20世纪80年代，日本学者首次提出一种不需外加振动，完全靠重力填满模板边角旮旯，均匀稳定，密实不离析的自密实混凝土。伴随混凝土技术的发展，自密实混凝土工作性能的内涵不仅包含自密实混凝土“高流动性”与“高稳定性”之间的平衡，还包含耐久性问题。
文章根据自密实混凝土技术发展的要求，针对C30～C50常用标号的自密实混凝土，研究了用不同种类的胶凝材料体系配制自密实混凝土的技术，根据常规、易得、经济的原则，通过选取粉煤灰、水泥、矿粉、硅灰等不同用量及材料构成，总结研究出配比规律。
1实验材料与方法
1.1实验材料
（1）硅酸盐水泥：普通拉法基P·O42.5。标准稠度用水量为27.6%，初凝2h，终凝3h30min，抗压强度为34.6MPa（3d）、53.5MPa（28d），抗折强度为7.3MPa（3d）、10.0MPa（28d）。
（2）低钙粉煤灰：型号为德州一级，密度为2.2g/cm3。
（3）矿粉：选取首钢嘉华建材有限公司产品，密度为2.93g/cm3。
（4）硅灰：密度为2200g/cm3，选取挪威埃肯公司产品。比表面积为15000～25000m2/kg，92%SiO2。
（5）天津雍阳减水剂：外加聚羧酸，减水率为35%，高效型。
（6）活性引气剂：SJ-2型，表面非离子类，产地上海。
（7）砂子：含泥量为1.0%的涿州天然砂，实测其表观密度为2705kg/m3，其细度模数为2.56。
（8）石子：压碎指标4.1%的涿州豆石，连续级配，其粒度为5～15mm。
1.2实验方法
研究如何在普通硅酸盐水泥中，掺入硅灰、矿粉和粉煤灰这几种材料，构成几种用量介于400～550kg/m3属于普通混凝土范围的胶凝材料，使用L型流动仪，检测混凝土能否顺利通过钢筋间隙，评价工作性能。检测混凝土倒坍时间、坍落度及扩展度，参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T50080—2016）。混凝土力学性能，参考《普通混凝土物理力学性能试验方法》（GB/T50081—2019）中的7d、28d、60d、90d抗压强度，28d抗折强度。
2实验结果与分析
2.1水泥+粉煤灰复合凝胶体系
水泥+粉煤灰复合胶凝体系混凝土实验配合比如表1所示，普通硅酸盐水泥，掺粉煤灰30%，总胶凝材料用量在410～550kg/m3。
以水泥+粉煤灰为胶凝材料体系配制自密实混凝土，胶凝材料用量较低（410kg/m3），混凝土黏聚性较差，混凝土通过钢筋时一部分石子被挡在钢筋一侧，仅从坍落度、扩展度上看尚可。当胶凝材料用量逐渐提高，水胶比逐渐降低时，混凝土和易性有所改善，但当胶凝材料用量过高（大于520kg/m3）时，混凝土又黏聚性过强，极大地降低混凝土流动性，使得混凝土流过钢筋间隙较慢。水泥+粉煤灰复合胶凝体系组成的混凝土力学及工作性能如表2所示。
以水泥+粉煤灰为胶凝材料体系配置的自密实混凝土，用410～550kg/m3的胶凝材料可生产C30～C55强度等级自密实混凝土。水胶比略微变动，28d强度变化不大，生产中易于控制。混凝土强度在后期持续提高，体现出粉煤灰良好的后期增强效应。粉煤灰中有起“润滑作用”的球状玻璃体，可增强混凝土流动性。
胶凝材料太少，混凝土就会濒临离析，混凝土过少的浆体无法包裹石子通过钢筋间隙，混凝土中胶凝材料过多会增加混凝土黏度。因此，采用水泥粉煤灰配制自密实混凝土时，胶凝材料量的最佳区间为430～500kg/m3。
2.2水泥+粉煤灰+矿粉复合凝胶体系
水泥+粉煤灰+矿粉复合胶凝体系混凝土试验配合比如表3所示，普通硅酸盐水泥掺20%的矿粉及30%的粉煤灰。
胶凝材料组分中添加了矿粉，混凝土的整体和易性得到较大改善，扩展速度及穿过钢筋流动的速度都较快。混凝土坍落度、坍落扩展度及扩展到500mm的时间都达到很高的水平，胶凝材料的用量对混凝土工作性影响不大，从L型流动仪的结果看，胶凝材料过少（小于430kg/m3）或者过多（大于520kg/m3），都会降低混凝土穿过钢筋后的流动速度，钢筋外侧与内侧高度比变化不大。水泥+粉煤灰+矿粉复合胶凝体系混凝土力学及工作性能如表4所示。
混凝土满足C30～C50强度等级要求，矿粉的加入使混凝土强度在7d～60d之间有较大增长，混凝土60d、90d强度都很高。矿粉提高黏聚性，粉煤灰降低黏聚性，增大流动性，二者互补，让混凝土工作性提高。
力学性能方面，矿粉早期发挥火山灰效应，改善集料和浆体的结构接口，充分弥补混凝土早期强度损失；后期让未来得及参加反应的粉煤灰颗粒发挥“内核作用”，细化孔径，混凝土强度继续提高。水泥+粉煤灰+矿粉复合胶凝体系是更好的配制自密实混凝土的胶凝材料组成，材料用量宜在420～520kg/m3。
2.3水泥+粉煤灰+硅灰复合凝胶体系
水泥+粉煤灰+硅灰复合凝胶体系混凝土实验配合比如表5所示，普通硅酸盐水泥中内掺30%的粉煤灰和4%～8%的硅灰。
以水泥+粉煤灰+硅灰复合胶凝体系配置的自密实混凝土，坍落度皆大于270cm，坍落扩展速度及通过钢筋间隙的速度都表现出了极好的水平，通过钢筋间隙后流动速度很快。在胶凝材料过多时混凝土黏度过大，坍落扩展速度稍有降低，L型流动仪30s流过钢筋距离较小。水泥+粉煤灰+硅灰复合胶凝体系混凝土的力学及工作性能如表6所示。这表明针对水泥+粉煤灰+矿粉复合胶凝体系，硅灰的加入，使混凝土稳定性得到大幅提高，尤其在较低胶凝材料用量和较低的黏度条件下，硅灰能保证自密实混凝土的稳定性。
掺加硅灰的混凝土早期强度高于普通混凝土，低胶凝材料用量下混凝土28d强度有较大提高，高胶凝材料用量下混凝土28d强度变化不大，可以满足C30～C50混凝土强度等级要求，混凝土后期强度提高幅度也大。粉煤灰的颗粒大小比水泥略小，球形表面有物理减水作用，微硅粉颗粒粒径小于粉煤灰，在粉煤灰水泥和颗粒之间，填充空隙兼具润滑作用。若在低黏度和降低胶凝材料量的条件下，硅灰可调节外加剂适应性，提高稳定性。
2.3.1三种复合胶凝体系自密实混凝土工作性对比
不同复合胶凝体系自密实混凝土的工作性如图1所示。
从图1可以看出采用不同复合胶凝体系配制自密实混凝土对混凝土坍落扩展速度影响并不大，胶凝材料用量过高和过低时，三种体系的混凝土整体工作性差别不大，但是胶凝材料适当时，混凝土穿过钢筋间隙能力差别较大，以C体系（水泥+粉煤灰+硅粉）为最佳，混凝土穿过钢筋后仍然有很快的流动速度，B体系（水泥+粉煤灰+矿粉）次之，D体系（水泥+粉煤灰）最差。
2.3.2三种复合胶凝体系自密实混凝土力学性能
对比不同复合胶凝体系自密实混凝土的力学性能如图2（见下页）所示。
从图2可以看出，不同复合胶凝体系所配制的自密实混凝土各龄期抗压强度不同。对于3d龄期，C体系（水泥+粉煤灰+硅粉）的抗压强度要高于D体系（水泥+粉煤灰），而D体系则高于B体系（水泥+粉煤灰+矿粉）；对于90d龄期，C体系的抗压强度要高于D体系和B体系。总体来看，B体系（水泥+粉煤灰+矿粉）早期抗压强度较低，C体系（水泥+粉煤灰+硅粉）各龄期抗压强度均较高。
3结论
（1）利用不同复合胶凝体系，皆可实现配制扩展度达到500mm所需时间不超过12s，扩展度大于600mm，混凝土顺利通过钢筋间隙，坍落度大于250mm，1h内坍落度和坍落扩展度基本无损失，有填充能力，强度等级C30～C50的自密实混凝土。
（2）用水泥+粉煤灰复合胶凝体系配制自密实混凝土时，胶凝材料用量宜控制在430～500kg/m3。水泥+粉煤灰+矿粉复合胶凝体系是配制自密实混凝土较好的胶凝材料组成，该体系的胶凝材料用量宜控制在420～520kg/m3。用水泥+粉煤灰+硅灰复合胶凝体系配制自密实混凝土时，胶凝材料用量上下区间可达410～550kg/m3，性价比最高。
（3）相同水胶比、不同胶凝材料组成的混凝土各龄期强度均有不同。总体来看，水泥+粉煤灰+矿粉复合凝胶体系早期强度较低，水泥+粉煤灰+硅粉复合凝胶体系各龄期强度均较高。不同复合胶凝体系对配制的自密实混凝土的坍落扩展速度影响不大，胶凝材料适当时，混凝土穿过钢筋间隙能力差别较大，以水泥+粉煤灰+硅粉复合凝胶体系为最佳，水泥+粉煤灰+矿灰复合凝胶体系略差，水泥+粉煤灰复合凝胶体系最差。
