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摘 要：基于骨料堆积与浆体填充包裹模型，计算在不同水胶比及浆骨比条件下的浆体包裹层厚度，探究浆体包裹层厚度对自密实混凝土工作性能的影响。结果表明：浆体包裹层厚度存在最佳值，在一定范围内，随着浆体包裹层厚度的增加，自密实混凝土的坍落扩展度逐渐增大，拌和物流动至直径为500 mm时所用的时间T500逐渐减小，钢筋间隙通过能力提高，拌和物的流动性得到显著改善;当浆体包裹层厚度过大时，拌和物出现离析，工作性能反而变差。通过建立坍落扩展度随浆骨比变化的定量关系式，能够确定满足工作性能要求的浆骨比，进而降低自密实混凝土中胶凝材料的用量。
关键词：自密实混凝土;浆骨比;浆体包裹层厚度;工作性能
中图分类号：TU528.01 文献标志码：A
doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.08.027
引用格式：刘平，方小婉，何飞亮，等.浆体包裹层厚度对自密实混凝土性能的影响[J].人民黄河，2021，43（8）：148-151，158.
Abstract： Based on the model of aggregate stacked and slurry filled and wrapped，the effect of paste thickness on coated aggregates on workability of self-compacting concrete was investigated under different conditions of water-binder ratio and paste-aggregate ratio. The results show that there is an optimum value for the paste thickness on coated aggregates. In a certain range， with the increase of the paste thickness on coated aggregates， the slump flow and passing ability of self-compacting concrete increase gradually and the time of T500 decreases gradually， thus improving the flow ability significantly. When the paste thickness on coated aggregates is too large， the mixture appears segregation and workability is worse. By establishing a quantitative relation between slump flow and paste-aggregate ratio， the paste-aggregate ratio can be determined to meet the requirement of workability， so as to reduce the amount of cementitious material of self-compacting concrete.
Key words： self-compacting concrete; paste-aggregate ratio; paste thickness on coated aggregates; workability
自密实混凝土以大流动性为突出特点，是一种在浇筑过程中无须振捣，能够仅依靠自重作用自由流淌，穿过钢筋间隙，均匀密实填充模板或结构内部的每个角落，硬化后具有良好力学性能和耐久性能的混凝土[1-2]。与同等强度的普通混凝土相比，自密实混凝土中胶凝材料用量较大，因而水泥浆体填充骨料堆积所形成的空隙后，用于包裹骨料的浆体层厚度也相对较大。相关研究[3-5]表明，浆体包裹层厚度对混凝土的流动性能、力学性能和耐久性能均有很大影响。赵洪等[6]发现随着浆体包裹层厚度的增大，多孔混凝土的抗压强度和透水系数均会增大。焦登武等[7]发现随着浆体包裹层厚度的增大，新拌混凝土的屈服应力、塑性黏度和静态屈服应力均逐渐降低。Sun等[8]发现随着浆体包裹层厚度的增大，混凝土的抗压强度增大，电阻率减小。张建智等[9]发现浆体包裹层厚度越大，混凝土早期抗压强度越高，但龄期达到56 d后，浆体包裹层厚度越小，混凝土的抗压强度越大。黄凯健等[10]提出基于粗骨料包裹层厚度的新型配合比设计方法，采用该方法配制的生态混凝土试件的實际孔隙率与目标孔隙率的误差较小，强度和工作性能均较好。然而，关于浆体包裹层厚度对自密实混凝土工作性能影响的定量研究较少。本文研究了在不同水胶比及浆骨比条件下的浆体包裹层厚度对自密实混凝土工作性能的影响，并基于浆骨比与坍落扩展度之间的定量关系，确定满足一定工作性能要求的合理浆骨比。
1 基于富余浆体理论的浆体包裹层厚度计算
依据富余浆体理论[11]，在新拌自密实混凝土中，可以将骨料看作被分散相，水泥浆体看作分散相，细骨料填充粗骨料之间的空隙，水泥浆体填充细骨料之间的空隙。新拌自密实混凝土中的水泥浆体按用途不同可分为两类：一类水泥浆体用于填充骨料颗粒自然堆积所形成的基本骨架的空隙，使骨料与水泥浆体混合形成多相分散流体;另一类水泥浆体用于包裹骨料颗粒表面，使骨料骨架结构被撑开，减小骨料颗粒之间的摩擦阻力与咬合互锁作用，进而提高流动性。据此建立的骨料堆积与浆体填充包裹模型，假设：①骨料表面浆体包裹层厚度均匀，且远小于骨料颗粒粒径;②填充骨料空隙的浆体体积近似等于填充前骨料骨架的空隙体积。 对于单方新拌自密实混凝土而言，存在如下关系：
联立式（1）～式（5）可得出浆体包裹层厚度的计算公式：
将骨料颗粒假设为球体颗粒，可估算粗、细骨料的比表面积[12]：
根据式（7）和式（8）可算出粗、细骨料的比表面积分别为0.25、4.35 m2/kg。由式（6）可知，浆体包裹层厚度由浆骨比、砂率及骨料的基本性质（表观密度、堆积密度、级配、形状特征等）共同决定。水胶比是影响浆体流动性能的关键因素，因此本试验在保持砂率和骨料基本性质不变的前提下，以水胶比和浆骨比作为自变量进行试验，探究浆体包裹层厚度对自密实混凝土工作性能的影响。
2 试验概况
2.1 原材料
水泥选用陕西省扶风县冀东海德堡水泥有限公司生产的冀东牌P·O42.5级普通硅酸盐水泥，密度为3 100 kg/m3，细度为4.2%，标准稠度用水量为25.6%，安定性合格，初凝时间为208 min，终凝时间为275 min，3 d抗压强度为24.2 MPa，28 d抗压强度为54.5 MPa。粉煤灰采用巩义市恒诺滤料有限公司生产的Ⅱ级粉煤灰，密度为2 150 kg/m3，细度为18.4%，含水率为0.3%，烧失量为3.4%，需水量比为98%;细骨料采用渭河河砂，细度模数为2.92，表观密度为2 610 kg/m3，堆积密度为1 560 kg/m3，含泥量为1.76%，颗粒级配见表1。粗骨料采用渭河卵石，粒径为4.75～19.00 mm，表观密度为2 670 kg/m3，堆积密度为1 660 kg/m3，含泥量为0.3%，颗粒级配见表2。水采用普通自来水。外加剂采用上海臣启化工科技有限公司生产的高效减水剂，建议掺量为0.15%～0.40%。
2.2 配合比设计
采用体积法进行自密实混凝土的配合比设计。在骨料颗粒级配、砂率、减水剂掺量等不变的前提下，通过改变水胶比及浆骨比来改变浆体包裹层厚度，研究自密实混凝土的工作性能与浆体包裹层厚度之间的关系。配合比设计见表3，表中浆骨比为水泥浆体的体积与粗、细骨料总体积的比值。
2.3 试验方法
（1）填充性能试验。按照《自密实混凝土应用技术规程》（JGJT 283—2012）进行试验。测量混凝土拌和物的坍落扩展度以及拌和物流动至直径为500 mm 时所用的时间T500。
（2）间隙通過性能试验。将L型流动仪水平放在地面上，润湿仪器内部表面，清除多余的水，关闭活动门，将混凝土填充满L型流动仪前槽，静置1 min后，迅速提起活动门，使混凝土拌和物穿过钢筋间隙，流进仪器水平部分，待混凝土拌和物停止流动后，测量并记录仪器水平部分末端混凝土高度H2和仪器前槽剩余混凝土高度H1。H2/H1越大，则拌和物间隙通过性能越强。
（3）抗离析性能试验。试验采用孔径为5 mm的方孔筛和一个容量大于10 L的盛料器，将混凝土拌和物一次性倒入盛料器中，静置15 min后，将筒提至离方孔筛500 mm高处，倒入方孔筛中大约5 kg混凝土，静置2 min后测量通过筛孔的混凝土质量，所得的比值即为离析系数GTM，该值反映拌和物的抗离析性能，GTM越大，抗离析性能越差。
3 试验结果分析
3.1 浆体包裹层厚度对自密实混凝土工作性能的影响
不同水胶比（W/C）条件下，浆体包裹层厚度对自密实混凝土工作性能的影响见图1。由图1可以看出，当水胶比为0.36时，随着浆体包裹层厚度的增大，自密实混凝土拌和物的坍落扩展度先明显增大，在浆体包裹层厚度较大时，坍落扩展度逐渐趋于稳定;T500流动时间从6.61 s逐渐减小到2.52 s，混凝土拌和物的流动速度明显增大;拌和物钢筋间隙通过能力先逐渐升高而后降低;拌和物抗离析能力逐渐降低，当浆体包裹层厚度达到65.16 μm时，拌和物离析较为严重，此时均质性较差，显然浆体包裹层厚度存在最佳值。当水胶比为0.38时，工作性能随浆体包裹层厚度变化的规律与水胶比为0.36时类似，但坍落扩展度、间隙通过能力、抗离析性能比水胶比为0.36的大，流动速度比水胶比为0.36的小。当浆体包裹层厚度相同时，水胶比越大，自密实混凝土拌和物的工作性能相对越好，原因是随着水胶比的增大，拌和物用水量相对增大，水泥浆体黏度减小，从而导致混凝土拌和物流动过程中的阻力作用减小，因此工作性能得到改善。
在一定范围内，随着浆体包裹层厚度的增大，混凝土拌和物中浆体含量越多而骨料用量越少，一方面起润滑骨料表面作用的浆体数量增大，骨料与浆体接触面积减小，拌和物流动过程中骨料相互碰撞的概率降低，骨料颗粒之间的摩擦阻力变小，导致混凝土拌和物的屈服应力降低;另一方面浆体包裹层厚度的增大降低了混凝土拌和物中砂浆的黏度，导致混凝土拌和物的塑性黏度减小，从而降低拌和物流动过程中的黏滞阻力，因此工作性能得到改善。然而当浆体包裹层厚度超过某一数值时，砂浆的黏度过小，使得砂浆对粗骨料的裹挟作用降低，减弱了浆体对骨料沉降的阻碍作用，导致混凝土拌和物在流动过程中骨料与浆体分离，从而造成拌和物的均质性及间隙通过性降低，因此工作性能变差。
3.2 基于浆体包裹层厚度的浆骨比优化
自密实混凝土的工作性能主要用坍落扩展度来评价。将水胶比为0.36的浆体包裹层厚度Hp与坍落扩展度y进行二次曲线拟合（见图2），所得的方程式为
y=-0.032 3Hp2+6.727 1Hp+372.08（9）
拟合曲线方程的决定系数R2=0.986，说明浆体包裹层厚度与坍落扩展度之间的曲线拟合程度较好。自密实混凝土要求在保证坍落扩展度较大的同时具有一定的黏聚性，根据拌和物工作性能随浆体包裹层厚度变化所表现出的差异性，由图2可以看出浆体包裹层厚度变化可分为3个阶段：①浆体包裹层厚度过小阶段，浆骨比较小，则造成粗骨料的摩擦阻力和咬合互锁作用较大，从而导致坍落扩展度小于550 mm，不满足自密实混凝土拌和物对填充性的要求;②浆体包裹层厚度适中阶段，一方面降低了粗骨料之间碰撞的概率，减小了粗骨料颗粒的摩擦阻力与咬合互锁作用，另一方面减小了混凝土中砂浆的黏聚性，造成拌和物流动过程中黏滞阻力减小，从而导致坍落扩展度逐渐增大，本试验条件下此阶段坍落扩展度为550～660 mm，未出现离析现象，工作性能较好;③浆体包裹层厚度过大阶段，拌和物中砂浆的黏聚性过小，使得砂浆对粗骨料颗粒的裹挟作用降低，减弱了浆体对骨料沉降的阻碍作用，导致混凝土内部骨料颗粒的悬浮平衡状态被打破，此阶段混凝土拌和物虽然坍落扩展度很大，但离析系数GTM值大于0.15，出现离析现象，工作性能变差。 根据浆体包裹层厚度与浆骨比之间的关系式（式（6））以及浆体包裹层厚度与坍落扩展度之间的关系式（式（9）），可得浆骨比x与坍落扩展度y之间的关系式：
y=-982.75x2+1 857.43x-155.31（10）
在胶凝材料组成、水胶比、减水剂掺量、砂率、骨料的基本性质（表观密度、堆积密度、级配、形状特征等）不变的前提下，可根据式（10）来确定合理的浆骨比，进而确定自密实混凝土中各组成材料的用量。为证明该方法的可行性，采用实例进行验证。假设要配制水胶比为0.36、坍落扩展度为590 mm的自密实混凝土，可由式（10）求出浆骨比x=0.578或x=1.312，因浆骨比小于1，故取x=0.578，代入式（3）求出水泥浆体和骨料总体积分别为Vp=0.366 3 m3、Va=0.633 7 m3，再由式（4）求出粗、细骨料的质量。浆体中各组分的体积关系式为
式中：mc为水泥的质量;ρc为水泥的密度;mf为粉煤灰的质量;ρf为粉煤灰的密度;mw为水的质量;ρw为水的密度;α为混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，α可取1。
根据水胶比、粉煤灰掺量及式（11）即可求出水泥浆体中水泥、粉煤灰、水的质量，从而得到混凝土中各组成材料的用量（见表4）。测得该配合比下混凝土的坍落扩展度为595 mm，与坍落扩展度的目标值仅相差5 mm，证明该方法具有较高的准确性。
由上述基于浆体包裹层厚度的浆骨比优化方法可知，虽然在不同的水胶比和浆骨比条件下的浆体包裹层厚度范围不同，但坍落扩展度随浆体包裹层厚度的变化趋势是一致的。在制备自密实混凝土时，可以根据实际工程对混凝土工作性能、力学性能的要求，确定混凝土的水胶比，再通过建立该水胶比下浆体包裹层厚度与坍落扩展度的关系曲线，求出二次拟合函数表达式。根据坍落扩展度的要求，即可求出浆体包裹层厚度，进而可以得到对应的浆骨比，该浆骨比是满足工作性能及力学性能要求的较小值，故能够减小单方混凝土中胶凝材料的用量，降低工程造价，提高混凝土的体积稳定性，并有利于增强混凝土的耐久性。
4 结 语
浆体包裹层厚度对自密实混凝土的工作性能有显著影响。在一定范围内，随着浆体包裹层厚度的增大，自密实混凝土拌和物的流动性先明显增大，随后逐渐趋于稳定;当浆体包裹层厚度超过某一数值时，虽然拌和物的坍落扩展度较大，但离析现象较为严重，钢筋间隙通过能力降低，工作性能变差，因此浆体包裹层厚度存在最佳值。在浆体包裹层厚度相同的條件下，水胶比越大，自密实混凝土的工作性能相对越好。
在胶凝材料组成、水胶比、减水剂掺量、砂率、骨料的基本性质（表观密度、堆积密度、级配、形状特征等）不变的前提下，通过建立坍落扩展度随浆骨比变化的定量关系式，能够确定满足工作性能要求的合理浆骨比，从而能够有针对性地降低自密实混凝土中胶凝材料的用量。对实际工程中原材料来源相同但工作性能要求不同的自密实混凝土来说，该方法简单易行，可减少胶凝材料的用量，降低工程造价，提高混凝土的体积稳定性，有利于增强混凝土的耐久性。
参考文献：
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[6] 赵洪，杨永民，李方贤，等.骨料包裹层厚度的研究及其对多孔混凝土性能的影响[J].混凝土，2014（2）：29-32.
[7] 焦登武，安晓鹏，史才军，等.骨料裹浆厚度对混凝土流变性能的影响[J].硅酸盐学报，2017，45（9）：1360-1366.
[8] SUN K， ZHOU X， GONG C， et al. Influence of Paste Thickness on Coated Aggregates on Properties of High-Density Sulphoaluminate Cement[J].Construction and Building Materials，2016，115：125-131.
[9] 张建智，蔡志达，李隆盛，等.骨料裹浆厚度对混凝土性质影响之研究[J].建筑材料学报，2009，12（4）：384-389.
[10] 黄凯健，吴燕平，朱海涛，等.新型大孔隙护坡生态混凝土配合比设计方法研究[J].混凝土，2018（5）：98-101.
[11] DENIS A， ATTAR A， BREYSSE D， et al. Effect of Coarse Aggregate on the Workability of Sandcrete[J].Cement and Concrete Research，2002，32：701-706.
[12] 王海娜.自密实混凝土的骨料比表面法配合比设计及其基本性能研究[D].杭州：浙江大学，2007：18-20.
【责任编辑 张华兴】
关键词：自密实混凝土;浆骨比;浆体包裹层厚度;工作性能
中图分类号：TU528.01 文献标志码：A
doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.08.027
引用格式：刘平，方小婉，何飞亮，等.浆体包裹层厚度对自密实混凝土性能的影响[J].人民黄河，2021，43（8）：148-151，158.
Abstract： Based on the model of aggregate stacked and slurry filled and wrapped，the effect of paste thickness on coated aggregates on workability of self-compacting concrete was investigated under different conditions of water-binder ratio and paste-aggregate ratio. The results show that there is an optimum value for the paste thickness on coated aggregates. In a certain range， with the increase of the paste thickness on coated aggregates， the slump flow and passing ability of self-compacting concrete increase gradually and the time of T500 decreases gradually， thus improving the flow ability significantly. When the paste thickness on coated aggregates is too large， the mixture appears segregation and workability is worse. By establishing a quantitative relation between slump flow and paste-aggregate ratio， the paste-aggregate ratio can be determined to meet the requirement of workability， so as to reduce the amount of cementitious material of self-compacting concrete.
Key words： self-compacting concrete; paste-aggregate ratio; paste thickness on coated aggregates; workability
自密实混凝土以大流动性为突出特点，是一种在浇筑过程中无须振捣，能够仅依靠自重作用自由流淌，穿过钢筋间隙，均匀密实填充模板或结构内部的每个角落，硬化后具有良好力学性能和耐久性能的混凝土[1-2]。与同等强度的普通混凝土相比，自密实混凝土中胶凝材料用量较大，因而水泥浆体填充骨料堆积所形成的空隙后，用于包裹骨料的浆体层厚度也相对较大。相关研究[3-5]表明，浆体包裹层厚度对混凝土的流动性能、力学性能和耐久性能均有很大影响。赵洪等[6]发现随着浆体包裹层厚度的增大，多孔混凝土的抗压强度和透水系数均会增大。焦登武等[7]发现随着浆体包裹层厚度的增大，新拌混凝土的屈服应力、塑性黏度和静态屈服应力均逐渐降低。Sun等[8]发现随着浆体包裹层厚度的增大，混凝土的抗压强度增大，电阻率减小。张建智等[9]发现浆体包裹层厚度越大，混凝土早期抗压强度越高，但龄期达到56 d后，浆体包裹层厚度越小，混凝土的抗压强度越大。黄凯健等[10]提出基于粗骨料包裹层厚度的新型配合比设计方法，采用该方法配制的生态混凝土试件的實际孔隙率与目标孔隙率的误差较小，强度和工作性能均较好。然而，关于浆体包裹层厚度对自密实混凝土工作性能影响的定量研究较少。本文研究了在不同水胶比及浆骨比条件下的浆体包裹层厚度对自密实混凝土工作性能的影响，并基于浆骨比与坍落扩展度之间的定量关系，确定满足一定工作性能要求的合理浆骨比。
1 基于富余浆体理论的浆体包裹层厚度计算
依据富余浆体理论[11]，在新拌自密实混凝土中，可以将骨料看作被分散相，水泥浆体看作分散相，细骨料填充粗骨料之间的空隙，水泥浆体填充细骨料之间的空隙。新拌自密实混凝土中的水泥浆体按用途不同可分为两类：一类水泥浆体用于填充骨料颗粒自然堆积所形成的基本骨架的空隙，使骨料与水泥浆体混合形成多相分散流体;另一类水泥浆体用于包裹骨料颗粒表面，使骨料骨架结构被撑开，减小骨料颗粒之间的摩擦阻力与咬合互锁作用，进而提高流动性。据此建立的骨料堆积与浆体填充包裹模型，假设：①骨料表面浆体包裹层厚度均匀，且远小于骨料颗粒粒径;②填充骨料空隙的浆体体积近似等于填充前骨料骨架的空隙体积。 对于单方新拌自密实混凝土而言，存在如下关系：
联立式（1）～式（5）可得出浆体包裹层厚度的计算公式：
将骨料颗粒假设为球体颗粒，可估算粗、细骨料的比表面积[12]：
根据式（7）和式（8）可算出粗、细骨料的比表面积分别为0.25、4.35 m2/kg。由式（6）可知，浆体包裹层厚度由浆骨比、砂率及骨料的基本性质（表观密度、堆积密度、级配、形状特征等）共同决定。水胶比是影响浆体流动性能的关键因素，因此本试验在保持砂率和骨料基本性质不变的前提下，以水胶比和浆骨比作为自变量进行试验，探究浆体包裹层厚度对自密实混凝土工作性能的影响。
2 试验概况
2.1 原材料
水泥选用陕西省扶风县冀东海德堡水泥有限公司生产的冀东牌P·O42.5级普通硅酸盐水泥，密度为3 100 kg/m3，细度为4.2%，标准稠度用水量为25.6%，安定性合格，初凝时间为208 min，终凝时间为275 min，3 d抗压强度为24.2 MPa，28 d抗压强度为54.5 MPa。粉煤灰采用巩义市恒诺滤料有限公司生产的Ⅱ级粉煤灰，密度为2 150 kg/m3，细度为18.4%，含水率为0.3%，烧失量为3.4%，需水量比为98%;细骨料采用渭河河砂，细度模数为2.92，表观密度为2 610 kg/m3，堆积密度为1 560 kg/m3，含泥量为1.76%，颗粒级配见表1。粗骨料采用渭河卵石，粒径为4.75～19.00 mm，表观密度为2 670 kg/m3，堆积密度为1 660 kg/m3，含泥量为0.3%，颗粒级配见表2。水采用普通自来水。外加剂采用上海臣启化工科技有限公司生产的高效减水剂，建议掺量为0.15%～0.40%。
2.2 配合比设计
采用体积法进行自密实混凝土的配合比设计。在骨料颗粒级配、砂率、减水剂掺量等不变的前提下，通过改变水胶比及浆骨比来改变浆体包裹层厚度，研究自密实混凝土的工作性能与浆体包裹层厚度之间的关系。配合比设计见表3，表中浆骨比为水泥浆体的体积与粗、细骨料总体积的比值。
2.3 试验方法
（1）填充性能试验。按照《自密实混凝土应用技术规程》（JGJT 283—2012）进行试验。测量混凝土拌和物的坍落扩展度以及拌和物流动至直径为500 mm 时所用的时间T500。
（2）间隙通過性能试验。将L型流动仪水平放在地面上，润湿仪器内部表面，清除多余的水，关闭活动门，将混凝土填充满L型流动仪前槽，静置1 min后，迅速提起活动门，使混凝土拌和物穿过钢筋间隙，流进仪器水平部分，待混凝土拌和物停止流动后，测量并记录仪器水平部分末端混凝土高度H2和仪器前槽剩余混凝土高度H1。H2/H1越大，则拌和物间隙通过性能越强。
（3）抗离析性能试验。试验采用孔径为5 mm的方孔筛和一个容量大于10 L的盛料器，将混凝土拌和物一次性倒入盛料器中，静置15 min后，将筒提至离方孔筛500 mm高处，倒入方孔筛中大约5 kg混凝土，静置2 min后测量通过筛孔的混凝土质量，所得的比值即为离析系数GTM，该值反映拌和物的抗离析性能，GTM越大，抗离析性能越差。
3 试验结果分析
3.1 浆体包裹层厚度对自密实混凝土工作性能的影响
不同水胶比（W/C）条件下，浆体包裹层厚度对自密实混凝土工作性能的影响见图1。由图1可以看出，当水胶比为0.36时，随着浆体包裹层厚度的增大，自密实混凝土拌和物的坍落扩展度先明显增大，在浆体包裹层厚度较大时，坍落扩展度逐渐趋于稳定;T500流动时间从6.61 s逐渐减小到2.52 s，混凝土拌和物的流动速度明显增大;拌和物钢筋间隙通过能力先逐渐升高而后降低;拌和物抗离析能力逐渐降低，当浆体包裹层厚度达到65.16 μm时，拌和物离析较为严重，此时均质性较差，显然浆体包裹层厚度存在最佳值。当水胶比为0.38时，工作性能随浆体包裹层厚度变化的规律与水胶比为0.36时类似，但坍落扩展度、间隙通过能力、抗离析性能比水胶比为0.36的大，流动速度比水胶比为0.36的小。当浆体包裹层厚度相同时，水胶比越大，自密实混凝土拌和物的工作性能相对越好，原因是随着水胶比的增大，拌和物用水量相对增大，水泥浆体黏度减小，从而导致混凝土拌和物流动过程中的阻力作用减小，因此工作性能得到改善。
在一定范围内，随着浆体包裹层厚度的增大，混凝土拌和物中浆体含量越多而骨料用量越少，一方面起润滑骨料表面作用的浆体数量增大，骨料与浆体接触面积减小，拌和物流动过程中骨料相互碰撞的概率降低，骨料颗粒之间的摩擦阻力变小，导致混凝土拌和物的屈服应力降低;另一方面浆体包裹层厚度的增大降低了混凝土拌和物中砂浆的黏度，导致混凝土拌和物的塑性黏度减小，从而降低拌和物流动过程中的黏滞阻力，因此工作性能得到改善。然而当浆体包裹层厚度超过某一数值时，砂浆的黏度过小，使得砂浆对粗骨料的裹挟作用降低，减弱了浆体对骨料沉降的阻碍作用，导致混凝土拌和物在流动过程中骨料与浆体分离，从而造成拌和物的均质性及间隙通过性降低，因此工作性能变差。
3.2 基于浆体包裹层厚度的浆骨比优化
自密实混凝土的工作性能主要用坍落扩展度来评价。将水胶比为0.36的浆体包裹层厚度Hp与坍落扩展度y进行二次曲线拟合（见图2），所得的方程式为
y=-0.032 3Hp2+6.727 1Hp+372.08（9）
拟合曲线方程的决定系数R2=0.986，说明浆体包裹层厚度与坍落扩展度之间的曲线拟合程度较好。自密实混凝土要求在保证坍落扩展度较大的同时具有一定的黏聚性，根据拌和物工作性能随浆体包裹层厚度变化所表现出的差异性，由图2可以看出浆体包裹层厚度变化可分为3个阶段：①浆体包裹层厚度过小阶段，浆骨比较小，则造成粗骨料的摩擦阻力和咬合互锁作用较大，从而导致坍落扩展度小于550 mm，不满足自密实混凝土拌和物对填充性的要求;②浆体包裹层厚度适中阶段，一方面降低了粗骨料之间碰撞的概率，减小了粗骨料颗粒的摩擦阻力与咬合互锁作用，另一方面减小了混凝土中砂浆的黏聚性，造成拌和物流动过程中黏滞阻力减小，从而导致坍落扩展度逐渐增大，本试验条件下此阶段坍落扩展度为550～660 mm，未出现离析现象，工作性能较好;③浆体包裹层厚度过大阶段，拌和物中砂浆的黏聚性过小，使得砂浆对粗骨料颗粒的裹挟作用降低，减弱了浆体对骨料沉降的阻碍作用，导致混凝土内部骨料颗粒的悬浮平衡状态被打破，此阶段混凝土拌和物虽然坍落扩展度很大，但离析系数GTM值大于0.15，出现离析现象，工作性能变差。 根据浆体包裹层厚度与浆骨比之间的关系式（式（6））以及浆体包裹层厚度与坍落扩展度之间的关系式（式（9）），可得浆骨比x与坍落扩展度y之间的关系式：
y=-982.75x2+1 857.43x-155.31（10）
在胶凝材料组成、水胶比、减水剂掺量、砂率、骨料的基本性质（表观密度、堆积密度、级配、形状特征等）不变的前提下，可根据式（10）来确定合理的浆骨比，进而确定自密实混凝土中各组成材料的用量。为证明该方法的可行性，采用实例进行验证。假设要配制水胶比为0.36、坍落扩展度为590 mm的自密实混凝土，可由式（10）求出浆骨比x=0.578或x=1.312，因浆骨比小于1，故取x=0.578，代入式（3）求出水泥浆体和骨料总体积分别为Vp=0.366 3 m3、Va=0.633 7 m3，再由式（4）求出粗、细骨料的质量。浆体中各组分的体积关系式为
式中：mc为水泥的质量;ρc为水泥的密度;mf为粉煤灰的质量;ρf为粉煤灰的密度;mw为水的质量;ρw为水的密度;α为混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，α可取1。
根据水胶比、粉煤灰掺量及式（11）即可求出水泥浆体中水泥、粉煤灰、水的质量，从而得到混凝土中各组成材料的用量（见表4）。测得该配合比下混凝土的坍落扩展度为595 mm，与坍落扩展度的目标值仅相差5 mm，证明该方法具有较高的准确性。
由上述基于浆体包裹层厚度的浆骨比优化方法可知，虽然在不同的水胶比和浆骨比条件下的浆体包裹层厚度范围不同，但坍落扩展度随浆体包裹层厚度的变化趋势是一致的。在制备自密实混凝土时，可以根据实际工程对混凝土工作性能、力学性能的要求，确定混凝土的水胶比，再通过建立该水胶比下浆体包裹层厚度与坍落扩展度的关系曲线，求出二次拟合函数表达式。根据坍落扩展度的要求，即可求出浆体包裹层厚度，进而可以得到对应的浆骨比，该浆骨比是满足工作性能及力学性能要求的较小值，故能够减小单方混凝土中胶凝材料的用量，降低工程造价，提高混凝土的体积稳定性，并有利于增强混凝土的耐久性。
4 结 语
浆体包裹层厚度对自密实混凝土的工作性能有显著影响。在一定范围内，随着浆体包裹层厚度的增大，自密实混凝土拌和物的流动性先明显增大，随后逐渐趋于稳定;当浆体包裹层厚度超过某一数值时，虽然拌和物的坍落扩展度较大，但离析现象较为严重，钢筋间隙通过能力降低，工作性能变差，因此浆体包裹层厚度存在最佳值。在浆体包裹层厚度相同的條件下，水胶比越大，自密实混凝土的工作性能相对越好。
在胶凝材料组成、水胶比、减水剂掺量、砂率、骨料的基本性质（表观密度、堆积密度、级配、形状特征等）不变的前提下，通过建立坍落扩展度随浆骨比变化的定量关系式，能够确定满足工作性能要求的合理浆骨比，从而能够有针对性地降低自密实混凝土中胶凝材料的用量。对实际工程中原材料来源相同但工作性能要求不同的自密实混凝土来说，该方法简单易行，可减少胶凝材料的用量，降低工程造价，提高混凝土的体积稳定性，有利于增强混凝土的耐久性。
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