自密实微膨胀铰缝混凝土与砂浆配制

自密实微膨胀铰缝混凝土与砂浆配制 一、原材料的选择 1.1 水泥

水泥应符合现行国家标准《通用硅酸盐水泥》GB 175-2008的质量要求。水泥用量对于膨胀率影响很大，所以称量水泥必须准确，误差不得超过1%。通用硅酸盐水泥化学指标应符合表1规定。

表1 硅酸盐水泥化学指标 /%

品种 代号 P·I 硅酸盐水泥 P·Ⅱ 普通硅酸盐水泥 P·O ≤1.50 - ≤3.5 ≤5.0 ≤3.5 ≤5.0 ≤0.06 不溶物 (质量分数) ≤0.75 烧失量 (质量分数) ≤3.0 三氧化硫 (质量分数) 氧化镁 (质量分数) 氯离子 (质量分数)

水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量应不大于0.60%或由买卖双方协商确定。

硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥细度以比表面积表示，不小于300m2/kg。 1.2 外加剂

缓凝高效减水剂、泵送剂、防冻剂等混凝土外加剂必须分别符合国家现行标准《混凝土外加剂》GB 8076、《混凝土泵送剂》JC 473、《混凝土防冻剂》JC 475的规定。

外加剂的选用必须慎重，同一外加剂在不同微膨胀混凝土中会产生不同效果，因此必须通过试验后才能使用。 1.3 矿物掺合料（★粉煤灰最好是Ⅰ级）

铰缝自密实微膨胀混凝土可掺入粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺合料，其技术性能指标应符合下列要求：

1） 粉煤灰

用于铰缝自密实微膨胀混凝土的粉煤灰应符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB 1596的规定（错误！书签自引用无效。）；强度等级高于C40的自密实微膨胀混凝土宜选用Ⅰ级粉煤灰。C类粉煤灰的体积定性必须检验合格。

表2 粉煤灰的技术性能指标

项 目 细度（45μm方孔筛筛余）（%）≤ 需水量比（%）≤ 烧失量（%）≤ 含水量（%）≤ 三氧化硫（%）≤ 游离氧化钙（%）≤ F类粉煤灰 C类粉煤灰 级别及技术性能指标 Ⅰ级 12.0 95 5.0 1.0 3.0 1.0 4.0 Ⅱ级 25.0 105 8.0 2）磨细矿渣粉

用于铰缝自密实微膨胀混凝土的粒化高炉矿渣粉应符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T 18046的技术性能指标的要求（表3）。

表3 粒化高炉矿渣的技术性能指标

项 目 密度（g/cm3）≥ 比表面积（m2/kg）≥ 活性指数（%）≥ 7d 28d 95 105 85 级别及技术性能指标 S105 S95 2.8 350 75 95 90 1.0 4.0 0.02 3.0 55 75 95 S75 流动度比（%）≥ 含水量（%）≤ 三氧化硫（%）≤ 氯离子含量（%）≤ 烧失量（%）≤ 1.4 集料

集料应符合国家现行标准《普通混凝土用砂、石质量标准及检验方法》JGJ 52和《公路桥涵施工技术规范》JTJ 041的规定。

细集料宜选用第2级配区的中砂，含泥量应不大于3.0%，泥块含量不大于1.0%；粗集料宜采用连续级配，石子最大粒径不宜大于20mm，含泥量应不大于1.0%，泥块含量不大于0.5%，针片状含量不大于8.0%。 1.5 水

拌合水应符合国家现行标准《混凝土用水标准》JGJ 63的规定。水应洁净，拌合水量需要比相同坍落度的普通混凝土多10%～15%。因为增加用水量会增大水灰比，使膨胀率减少和干缩率增加，所以应该在操作条件许可下采用最小的加水量，或掺加减水剂来减少需水量。 1.6膨胀剂（★）

膨胀剂质量应符合《混凝土膨胀剂》GB 23439-2009和《混凝土膨胀剂应用技术规范》GBJ 50119-2003的相关规定。膨胀剂运到工地后应进行限制膨胀率试验检测，合格后方可入库、使用。膨胀剂应存放在具有防潮结构的专用场所中，不得与水泥等其他材料混放。膨胀剂在贮放过程中不得发生结块、胀袋现象，否则，应进行品质复验后再用。 （1）品种

混凝土工程可采用下列膨胀剂：（★下面的只要选一种即可） 1）硫铝酸钙类

是指与水泥、水拌和后经水化反应生成钙矾石的混凝土膨胀剂。 2）硫铝酸钙－氧化钙类

是指与水泥、水拌和后经水化反应生成钙矾石和氢氧化钙的混凝土膨胀剂。 3）氧化钙类

是指与水泥、水拌和后经水化反应生成氢氧化钙的混凝土膨胀剂。 （2）技术要求

混凝土膨胀剂性能指标应符合

表规定。

表4 混凝土膨胀剂性能指标（GB 23439-2009）

项 目 化学成分 氧化镁（%）≤ 总碱量（Na2O+0.658K2O）（%）≤ 凝结时间 物理性能 限制膨胀率（%） 抗压强度（MPa） 初凝（min）≥ 终凝（min）≤ 水中 空气中 B法 7d≥ 21d≥ 7d≥ 28d≥ 0.025 -0.020 20.0 40.0 指标值 5.0 0.75 45 600 0.050 -0.010 注：本表中的限制膨胀率为强制性的，其余为推荐性的。

（3） 适用范围

1）含硫铝酸钙类、硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂配制的微膨胀混凝土（砂浆）不得用于长期环境温度为80℃以上的工程。

2）含氧化钙类膨胀剂配制的膨胀混凝土（砂浆）不得用于海水或有侵蚀性水的工程。

3）掺膨胀剂的混凝土只适用于钢筋混凝土工程和填充性混凝土工程。 （4）掺膨胀剂混凝土（砂浆）的性能要求

1）一般施工用微膨胀混凝土，其性能应满足表的要求。限制膨胀率与干缩率的检验应按《混凝土外加剂应用技术规范》GBJ 50119-2003附录B方法进行；抗压强度的试验应按《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 50081进行。

表5 微膨胀混凝土的性能

项目 龄期 限制膨胀率（×10） 水中14d -4限制干缩率（×10） 空气中28d -4抗压强度（MPa） 28d

性能指标

≥1.5 ≤3.0 ≥40 2）空心板铰缝填充用微膨胀混凝土，其性能应满足表的要求。限制膨胀率与干缩率的检验按《混凝土膨胀剂应用技术规范》GBJ 50119-2003附录B法进行。

表6填充用膨胀混凝土的性能

项目 龄期 性能指标

3）掺膨胀剂混凝土的抗压强度试验应按《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 50081进行。空心板铰缝填充用膨胀混凝土的强度试件应在成型后第三天拆模。

4）空心板铰缝底部填充微膨胀砂浆性能应满足设计要求。微膨胀砂浆用水量按砂浆流动度为250±10mm的用水量，采用40×40×160mm试模，无振动成型。拆模、养护、强度检验应按《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》GB/T 17611进行。竖向限制膨胀率的测定方法应按《混凝土膨胀剂应用技术规范》GBJ 50119-2003附录C进行。

二、铰缝C40自密实微膨胀混凝土和砂浆配合比设计 2.1 铰缝C40自密实微膨胀混凝土配合比设计 （1） C40自密实微膨胀混凝土设计指标

铰缝施工用自密实微膨胀混凝土设计指标如下：

设计强度40MPa，7d达80％，28d配制强度fcu28≥49.9MPa；

混凝土流动性按第三级设计，坍落度T=220～240mm，扩展度500～600mm，扩展度为50cm扩展时间 T50为15～20s；泌水率小，和易性好，满足自密实施工要求。

（2）C40自密实微膨胀混凝土配合比计算

限制膨胀率（×10） 限制干缩率（×10） 水中14d ≥2.5 空气中28d ≤3.0 -4-4抗压强度（MPa） 28d ≥40

1）配制强度

f cu,o≥f cu,k +1.645×σ=40+1.645×6=49.9MPa

2）用水量

按JGJ 55-2000规程碎石最大粒径为31.5mm，坍落度大于220mm，优选缓凝型高效减水剂，取用水量为 mw=170kg/m3。满足155～180 kg/m3要求。

3）水灰比

考虑安全系数，fce取42.5MPa。

w/c = αa fce/（f cu,o+ αaαbfce）

= 0.46×42.5/（49.9+0.46×0.07×42.5）=0.38

可按0.38±0.03进行试配，考虑到膨胀对强度的影响，取W/B=0.36；

4）水泥用量Co

Co = mwo/（w/c）=170/0.36=472 kg/m3

5）膨胀剂掺量的计算

设基准混凝土配合比中水泥和粉煤灰掺合料用量分别为C0、F0，膨胀剂取代胶凝材料率为K。

（1）胶凝材料为水泥和膨胀剂（E）时，膨胀剂掺量E=C0×K，水泥用量C=C0-E。

（2）胶凝材料为水泥，粉煤灰等掺合料和膨胀剂时，膨胀剂掺量E=（C0+F0）×K；掺合料F=F0×(1-K)；水泥C=C0×(1-K）。

混凝土膨胀剂掺量10%，膨胀剂用量E=472×10%=47.2kg。 6）水泥用量

C=472-47=425kg

混凝土中的粉体量满足0.16～0.23m3，水粉体积比为1.08，满足0.8～1.15的要求。（如用42.5级~52.5级硅酸盐水泥可掺水泥用量的15~20%I级粉煤灰或I级粉煤灰与矿渣微粉双掺；如用42.5级普通水泥可掺水泥用量的10%~15%I级粉煤灰或矿渣微粉）。

7）砂率

考虑到胶凝材料用量较高，其中掺了10%HEA，混凝土流动性大，参照JGJ55-2000标准，砂率取44%。

8）砂、石用量

采用体积法：mc0/ρ+ mPZ/ρPZ+mw0/ρw + ms0 /ρs+mg0/ρg+0.01α=1

βs= ms0/（ms0+ mg0），取44%

其中ρc＝3100kg/m3，ρPZ＝3000kg/m3。 求得：ms0=779kg， mg0=991kg

因考虑到混凝土后期对收缩徐变的影响，粗骨料体积用量为0.367m3，稍高于0.35m3的要求。

9）减水剂用量

FDN-4掺量1.4%，则用量为472×1.4%=6.61kg

混凝土配合比（kg/m3）：

水泥: HEA:外加剂:砂:石:水=425:47.2:6.61:779:991:170

混凝土膨胀剂（HEA）掺量47.2kg，混凝土表观密度2420 kg/ m3。

10）以上述计算配合比为基础，变动膨胀剂掺量、胶凝材料用量、砂率和水胶比,经优化得出试验配合比，并试配调整，列于表中。

表7 C40自密实微膨胀混凝土配合比(kg/m3)

组别 P8 P10

（3）C40自密实微膨胀混凝土性能试验

C40自密实微膨胀混凝土按表的配合比制备，测得其混凝土性能的结果列于表和

表中。

表8 C40自密实微膨胀混凝土新拌性能 组别 坍落度T0（mm） 扩展度D0（mm） 泌水率（%） 表观密度（kg/m3） P8 P10

表9 C40自密实微膨胀混凝土力学性能

组别 抗压强度（MPa） 7d 14d 28d 限制膨胀率（10-4） 限制干缩率（10-4） 水中7d 水中14d 水中14d空气中28d 210 215 550 520 1.5 0 2420 2420 C 423 425 HEA 37 47.2 FDN-4 5.52 6.61 S 760 779 G 1040 991 W 170 172 W/B Sp（%） 0.37 0.36 42 44

P8 P10

42.1 46.1 47.8 54.8 60.0 66.2 2.64 3.90 2.82 4.11 0.50 1.51 试验结果表明，配制的C40高性能混凝土保水性好，无泌水，坍落度满足了泵送施工的要求。

铰缝补偿收缩混凝土W/B不大于0.37时，C40自密实微膨胀混凝土配制强度满足设计要求；HEA膨胀剂掺量为8%～10%时，微膨胀混凝土14d限制膨胀率满足GB 50119-2003标准补偿收缩混凝土和填充用膨胀混凝土的性能指标。14d抗压强度满足设计指标，可用于铰缝补偿收缩混凝土施工，推荐采用P10（HEA型膨胀剂掺量为10%）组的配合比。

2.2 C40自密实微膨胀砂浆配合比设计

（1）C40自密实微膨胀混凝土设计指标 铰缝施工用微膨胀砂浆设计指标如下：

设计强度40MPa，7d达80％，砂浆的配制强度fcu28≥46.0MPa；

砂浆坍落度T=220～240mm，扩展度为500～550mm, 泌水率小，和易性好，满足自密实要求。

（2）C40自密实微膨胀砂浆配合比计算

1）配制与上述混凝土同强度同配比的砂浆，取f cu.o=1.15×40=46.0MPa。 2）其他配合比参数及每立方米混凝土原材料用量同自密实微膨胀混凝土。C40自密实微膨胀混凝土配合比（kg/m3）：

水泥:HEA:减水剂:砂:石子:水=425:47.2:6.61:779: 991:170

3）考虑C40自密实微膨胀砂浆不含粗骨料，故需重新计算每立方米自密实微膨胀砂浆的原材料用量。考虑到原混凝土中粗骨料用量为石子991kg/m3，其体积为991/2700=0.367m3，石灰石的饱和面干吸水率为1.2%，故吸水11.9kg，实际混凝土中的砂浆体积为1-0.367=0.633 m3，减水剂用量为1.2%。

4）C40自密实微膨胀砂浆配合比（kg/m3）：

1m3C40自密实微膨胀混凝土去除粗骨料后，只有0.633 m3砂浆，经修正后

水泥：425/0.633=671 kg/m3 膨胀剂：47.2/0.633=74.5 kg/m3

砂：779/0.633=1230 kg/m3

减水剂：671×1.2%=8.05 kg/m3；含水8.05×（1-0.35）=5.2 kg 水：170/0.633-11.9-5.2=251.5 kg/m3 1m3C40自密实微膨胀砂浆配合比为：

水泥671；膨胀剂 74.5；砂1230；水252；减水剂8.05

C40自密实微膨胀砂浆表观密度为2230kg/m3。 备料：

水泥：100kg I级粉煤灰20kg 膨胀剂：11kg 高效减水剂：2kg 中砂：200kg 碎石：259kg

（如用42.5级~52.5级硅酸盐水泥可掺水泥用量的15~20%I级粉煤灰或I级粉煤灰与矿渣微粉双掺；如用42.5级普通水泥可掺水泥用量的10%~15%I级粉煤灰或矿渣微粉）。