一种铁路工程自密实混凝土组分配制方法技术领域
本发明技术属于混凝土领域,具体涉及应用于自密实混凝土的配制方法。
背景技术
铁路工程自密实混凝土(简称SCC)需要拌合物具有很高的流动性并且在
浇筑过程中不离析、不泌水，能够不经振捣而充满模板和包裹钢筋的混凝土。
需要具备高流动性、高稳定性、通过钢筋间隙能力及自填充性。SCC相对于其
它工程用混凝土，由于其较大的流动性，较高的用水量，使得SCC易产生离析
和泌水现象，具有相对较大的塑性收缩和徐变。实际工程中，出现大量由于水
粉比过大、细粒体体积及细粒桨体体积不合理等配合比设计不当等原因造成自
密实混凝土离析、泌水或抓底等问题的案例。
要满足铁路工程自密实混凝土的工作性能，必须要有合理的细粒体体积用
量。若细粒体体积用量过大，将造成混凝土干缩大、水化热大，降低了混凝土
抗裂性及耐久性能。若细粒体体积用量过少，则不能满足其工作性能。铁路自
密实混凝土对工作性能要求更加苛刻，而且铁路混凝土尤其重视混凝土结构缺
陷对寿命的影响。目前，尽管SCC混凝土的配合比设计方法有很多，但尚未有
一种稳定、统一、可靠的方法。通常出现某一配合比仅适用于某一具体工程，
能够获得优质的高性能混凝土，而当同一配合比应用于不同原材料(无论是原
材料品种、等级亦或者是生产厂家不同等)的其它工程时性能却差别很大，为
此不得不再次通过大量试验反复试配，耗费大量的时间和资源。出现这个问题
的本质原因在于，相同体积不同品种的细粒体单位体积的需水量差别很大，表
现出来的泌水率指标以及分层离析性能差别很大。甚至，同样体积、同一等级
的同一细粒体种类(比如都是一级粉煤灰)流动性能和需水量指标也都是界定
了一个范围，需水量也有较大的差别，导致配合比设计非常困难，甚至无法进
行。因此，评定自密实混凝土配制材料的技术指标是存在缺陷的，工程上尚未
有有效的方法解决这一难题。本发明弥补现有指标的缺陷，鉴于100目石灰石
细粒体性能稳定，以100目石灰石细粒体为基准，从最优细粒体体积角度出发，
提出一种基于等效石灰石细粒体体积模数的自密实混凝土的配制方法。
发明内容
鉴于评定自密实混凝土配制材料的技术指标存在缺陷，导致现有自密实混
凝土配制方法的不确定性和不统一，缺乏一种适用于原材料任何变动的可靠性
配制方法。本发明的目的是解决工程上的这一难题，提供一种基于等效石灰石
细粒体体积模数的自密实配制技术，无论原材料如何变化，均可配制出综合性
能优良的自密实混凝土。
本发明的目的是通过如下的步骤实现的。
一种铁路工程自密实混凝土组分配制方法，基于性能稳定的100目石灰
石细粒体等效体积模数Kn、单方混凝土推荐用水量、不同填充性等级混凝土等
效细粒体浆体体积推荐值VSLeR、为控制参数求取需要外加的等效细粒体质量，
实现铁路工程自密实混凝土的标准化配制，确保自密实混凝土的综合性能；其
中：
1)等效石灰石细粒体体积模数Kn由以下方法确定：
等效石灰石细粒体体积模数是指[第n种细粒体组分达到与100目石灰石
细粒体相同水泥净浆流动度，相同体积下，相同的泌水率时所需最大用水量Wn]
与[100目石灰石细粒体达到一定净浆流动度和一定泌水率时所需最大用水量
WL]之比,
即
K
n
=
W
n
W
L
,
n
(
n
=
1
,
2
,
3
,
...
...
)
]]>
确定第n种细粒体组分的等效石灰石细粒体体积模数Kn；
2)单方混凝土推荐用水量由下表确定：
表1
强度等级
C25～C35
C40～C45
C50～C55
C60
最大用水量
180
175
170
165
3)不同填充性等级混凝土等效细粒体浆体体积推荐值VSLeR由下表确定：
表2
![]()
4)需要外加的细粒体的质量计算公式：
H
F
=
(
V
S
L
e
R
-
W
-
C
ρ
C
·
K
C
-
M
A
1
ρ
M
A
1
·
K
1
-
M
A
2
ρ
M
A
2
·
K
2
-
......
-
M
A
n
ρ
M
A
n
·
K
n
-
S
·
γ
ρ
s
γ
·
K
s
γ
)
/
K
M
F
·
ρ
M
F
]]>
公式中符号说明：
MF—外加细粒体的质量，单位kg；
W—单方混凝土推荐用水量，单位kg；
C—水泥的用量，单位kg；
S—砂子的用量，单位kg；
MA1—第1种矿物掺合料的用量,单位kg；
MA2—第2种矿物掺合料的用量,单位kg；
MAn—第n种矿物掺合料的用量,单位kg；
ρC—水泥的密度，单位g/cm3；
ρMA1—第1种矿物掺合料的密度，单位g/cm3；
ρMA2—第2种矿物掺合料的密度，单位g/cm3；
ρMAn—第n种矿物掺合料的密度，单位g/cm3；
ρsγ—机制砂中细粒体的密度，单位g/cm3；
γ—机制砂中细粒体(粒径≤0.15mm)含量的百分比；
ρMF—外加细粒体的密度，单位g/cm3；
KC—水泥的等效100目石灰石细粒体体积模数；
K1—第1种矿物掺合料的等效100目石灰石细粒体体积模数；
K2—第2种矿物掺合料的等效100目石灰石细粒体体积模数；
Kn—第n种矿物掺合料的等效100目石灰石细粒体体积模数；
Ksγ—机制砂中细粒体的等效100目石灰石细粒体体积模数；
KMF—外加细粒体的等效100目石灰石细粒体体积模数；
其中，C—水泥的用量、S—砂子的用量和MAn—第n种矿物掺合料的用量
按JGJ/T283《自密实混凝土应用技术规程》规范获得。
在本发明中，设计要点的是提出了以100目石灰石细粒体为基准，确定其
它粒径≤0.15mm细粒体组分(水泥、矿物掺合料及其它)的等效石灰石细粒体
体积模数。作为基准的100目石灰石细粒体净浆流动度测定方法参照
GB/T8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》水泥净浆流动度测定方法，
净浆的制备方法参照GB/T1346《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验
方法》。其中100目石灰石细粒体代替标准规范中水泥。
本发明结合铁路工程自密实混凝土的特点和聚羧酸高性能减水剂的性能
特点，根据实践经验给出满足耐久性和施工工作性的单方混凝土用水量推荐值
(见表1)，表1结合铁路工程自密实混凝土的特点和聚羧酸高性能减水剂的性
能特点，根据实践经验给出满足施工工作性的单方混凝土推荐用水量。
根据规范JGJ/T283《自密实混凝土应用技术规程》确定各物料，包括砂
(S)、石(G)、水泥(C)胶凝材料及聚羧酸高性能减水剂的用量，单位均用
kg表示。
本发明基于自密实混凝土施工工作性和经济性给出最优的不同填充性等级
混凝土等效细粒体浆体体积推荐值VSLeR见表2。
表2获得是通过配制100目石灰石细粒体、机制砂(已筛掉0.15mm以下的
细粒体成分)、石子、水及聚羧酸高性能减水剂为原材料拌制石灰石拌合物，
以石灰石细颗粒和水的总体积作为浆体体积，确定出能够满足自密实混凝土施
工工作性要求的最佳浆体体积，并以此作为等效浆体体积推荐值，试验确定出
能够满足自密实混凝土施工工作性要求的最佳浆体体积，获得不同填充性等级
混凝土对应的不同100目石灰石细颗粒体积，并以此作为等效浆体体积推荐值。
该自密实混凝土等效细粒体浆体体积，基于自密实混凝土可靠、稳定的施工工
作性而创造性设计。
最后确定外加的细粒体质量。
根据前面所获控制参数计算需要外加的细粒体体积，并按照就地取材的原
则，优先选用质量稳定的石灰石粉(100目或200目等级),也可以选用其他的小
于0.15mm的细粒材料。
自密实混凝土全部需要外加细粒体材料。细粒体材料性能和用量严重的影
响混凝土施工工作性能。
通过本发明配制的自密实混凝土粘聚性和保水性优良，且满足自密实混凝
土的自密实性能(填充性、间隙通过性和抗离析性)，抗裂性、长期性能和耐
久性能均满足设计要求。并且本发明克服了其它配制方法面临的一旦原材料发
生变化(无论是种类、等级或者生产厂家)，自密实混凝土配制就需要通过大
量试验反复试配，反复数月调整，甚至放弃铁路自密实混凝土配制的尴尬状况
(特别是原材料不稳定下III型轨道板体系自密实混凝土配制)。本发明以不变
应万变，提出的等效石灰石细粒体体积模数弥补了指标的缺失及缺陷，应用简
单方便，解决了铁路工程自密实混凝土配制难题。
具体实施方式
实施例1：C40自密实混凝土，σ为5.0MPa,填充性等级SF1。
下述实施中原材料使用情况如下：四川峨胜水泥有限公司P.O42.5普通
硅酸盐水泥，密度3.10g/cm3；四川巨星新型材料有限公司JX-GBNHy2高性能
聚羧酸减水剂,推荐掺量1％；遂宁某厂生产的偏高岭土，密度2.58g/cm3，外掺
30％；四川柯帅外加剂有限公司生产的UEA型膨胀剂，密度2.71g/cm3，外掺10％；
广汉机制砂，细度模数2.67，表观密度为2680kg/m3，松散堆积密度为
1450kg/m3；砂子中小于0.15mm细粒体含量13.0％(其中石粉为8％，MB＝1.0)，
密度为2.70g/cm3；5～25mm连续碎石,表观密度为2680kg/m3，松散堆积密度1530
kg/m3，空隙率43％，压碎指标为10％。花岗岩石粉密度2.70g/cm3。
根据本发明配合比计算方法简述如下：
(1)试验确定各细粒体等效石灰石细粒体体积模数见表3所示.
表3各细粒体等效石灰石细粒体体积模数
![]()
(2)取C40用水量推荐值：W＝175kg
(3)根据JGJ/T283《自密实混凝土应用技术规程》规范，所计算得到各
材料用量为：
水泥C＝300kg；
矿物掺合料1(偏高岭土)MA1150kg；
矿物掺合料2(膨胀剂)MA2＝50kg；
砂S＝809kg；
石子G＝884kg；
聚羧酸高性能减水剂5.00kg；
(4)最优的细粒体浆体体积
①根据填充性要求和本发明推荐值，等效细粒体体积推荐值
VSLeR＝430～440L
②确定外加细颗粒体积
本算例取VSLeR＝440L，需外加细颗粒质量：
M
F
=
(
V
S
L
e
R
-
W
-
C
ρ
C
·
K
C
-
M
A
1
ρ
M
A
1
·
K
1
-
M
A
2
ρ
M
A
2
·
K
2
-
......
-
M
A
n
ρ
M
A
n
·
K
n
-
S
·
γ
ρ
s
γ
·
K
s
γ
)
/
K
M
F
·
ρ
M
F
=
(
440
-
175
-
300
/
3.1
×
1.27
-
150
/
2.58
×
0.90
-
50
/
2.71
×
1.57
-
785
×
]]>
13
%
/
2.70
×
0.35
)
/
1.22
×
2.70
=
105
k
g
]]>
基于本发明的配合比计算结果(单位：kg)
![]()
试验验证表明，所配制的自密实混凝土满足填充性SF1的要求，且满足其
它自密实性能，抗裂性、强度和耐久性均满足设计要求。
采用本发明的配制方法配制的自密实混凝土，都有发明目的所追求的良好
效果。
本发明基于等效石灰石细粒体体积模数的铁路工程自密实混凝土配制方
法，所配制的混凝土自密实性能、强度、变形性能及耐久性均能很好达到的设
计要求。无论原材料如何变化，本发明以不变应万变，采用本发明配制的混凝
土均可配制出性能良好的自密实混凝土，为铁路自密实混凝土配制提供了更有
效的技术途径。