抗凍自密實(shí)混凝土的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李旭輝

【摘 要】自密實(shí)混凝土和抗凍混凝土在實(shí)際使用C40F150自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)與應(yīng)用的全過(guò)程，包括：工程概況、原材料的選擇和配合比設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驗(yàn)證及試驗(yàn)結(jié)果分析、混凝土生產(chǎn)施工過(guò)程控制等，總結(jié)抗凍自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)及生產(chǎn)施工經(jīng)驗(yàn)，望為日后相關(guān)工程提供一些幫助。

【關(guān)鍵詞】自密實(shí)混凝土，抗凍混凝土，空隙率

一、工程概況

北京德威英國(guó)國(guó)際學(xué)校改造建設(shè)一座露天小型冰場(chǎng)面積約為1200平米，表面設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土面層，內(nèi)配Φ8@150mm鋼筋，內(nèi)埋冷排管，冷卻排管及支架均在鋼筋混凝土層內(nèi)，冷排管中心間距為95mm，凈間距約為60mm。設(shè)計(jì)要求使用C40自密實(shí)混凝土澆筑混凝土面層?？紤]冰場(chǎng)的多功能使用，混凝土設(shè)計(jì)抗凍融指數(shù)為F150，混凝土澆筑厚度為20mm，實(shí)際混凝土用量170m3。

二、原材料和配合比設(shè)計(jì)

1、原材料選用及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

（1）水泥：唐山冀東水泥廠P.O42.5水泥。

水泥的技術(shù)指標(biāo)：比表面積（m2/kg）：328、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量（%）：28.6、初凝（min）148、終凝（min）255、抗折強(qiáng)度（MPa）3d：5.9、28d：8.8、抗壓強(qiáng)度（MPa）3d：30.8、28d：52.2、安定性（煮沸法）：合格

（2）砂：河北淶水生產(chǎn)的天然Ⅱ區(qū)中砂。

砂的技術(shù)指標(biāo)：細(xì)度模數(shù)：2.5、含泥量（%）：2.6、泥塊含量（%）：0.4、表觀密度（kg/m3）：2690

（3）粗骨料：河北淶水及河北灤平生產(chǎn)的5～16mm連續(xù)級(jí)配碎石進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

粗骨料的技術(shù)指標(biāo)：

1淶水：含泥量（%）：0.2、泥塊含量（%）：0.1、針片狀顆粒含量（%）：4、壓碎指標(biāo)值（%）：4.7、表觀密度（kg/m3）：2750、空隙率：44

2灤平：含泥量（%）：0.3、泥塊含量（%）：0.1、針片狀顆粒含量（%）：7、壓碎指標(biāo)值（%）：5.5、表觀密度（kg/m3）：2745、空隙率：47

（4）粉煤灰：張家口生產(chǎn)F類(lèi)Ⅰ級(jí)粉煤灰。

粉煤灰技術(shù)指標(biāo)：細(xì)度（45μm方孔篩篩余）（%）：8.5、需水量比（%）：92、燒失量（%）：3.2、表觀密度（kg/m3）：2240

（5）礦粉：唐山產(chǎn)S95級(jí)高爐礦渣粉。

高爐礦渣粉技術(shù)指標(biāo)：比表面積（m2/kg）：427、流動(dòng)度比（%）：99、活性指數(shù)（%）7d：83、28d：102

（6）高性能減水劑：引氣型聚羧酸高性能減水劑。混凝土抗凍等級(jí)為F150，需要摻加引氣劑，因此選用引氣劑型聚羧酸減水劑，保證混凝土的含氣量。

聚羧酸高性能減水劑技術(shù)指標(biāo)：減水率（%）：27、含固量（%）：13.05、密度（g/mL）：1.043、pH值：5.95、含氣量（%）：4.6、坍落度1h經(jīng)時(shí)損失（mm）：10

2、配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)施工工藝、施工條件及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，初步選定粗骨料的體積為0.30m3，0.32 m3，0.34 m3進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。同時(shí)為了觀察不同品質(zhì)粗骨料對(duì)自密實(shí)混凝土性能的影響，選取另種5-16mm連續(xù)級(jí)配的碎石針對(duì)2號(hào)配比進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。天然砂為Ⅱ區(qū)中砂，顆粒級(jí)配及顆粒形態(tài)較好，選定砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)為0.43。為保證混凝土拌合物有足夠含氣量以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)抗凍融指標(biāo)，經(jīng)試驗(yàn)最終確定引氣型聚羧酸高性能減水劑的摻量為2%。

混凝土需要在滿(mǎn)足自密實(shí)性能的基礎(chǔ)上滿(mǎn)足抗凍指標(biāo)，需保證混凝土具有較好的強(qiáng)度和密實(shí)度。考慮引氣型的自密實(shí)混凝土，選定每立方米混凝土中引入空氣的體積為40L。理論配合比見(jiàn)表7：

三、試驗(yàn)驗(yàn)證及試驗(yàn)結(jié)果分析

1、試驗(yàn)方法

自密實(shí)混凝土拌合物自密實(shí)性能按《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》CCES 03-2006、混凝土抗壓強(qiáng)度按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50081-2002、混凝土抗凍試驗(yàn)按《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50082-2009進(jìn)行測(cè)試。

2、試驗(yàn)結(jié)果

（1）自密實(shí)混凝土拌合物性能見(jiàn)表8

通過(guò)觀察混凝土拌合物性能的試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)各配合比混凝土均流動(dòng)性能良好，坍落度及坍落擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失控制較好，表明其均具有較好的填充性。通過(guò)對(duì)比配合比2-1具有較好的混凝土密實(shí)度。各配合比混凝土含氣量在4.2%-4.5%之間，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

（2）混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

1：抗壓強(qiáng)度（MPa）3d：30.1、7d：41.4、28d：59.9

2-1：抗壓強(qiáng)度（MPa）3d：28.1、7d：41.0、28d：59.0

2-2：抗壓強(qiáng)度（MPa）3d：27.3、7d：39.8、28d：59.2

3：抗壓強(qiáng)度（MPa）3d：27.0、7d：39.3、28d：58.8

各配合比28天混凝土抗壓強(qiáng)度均大于48.2MPa，滿(mǎn)足C40混凝土強(qiáng)度要求。

通過(guò)觀察混凝土自密實(shí)性能及抗壓強(qiáng)度，選取配合比1、2-1、3進(jìn)行混凝土抗凍試驗(yàn).

混凝土150次凍融循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果：

1：質(zhì)量損失率（%）：1.96、強(qiáng)度損失率（%）：18.2;

2-1：質(zhì)量損失率（%）：1.75、強(qiáng)度損失率（%）：15.5;

3：質(zhì)量損失率（%）：1.67、強(qiáng)度損失率（%）：14.1;

試驗(yàn)結(jié)果表明各混凝土配合比在經(jīng)歷150次快速凍融循環(huán)后，混凝土試件的質(zhì)量損失率均≤5%，抗壓強(qiáng)度損失率均≤25%，均能滿(mǎn)足F150的抗凍技術(shù)指標(biāo)。

3、試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）通過(guò)表8得知，在水膠比一定的情況下，不同的參數(shù)選擇，使混凝土的自密實(shí)性能有一定變化。在其他條件一定的情況下，粗骨料的體積越大，膠凝材料用量越少，混凝土的自密實(shí)性能越差。優(yōu)選原材料，根據(jù)工程需要的填充效果，選擇粗骨料體積、砂的體積分?jǐn)?shù)、水膠比、膠凝材料的品種及用量，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)混凝土進(jìn)行設(shè)計(jì)及計(jì)算，可以使混凝土具有較好的流動(dòng)性、穩(wěn)定性和填充性，以保證混凝土的自密實(shí)性能滿(mǎn)足工程施工要求。

（2）通過(guò)不同產(chǎn)地碎石的技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)粗骨料的顆粒級(jí)配越合理，顆粒形態(tài)越好，其空隙率越小。觀察表8，可以發(fā)現(xiàn)在配合比相同的情況下，石子的空隙率越小，混凝土的表觀密度越高，其密實(shí)度越好，同時(shí)混凝土的自密實(shí)性能也更好。

（3）試驗(yàn)結(jié)果表明，在保證混凝土強(qiáng)度的前提下，使用引氣型聚羧酸高性能減水劑，可以提高混凝土的含氣量，改善混凝土和易性，提高混凝土的抗凍性能。

綜上所述，考慮施工部位制冷管最小凈間距約為60mm，施工現(xiàn)場(chǎng)施工條件較好，可以簡(jiǎn)單人工修平，經(jīng)與施工單位協(xié)商，從適用性和經(jīng)濟(jì)性考慮，優(yōu)選2-1號(hào)配合比（即粗骨料體積為0.32，砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)為0.43，使用河北淶水5-16mm碎石）作為生產(chǎn)配合比，作為C40F150自密實(shí)混凝土生產(chǎn)配合比。

四、混凝土生產(chǎn)施工過(guò)程控制

1、原材料的質(zhì)量控制

嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)進(jìn)場(chǎng)原材料進(jìn)行檢測(cè)，保證原材料符合抗凍自密實(shí)混凝土質(zhì)量要求。

2、混凝土生產(chǎn)過(guò)程控制

在抗凍自密實(shí)混凝土生產(chǎn)前，對(duì)原材料稱(chēng)量設(shè)備進(jìn)行計(jì)量偏差校準(zhǔn)，以保證原材料的計(jì)量允許偏差滿(mǎn)足規(guī)范中的要求。嚴(yán)格按照混凝土配合比進(jìn)行生產(chǎn)，攪拌時(shí)間控制在60s，保證混凝土攪拌均勻。

3、混凝土運(yùn)輸過(guò)程控制

合理調(diào)配運(yùn)輸車(chē)輛，保證混凝土連續(xù)供應(yīng)。施工現(xiàn)場(chǎng)與攪拌站之間的運(yùn)輸距離較近，要求運(yùn)輸車(chē)輛從開(kāi)始接料到卸料完成的時(shí)間不超過(guò)120min。施工現(xiàn)場(chǎng)配備專(zhuān)職技術(shù)服務(wù)人員，保證到場(chǎng)混凝土的和易性，不得在混凝土運(yùn)輸及澆筑過(guò)程中向拌合物中加水。

4、混凝土澆筑過(guò)程控制

澆筑前，對(duì)到場(chǎng)混凝土進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，坍落擴(kuò)展度為690mm、含氣量4.5%，均能滿(mǎn)足施工和設(shè)計(jì)要求?；炷敛捎密?chē)泵進(jìn)行澆筑，由北向南依次推進(jìn)，一次澆筑完成。

5、混凝土養(yǎng)護(hù)措施

澆筑完成后，對(duì)混凝土采取薄膜覆蓋的方法進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間14天。要求施工單位在混凝土強(qiáng)度未達(dá)到1.2 Mpa前，不得在混凝土表面進(jìn)行其他作業(yè)。

6、混凝土澆筑效果

抗凍自密實(shí)混凝土澆筑順利，性能滿(mǎn)足施工及設(shè)計(jì)要求，C40F150自密實(shí)混凝土達(dá)到了設(shè)計(jì)的澆筑效果。施工單位對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗凍性能進(jìn)行了第三方檢測(cè)試驗(yàn)，混凝土28天抗壓強(qiáng)度平均值為47.3MPa，150次凍融循環(huán)后的強(qiáng)度和質(zhì)量損失率分別為1.95%和16.2%。測(cè)試結(jié)果表明，實(shí)際生產(chǎn)和施工的混凝土滿(mǎn)足設(shè)計(jì)對(duì)抗壓強(qiáng)度和抗凍性能的要求。

五、結(jié)論

工程實(shí)踐表明，有關(guān)C40F150自密實(shí)混凝土的原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、配合比試驗(yàn)驗(yàn)證、施工配合比選定和混凝土生產(chǎn)施工過(guò)程控制等措施，達(dá)到了施工設(shè)計(jì)的要求，總結(jié)結(jié)論如下：

1、優(yōu)選原材料，根據(jù)工程需要的填充效果，合理選擇粗骨料體積、砂的體積分?jǐn)?shù)、水膠比、膠凝材料的品種及用量，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)混凝土進(jìn)行設(shè)計(jì)及計(jì)算，可以使混凝土具有較好的流動(dòng)性、穩(wěn)定性和填充性，以保證混凝土的自密實(shí)性能滿(mǎn)足工程施工要求。

2、粗骨料的質(zhì)量對(duì)自密實(shí)混凝土的自密實(shí)性能有直接影響，其空隙率越小，混凝土自密實(shí)性能越好。

3、在保證混凝土強(qiáng)度的前提下，引氣型聚羧酸高性能減水劑的使用，可以提高混凝土的含氣量，改善混凝土和易性，提高混凝土的抗凍性能。

4、對(duì)C40F150自密實(shí)混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工、養(yǎng)護(hù)和混凝土檢驗(yàn)等過(guò)程的控制，保證了工程的順利施工，確保結(jié)構(gòu)實(shí)體技術(shù)指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

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