C20 自密實混凝土在工程中的應(yīng)用

鄔錦斌，林漢池

（1. 廣州市廣泓混凝土有限公司，廣州 511462；2. 東莞市建業(yè)混凝土有限公司，東莞 441900）

0 自密實混凝土的定義

混凝土拌合物具有高流動性、均勻性和穩(wěn)定性，澆筑時無需外力振搗，能夠在自重作用下流動并充滿模板空間的高性能混凝土。

在 20 世紀 80 年代以前，人們就開始研究自密實混凝土，并應(yīng)用在一些工程中。但由于當時對高效外加劑和礦物摻合料等的性能認識不夠深入，使得自密實混凝土的應(yīng)用推廣較為困難。20 世紀 80 年代以后，人們對外加劑和礦物摻合料的研究越來越深入，高性能混凝土的研究與應(yīng)用得到迅速發(fā)展，在此背景下，人們重新研究自密實混凝土技術(shù)，并取得重大突破。因此新一代自密實混凝土是以高性能混凝土技術(shù)為背景研究開發(fā)的無需振搗、僅靠自重作用就能密實填充模板的各個角落的混凝土。

自密實混凝土技術(shù)的發(fā)展已有 20 多年的歷史，在國內(nèi)也已應(yīng)用了 10 多年。近幾年自密實混凝土在我國發(fā)展應(yīng)用速度加快，應(yīng)用領(lǐng)域也進一步拓展，越來越多的工程使用自密實混凝土，國內(nèi)不少高等院校、科研與施工單位也對自密實混凝土技術(shù)進行了系統(tǒng)深入的理論分析、試驗研究和推廣應(yīng)用工作。典型工程有深圳賽格廣場鋼筋混凝土柱（C40），長沙市洪山廟瀏陽河大橋（C50），長沙市婦女兒童活動中心綜合樓加固工程（C40），湖南郴州市某高層宿舍（C50），廈門集美歷史風貌建筑保護工程（C35），福建莆田啞鈴形鋼管混凝土拱橋（C40），山西大學(xué)0號學(xué)生公寓，廣州國際金融中心（C100）等工程均應(yīng)用了自密實混凝土，并取得良好的施工效果，自密實混凝土的應(yīng)用及發(fā)展起了促進作用。

1 工程概況

東莞水道特大橋是連通西部干道和松山湖大道、東部快速路的東莞大道延長線的工程。三個標段道路總長 4.76 公里，總投資達6.6 億元。延長線的建設(shè)按城市快速路標準設(shè)計，瀝青路面，全寬約 61.5～65 米，主車道設(shè)雙向六車道，兩側(cè)設(shè)有輔道。業(yè)主單位東莞市公路橋梁開發(fā)建設(shè)總公司，由山東省公路建設(shè)（集團）有限公司承建。

根據(jù)設(shè)計要求：東莞水道特大橋的承臺封底將采用 C20自密實混凝土進行施工，因為所有混凝土均在水中澆筑，所以給施工增加了一定的難度，通過混凝土的自重，無需振搗，把整個沉箱的底部封住，并填滿所有空隙。該施工方法跟水下混凝土的灌注有些相似，同時借鑒利用混凝土導(dǎo)管的方法，用泵車輸送混凝土，使混凝土順利澆灌到沉箱的底部，然后通過自密實混凝土自流平的特性慢慢把空隙填滿，當混凝土的流動距離及高度達到一定的位置后，在下一地方繼續(xù)連接導(dǎo)管進行澆灌，從而把空隙填滿，并把整個沉箱的底部封住。當混凝土達到一定的設(shè)計強度后，就可以把沉箱里的水抽走，進行承臺上部的施工。

2 C20 自密實混凝土的研制過程

2.1 材料的選擇

（1）水泥：配制自密實混凝土宜采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽并符合現(xiàn)行國家標準 GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》的規(guī)定。本次試驗采用的是廣東英德海螺水泥有限責任公司“海螺牌”P·O42.5R 水泥，其物理性能見表 1。

（2）摻合料：配制自密實混凝土可采用粉煤灰、?；郀t礦渣粉、硅灰等礦物摻合料，且粉煤灰符合國家現(xiàn)行標準GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的規(guī)定，?；郀t礦渣粉符合現(xiàn)行國家標準 GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》的規(guī)定。

本次試驗采用的粉煤灰是廣州黃埔發(fā)電廠Ⅱ級粉煤灰，其性能見表 2。

表 2 粉煤灰性能 %

本次試驗用的礦渣粉是廣東韶鋼嘉羊新型材料有限公司S95 級礦渣粉，其性能見表 3。

表 3 礦渣粉性能

（3）細骨料宜采用級配Ⅱ區(qū)的中砂，性能指標符合現(xiàn)行行業(yè)標準 JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》的規(guī)定，本次試驗采用的是東江砂，其性能見表 4。

表 4 砂性能

（4）粗骨料宜采用連續(xù)級配或兩個及以上單粒級配搭配使用，最大公稱粒徑不宜大于 20mm；性能指標符合現(xiàn)行行業(yè)標準 JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》的規(guī)定，本次試驗用的石子是廣東增城石場碎石，其性能見表 5。

表 5 石子性能

（5）外加劑：采用廣東省東莞市埃富地恩建材有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系高性能減水劑 SP1000，其性能指標符合GB8076—2008《混凝土外加劑》和 GB50119—2003《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。其性能見表 6。

表 6 外加劑性能

2.2 自密實混凝土的設(shè)計思路

根據(jù)相關(guān)技術(shù)標準，自密實混凝土的膠凝材料總用量宜控制在 450～550kg/m3，但高的膠凝材料用量或者水泥用量過多，將導(dǎo)致混凝土一系列不可避免的缺陷。將膠結(jié)料用量控制在 450kg/m3以下，水泥用量降到 160～220kg/m3左右，關(guān)鍵是使用性能優(yōu)異的混凝土外加劑和大摻量礦物摻合料，增加漿體體積，改善漿體的粘聚性和流動性，配制出坍落度達240～250mm，坍落擴展度達 600mm，T500＜5s，U 型儀的填充高度超過 300mm 的自密實混凝土；通過大摻量礦物摻合料及使用性能優(yōu)異的外加劑，使混凝土的性能得到提高，并把成本控制在合理的范圍內(nèi)，取得良好的經(jīng)濟效益。

2.3 部分試驗記錄

本試驗歷時一年，經(jīng)過大量的試驗，僅在此摘錄主要內(nèi)容，見表 7 和圖 1。

表 7 部分試驗數(shù)據(jù)

圖 1 C20 自密實混凝土試驗

2.3 C20自密實混凝土試驗結(jié)果

2.3.1 新拌混凝土特性測定與分析

（1）混凝土和易性、工作性，見表 8。

表 8 混凝土工作性能

（2）不同混凝土流動過 U 型儀格柵、L 儀的性能，見表9。

表 9 混凝土流動性能

2.3.2 混凝土力學(xué)性能

將混凝土制成兩種尺寸：150mm×150mm×150mm和100mm×100mm×100mm ，測量各齡期抗壓強度，試驗結(jié)果見表 10。

表 10 混凝土力學(xué)性能試驗 MPa

通過上面的試驗可以看出，我們可以在合理的成本范圍內(nèi)，達到相應(yīng)的效果，混凝土的強度是絕對可以保證的，并有一定的富余值，而自密實混凝土最主要的性能指標是要保證良好的工作性。自密實混凝土應(yīng)根據(jù)工程應(yīng)用特點著重對其中一項或者幾項指標作為主要要求，一般不需要每個指標都達到最高要求。填充性是自密實混凝土的必控指標，間隙通過性和抗離析性可根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)和施工特點進行選擇。

坍落擴展度值描述非限制狀態(tài)下新拌混凝土的流動性，是檢驗新拌混凝土自密實性能的主要指標之一。T500時間是自密實混凝土的抗離性和填充性綜合指標，同時，可以用來評估流動速率，建議控制在 2～8s 范圍內(nèi)。間隙通過性用來描述新拌混凝土流過具有狹口的有限空間（比如密集的加筋區(qū)），而不會出現(xiàn)分離、失去黏性或者堵塞的情況。本次C20 自密實混凝土承臺封底，因水下施工未有鋼筋分布，所以間隙通過性可不作為主要要求?？闺x析性是保證自密實混凝土均勻性和質(zhì)量的基本性能。

通過以上的試驗結(jié)果及技術(shù)要求，我們設(shè)計的 C20 自密實混凝土基本上可以達到國內(nèi)有關(guān)自密實混凝土規(guī)范的要求，證明我們的試驗方案是可行的。

3 C20 自密實混凝土的生產(chǎn)應(yīng)用

我公司對自密實混凝土的實際生產(chǎn)運用，同樣做了大量的工作。具體分兩步走：

（1）在自密實混凝土試驗配方成功的基礎(chǔ)上，用預(yù)拌混凝土生產(chǎn)樓多次進行試生產(chǎn)。從優(yōu)選膠凝材料、嚴格控制粗骨料粒徑和級配、利用高效外加劑降低水灰比及提高混凝土流動性、嚴格控制投料及運輸，加強監(jiān)控頻率及加強對產(chǎn)品的后期養(yǎng)護等各方面。

（2）進行自密實混凝土的實際生產(chǎn)。在對東莞大道延長線承臺封底施工中，我們采用了 C20 自密實混凝土的生產(chǎn)配方。為了能科學(xué)地監(jiān)控混凝土實際生產(chǎn)情況，以達到設(shè)計要求，對每一車混凝土都進行嚴格的生產(chǎn)控制和抽檢。具體有以下幾個步驟：① 原材料優(yōu)選；② 石子經(jīng)過粗細碎石按預(yù)定比例搭配，以達到要求的連續(xù)級配；③ 混凝土攪拌機每槽生產(chǎn) 3m3混凝土，保證攪拌時間不少于 60s；④ 檢查每車混凝土配合比投料量；⑤ 計量每車混凝土坍落度；不符合要求時；隨即退貨；⑥ 每 50m3混凝土抽檢一組試件；⑦ 委派試驗室人員 1～2 人/臺班進駐工地對砼質(zhì)量進行實時監(jiān)控。

（3）對使用后情況進行跟蹤?；炷吝_到一定的設(shè)計強度后，就可以把沉箱里的水抽走，進行承臺上部的施工。在承臺施工前，我們對 C20 自密實混凝土的使用情況進行了跟蹤，沉箱里的水抽干凈后，我們在現(xiàn)場觀察，整個沉箱的底部都被混凝土封住，沒有外界的水入侵，但混凝土表面不是很平整，施工單位在進行承臺施工前將會進行找平處理，實踐證明 C20 自密實混凝土使用效果是成功的。

C20 自密實混凝土生產(chǎn)及施工時的注意事項：

（1）應(yīng)保證施工的連續(xù)性。因施工面積較闊，一次性澆筑混凝土方量較大，所以必須保證混凝土施工的不間斷性。

（2）應(yīng)控制好混凝土的凝結(jié)時間。C20 自密實混凝土的初凝結(jié)時間一般可達 10h 以上，才可滿足施工要求，因施工是采用連續(xù)澆筑，并應(yīng)保持混凝土的流動性，而且施工時間較長，在施工過程有很多不可預(yù)見的問題發(fā)生，所以一般都有要求混凝土初凝時間達 10h 以上。

（3）在水中施工時，必須使用導(dǎo)管法施工，隔水處理，以保證自密實混凝土水下施工的不分散性。

（4）應(yīng)合理控制好生產(chǎn)成本，提倡使用摻合料。C20 自密實混凝土本身就是一個比較矛盾的概念，強度等級較低，但又要達到自密實的效果，符合高性能混凝土的要求，所以必須從技術(shù)及經(jīng)濟角度合理控制生產(chǎn)成本，朝著綠色、健康的方向發(fā)展。

4 總結(jié)

自密實混凝土的主要優(yōu)點有：

（1）可用于難以澆筑甚至無法澆筑的結(jié)構(gòu)，能解決傳統(tǒng)混凝土施工中的漏振、過振以及鋼筋密集難以振搗等問題，可保證鋼筋、預(yù)埋件、預(yù)應(yīng)力孔道的位置不因振搗而移位。

（2）增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計的自由度。不需振搗，可以澆注成形狀復(fù)雜、薄壁和密集配筋的結(jié)構(gòu)。

（3）大幅降低工人勞動強度，減少人工數(shù)量。

（4）有效地提高了混凝土的品質(zhì)，具有良好的密實性、力學(xué)性能和耐久性。

（5）降低環(huán)境噪聲，改善工作環(huán)境。

（6）能大量利用工業(yè)廢料做礦物摻合料，有利于環(huán)境保護。

（7）施工自動化程度高，能促進工業(yè)化的施工與管理。

（8）節(jié)省電力能源。

總之，自密實混凝土是一種省資源、省能源、省力氣、便于施工及環(huán)境友好型的高性能混凝土，是未來混凝土發(fā)展的趨勢。

[1] CCES 02—2004.自密實混凝土設(shè)計與施工指南[S].

[2] CECS 203—2006.自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].

[3] JGJ/T283—2012.自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].