荐范围为0. 42~0.45；考虑到本文制备的自密实混凝土的低强度等级和低胶凝材料用量的特殊性，适当增加砂的体积分数至0. 54，因此得到砂的体积V s=砂浆体积×砂的体积分数=0. 66×0.54=0.356m3；砂的质量=砂的体积×砂的表观密度=0. 356×2 600=926kg；最后确定砂的用量为930kg。
2)确定浆体体积 确定胶凝材料浆体体积V p=V m-Vs=0.304 m3。
综上，确定基准混凝土配合比如表1所示。
2原材料正交优选试验
2.1原材料及试验因素与水平的制定
针对原材料中水泥、矿渣粉、粉煤灰、细骨料、减水剂各选择3个品种进行试验优选，同时对每种减水剂各确定3种掺量水平。原材料的具体品种为：3种水泥分别为山东山铝水泥厂P. O 42.5普通硅酸盐水泥、青岛即墨中联水泥厂P. O 42.5普通硅酸盐水泥、山东山水水泥集团有限公司P. O 42.5普通硅酸盐水泥；3种矿渣粉分别为青岛广运达工贸有限公司S95矿渣粉、青岛碱厂S95矿渣粉、潍坊特钢S95矿渣粉；3种粉煤灰分别为青岛广运达工贸有限公司Ⅱ级粉煤灰、青岛碱厂Ⅱ级粉煤灰、青岛利玮晟业建材有限公司Ⅱ级粉煤灰，其中3种水泥、矿渣粉和粉煤灰的生产批次和化学成分分析有所不同；3种细骨料包括2种大沽河中砂(河砂l、河砂2)和青岛青建再生资源有限公司生产的机制砂中砂与河砂1按照1：1比例的混掺砂，细骨料的技术指标如表2所示；通过前期的以阻泥剂、黏性改性剂等组分复配减水剂及其与胶凝材料相容性试验，复配并初选出聚羧酸系1号、聚羧酸系4号、脂肪族系
3号3种高效减水剂。粗骨料为青岛青建再生资源有限公司生产的5~ 20mm碎石。水为自来水。
正交试验按照L18(36)正交表来安排，如表4所示。
2.2正交试验
正交试验中，以新拌混凝土的工作性、硬化后混凝土的强度和碳化性能为考核指标，进行原材料优选试验。工作性试验指标包括：扩展度、J环扩展度、离析率，试验方法参照《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T283-2012；强度指标为混凝土28d抗压强度；碳化性能试验方法参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009，对28d龄期的试块进行28d加速碳化试验。正交试验结果如表5所示。
3 正交试验结果分析和原材料优选
3.1 正交试验结果分析
不同指标的影响因素作用主次关系不同，可通过极差分析确定各指标下影响因素的主次关系。各指标影响因素的极差分析结果如表6所示。而各因素对工作性（扩展度）、强度、碳化深度的影响关系如图1所示。
综合表6和图1可以看出，影响扩展度的因素主次顺序为：E，A，C，D，B，F，影响J环扩展度的顺序为：E，A，F，D，C，B，影响扩展度与J环扩展度差值的顺序为：A，E，D，F，C，B，影响离析率的顺序为：A，E，C，F，D，B，即E因素和A因素对混凝土的工作性影响最为显著；D，B，E对混凝土的抗压强度影响最为显著，影响抗压强度的主次因素顺序为：D，B，E，C，F，A；通过影响碳化深度的主次因素顺序可以看出，A，F和E对碳化性能影响显著，其主次顺序为：A，F，E，B，D，C。
3.2 原材料优选与验证
综合考虑极差分析、正交分析结果和工程中原材料的实际情况，选取2组河砂最优原料和1组混掺砂最优原料制备C30自密实混凝土，第1组为A2，B3，C2，D3，E2，F1，第2组为A3，B3，C2，D1，E2，F3，第3组为A3，B3，C2，D2，E3，F3。
对以上3组原材料配合比进行工作性和28d强度检测，均满足自密实混凝土工作性要求和C30强度要求。对于50%机制砂掺量的混掺砂自密实混凝土，其原材料优选为山水水泥、广运达矿渣粉、青碱粉煤灰、脂肪族系3号减水剂。
4结语
1)结合自密实混凝土配合比设计，针对影响自密实混凝土工作性、强度和抗碳化性的因素，通过正交试验对原材料进行了优选。在配合比不变的情况下，细骨料和减水剂对混凝土自密实工作性的影响最为显著；而水泥和矿渣粉对自密实混凝土的抗压强度影响最大。
2)通过复掺矿渣粉、粉煤灰以及复配的高效减水剂，最终制备出总胶凝材料低至380kg/m3，机制砂掺量达50%的C30自密实混凝土，胶凝材料总量比常规普通自密实混凝土低15%~20%。因此，利用大掺量机制砂可以制备出低胶凝材料用量自密实混凝土。
3)由于未清洗的机制砂含有石粉等杂质，仍需进一步研究石粉对机制砂自密实混凝土品质的影响机理，推广机制砂在自密实商品混凝土生产中的应用。
5[摘要]通过配合比计算和正交试验手段，以大掺量机制砂和低胶凝材料用量制备了自密实混凝土，并对其工作性和硬化后的性能进行了研究。在通过配合比设计确定基准胶凝材料体系和混凝土体系的基础上，根据工作性能、强度、抗碳化性能等技术指标，进行了18组低胶凝材料用量自密实混凝土的原材料正交优选试验，研发出胶凝材料用量为380kg/m3、机制砂掺量达50%的水泥·粉煤灰-矿渣粉体系的C30自密实混凝土，胶凝材料总量比同强度等级普通自密实混凝土低15%~ 20%。结果表明，利用大掺量机制砂可制备出满足自密实工作性要求的普通强度等级混凝土。
