自密實混凝土設(shè)計及工程應(yīng)用案例分析

趙中，張振棟

（1. 北京住總實業(yè)投資控股有限公司，北京 100025；2. 北京方圓工程監(jiān)理有限公司，北京 100036）

近年來，隨著建筑設(shè)計多樣化，在施工中越來越多的用到特殊混凝土。自密實混凝土（Self-Compacting Concrete，簡稱 SCC）即是其中一種混凝土。自密實混凝土是指在澆筑過程中無需施加任何振搗，僅依靠混凝土自重就能完全填充至模板內(nèi)任何角落和鋼筋間隙的高性能混凝土。與普通混凝土相比，自密實混凝土拌合物在運輸和施工過程中不離析和具有較高的均勻性，不需外加振動而完全依靠自重作用能夠通過鋼筋密集、結(jié)構(gòu)截面比較復(fù)雜的工程部位，填充密實，避免出現(xiàn)因振搗不足而造成的空洞、蜂窩、麻面等質(zhì)量缺陷。結(jié)合某工程獨立柱（高 5.5m，截面 1.2m×1.3m，保護(hù)層厚度 50mm）施工需要，進(jìn)行 C40 自密實混凝土配合比設(shè)計，以及為保障施工的順利進(jìn)行和工程質(zhì)量采取必要的保證措施。

1 原材料選擇

根據(jù)自密實混凝土使用結(jié)構(gòu)形式、施工工藝，考慮環(huán)境因素及生產(chǎn)實際情況，提高膠凝材料的用量，摻合料采用雙摻粉煤灰和礦粉。

（1）水泥：金馬啟新 P·O42.5 水泥，其指標(biāo)見表1。

（2）粉煤灰：寶德友邦Ⅱ級粉煤灰，表觀密度 2280kg/m3，細(xì)度 13.63%，需水比 102%，燒失量2.6%。

（3）礦粉：三河天龍 S95 級礦粉，比表面積424m2/kg，7d 活性指數(shù) 83%，28d 活性指數(shù) 108%，表觀密度 2900kg/m3。

（4）粗骨料：威克冶金生產(chǎn)，石子粒徑范圍5～20mm，連續(xù)級配，表觀密度 2750kg/m3，含泥量0.2%。

（5）細(xì)骨料：淶水達(dá)盛生產(chǎn)的天然砂，細(xì)度模數(shù)2.7，Ⅱ區(qū)中砂，含泥量 2.0%，表觀密度 2700kg/m3。

（6）外加劑：建工院生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑，含固量 14.73%，減水率 29%。

表1 水泥性能指標(biāo)

2 配合比設(shè)計

依據(jù) JGJ/T 283—2012《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，在水膠比不變、膠凝材料和外加劑用量合理的原則下調(diào)整膠凝材料用量、外加劑用量或砂的體積分?jǐn)?shù)等直到符合要求為止。

根據(jù)初步設(shè)計計算試拌物料量，得表 2。

表2 試拌物料量 kg/25L

按表 2 數(shù)據(jù)稱量物料進(jìn)行試拌，觀察出機(jī)混凝土拌合物狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)出機(jī)混凝土拌合物流動性良好，停止流動后表面析水，周圍有稀漿析出，鏟動時扒底。據(jù)這些現(xiàn)象調(diào)整外加劑摻量由 2.4% 到 2.2%，即外加劑摻量由11.9kg/m3調(diào)整到 10.9㎏/m3。調(diào)整后再次計算、試拌，混凝土拌合物出機(jī)工作性良好（如圖 1）。

圖1 混凝土出機(jī)狀態(tài)

按照標(biāo)準(zhǔn)要求測量出機(jī)混凝土各項指標(biāo)，結(jié)果如表3。

表3 指標(biāo)測量值

經(jīng)分析，坍落擴(kuò)展度和擴(kuò)展時間 T500符合設(shè)計填充性要求，離析率符合設(shè)計的抗離析性要求；實測表觀密度與理論計算表觀密度 2409.9kg/m3之差的絕對值9.9kg/m3小于計算值的 2%，根據(jù)上述分析確定，最終基準(zhǔn)配合比如表 4。

表4 基準(zhǔn)配合比 kg/m3

依據(jù)基準(zhǔn)配合比及標(biāo)準(zhǔn)要求，水膠比增加和減少0.02，用水量和基準(zhǔn)配合比相同，砂體積分?jǐn)?shù)分別增加和減少 1%，計算混凝土強(qiáng)度試驗配合比，如表 5。

表5 混凝土強(qiáng)度試驗配合比 kg/m3

取備用原材料，按照表 5 數(shù)據(jù)計算每盤 25L 的試拌配合比數(shù)據(jù)，然后按照標(biāo)準(zhǔn)要求的質(zhì)量偏差及精度，稱量各物料，按照石—水泥及摻合料—砂—水及外加劑的順序投入到試驗攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌。

每個配合比的拌合物分別裝入三組試模中，振實后在 (20±5)℃環(huán)境中靜置一到兩晝夜，然后編號、拆模。拆模后試塊盡快放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至 28d。

養(yǎng)護(hù)到 28d 的試塊取出，做抗壓試驗得到表 6。

表6 試塊抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》，繪制試驗強(qiáng)度和膠水比的線性關(guān)系圖，如圖 2。

由圖 2 強(qiáng)度和膠水比的線性關(guān)系，計算可得出在強(qiáng)度 48.225MPa 時，其膠水比為 2.5016，對應(yīng)水膠比為0.40，故水膠比取 0.39，即膠水比取 2.5641，略大于配制強(qiáng)度膠水比。

圖2 強(qiáng)度—膠水比關(guān)系圖

在確定水膠比及試拌配合比表 4 中 Z-03，按照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》進(jìn)行調(diào)整與確定，得到表 7 設(shè)計配合比。

表7 設(shè)計配合比 kg/m3

根據(jù)上述配合比試拌，經(jīng)檢驗混凝土拌合物出機(jī)各項性能符合設(shè)計及施工生產(chǎn)技術(shù)要求，最終確定上述配合比為生產(chǎn)配合比。

考慮運輸時間較長、氣溫影響及其他影響澆筑時效的因素，而按設(shè)計配合比摻加 2.2% 外加劑試拌，出機(jī)混凝土靜置 1.5h 后，坍落度損失較大，為避免混凝土拌合物和易性影響澆筑施工，再次摻加 0.1% 的外加劑調(diào)整混凝土和易性。試驗表明，后摻加 0.1% 外加劑后，混凝土拌合物和易性良好，且對比分析結(jié)果表明后摻外加劑對混凝土的性能的影響可以忽略不計。

3 工程實際應(yīng)用及保障措施

（1）原材料方面：自密實混凝土的原材料相對于普通混凝土原材料要求更加嚴(yán)格，且需要量相對較少，因此，針對生產(chǎn)自密實混凝土的原材料采取專項檢驗，并單獨存儲。

（2）生產(chǎn)方面：生產(chǎn)之前試驗人員及質(zhì)檢人員協(xié)作按照設(shè)計配合比以實際原材料進(jìn)行試拌，以便于發(fā)現(xiàn)問題，及時作出處理；計量設(shè)備提前校正，以確保自密實原材料能夠按照設(shè)計配合比配料；攪拌輸送設(shè)備清理干凈，避免普通混凝土殘留對自密實混凝土質(zhì)量造成影響；確保攪拌時間，每盤攪拌時間不少于 60s；質(zhì)檢人員檢驗攪拌好的混凝土拌合物，確認(rèn)出機(jī)狀態(tài)，并按照管理要求制作 3d、7d、28d 試塊。

（3）運輸方面：罐車裝灰之前清理罐，避免洗車用水殘留影響混凝土拌合物水膠比；運輸線路提前查看，以確保運輸車輛能夠快速到達(dá)工程所在地；隨車攜帶所用外加劑，以便于采取二次加外加劑調(diào)整混凝土坍落度損失大的情況。

（4）澆筑：由于自密實混凝土流動很高，對模板側(cè)壁壓力隨著澆筑高度的增高而呈直線上升[1]，因此在澆筑前應(yīng)會同施工單位確認(rèn)模板安裝質(zhì)量，重點檢查加固措施，避免在澆筑過程中跑模；混凝土拌合物到達(dá)現(xiàn)場后，由現(xiàn)場質(zhì)檢人員查看混凝土拌合物狀態(tài)，以確認(rèn)混凝土拌合物工作性是否符合施工要求；協(xié)同施工人員，做好現(xiàn)場澆筑準(zhǔn)備工作；澆筑采取分層澆筑，且在澆筑過程中可以自下而上輕擊模板，利于氣體排出及確認(rèn)混凝土拌合物填充滿空間，同時，澆筑時也應(yīng)控制澆筑速度，防止混凝土拌合物未填充密實，氣泡不能完全排出，造成澆筑完后混凝土內(nèi)部不密實和表觀質(zhì)量缺陷。

（5）養(yǎng)護(hù)：為保證混凝土外觀質(zhì)量，可采取帶模養(yǎng)護(hù)適當(dāng)延長混凝土拆模時間，拆模后應(yīng)先噴水濕潤后覆蓋薄膜，薄膜做好密封，保持濕潤；同時做好混凝土降溫措施，實時監(jiān)測控制混凝土里表溫差在 25℃ 之內(nèi)和表面與大氣溫差 20℃ 之內(nèi)。

4 工程實體質(zhì)量

混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度在 49.3MPa，同條件養(yǎng)護(hù)試塊抗壓在 48.6MPa，混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計要求。同時，混凝土整體均勻性良好。在同一視覺空間內(nèi)混凝土表面色澤均一，表面光滑，呈灰白色。無色差、蜂窩、麻面、砂線和表面損傷等外觀缺陷（如圖 3）。

圖3 混凝土外觀

（1）通過配合比設(shè)計、調(diào)整，試驗驗證自密實混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度 49.3MPa，同條件養(yǎng)護(hù)試塊 28d 抗壓強(qiáng)度 48.6MPa，能夠達(dá)到工程設(shè)計要求。

（2）自密實混凝土良好工作性，使得澆筑施工簡便、快捷，減少澆筑施工中的噪聲等污染，節(jié)約能源，符合現(xiàn)代建筑施工綠色環(huán)保要求，具有良好的發(fā)展前景。