大體積自密實(shí)混凝土在地下變電站工程中的應(yīng)用

焦賀軍

上海建工材料工程有限公司 上海 200086

1 工程概況

上海虹楊500 kV輸變電及管理用房工程地下室為地下連續(xù)墻與鋼筋混凝土內(nèi)襯墻兩墻合一的疊合墻，采用全逆作法工藝施工，施工難度大。北側(cè)工井位置內(nèi)襯結(jié)構(gòu)墻厚1 400 mm，其余內(nèi)襯結(jié)構(gòu)墻厚1 000 mm，為大體積混凝土，支模后需在墻體上層樓板開(kāi)槽開(kāi)孔灌注混凝土，對(duì)混凝土的石子粒徑和工作性要求非常高。針對(duì)這一情況，決定采用大體積自密實(shí)混凝土的方案。

2 技術(shù)路線

自密實(shí)混凝土的技術(shù)難點(diǎn)在于既要滿足混凝土流動(dòng)性的要求，也要有一定的黏聚性和保水性[1-4]。另外，配比設(shè)計(jì)還要兼顧大體積混凝土的設(shè)計(jì)要求。最終確定混凝土技術(shù)方案為：外圍內(nèi)襯墻混凝土采用C40自密實(shí)混凝土，抗?jié)B等級(jí)P10，設(shè)計(jì)齡期45 d，擴(kuò)展度650 mm±75 mm，粗骨料采用粒徑5～20 mm碎石。為配制性能優(yōu)良的大體積自密實(shí)混凝土，主要采用以下4種技術(shù)措施：

1）通過(guò)礦粉和粉煤灰的雙摻改善混凝土的流變性能。

2）采用聚羧酸高效外加劑，配制大流動(dòng)性混凝土。同時(shí)外加劑復(fù)配了適量的增稠組分，可以有效降低混凝土離析泌水的風(fēng)險(xiǎn)。

3）確定合適的砂石體積，讓骨料在漿體內(nèi)均勻分布，并完全被漿體包裹，砂石可以通過(guò)漿體潤(rùn)滑層流動(dòng)，均勻地充滿模板的各個(gè)角落。

4）在膠凝材料中使用大摻量的摻合料取代水泥，盡可能減少水泥用量，降低混凝土的絕熱溫升。

綜合應(yīng)用以上4種技術(shù)措施，配制出大體積自密實(shí)混凝土，主要著力解決了自密實(shí)混凝土大流動(dòng)性與黏聚性和保水性之間的矛盾、大體積混凝土的溫升和裂縫控制兩個(gè)方面的問(wèn)題。

3 大體積自密實(shí)混凝土的原材料選擇

1）水泥：采用德清南方水泥有限公司生產(chǎn)的P.O 42.5水泥，技術(shù)指標(biāo)為細(xì)度1.5%、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量27.2%、初凝時(shí)間110 min、終凝時(shí)間190 min、3 d抗壓強(qiáng)度26.5 MPa、28 d抗壓強(qiáng)度51.2 MPa、3 d抗折強(qiáng)度5.7 MPa、28 d抗折強(qiáng)度9.1 MPa。并按現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》進(jìn)行驗(yàn)收。

2）礦粉：采用上海寶田新型建材有限公司生產(chǎn)的S95級(jí)礦粉，該礦粉28 d活性指數(shù)大于95%，并按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》進(jìn)行驗(yàn)收。

3）粉煤灰：采用上海電橋?qū)崢I(yè)有限公司生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)磨細(xì)粉煤灰，并按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》進(jìn)行驗(yàn)收。

4）黃砂：采用安徽蕪湖產(chǎn)中砂，細(xì)度模數(shù)2.3以上，屬于Ⅱ區(qū)，含泥量不大于3.0%。質(zhì)量指標(biāo)按JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的要求進(jìn)行驗(yàn)收。黃砂的技術(shù)指標(biāo)為細(xì)度模數(shù)2.4、含泥量2.2%、泥塊含量0.2%、表觀密度2 660 kg/m3、堆積密度1 540 kg/m3、孔隙率42%。

5）碎石：采用福建產(chǎn)5～20 mm連續(xù)粒級(jí)碎石，針片狀顆粒含量不大于8%，含泥量不大于1.0%，泥塊含量不大于0.5%。質(zhì)量指標(biāo)按JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的要求進(jìn)行驗(yàn)收。碎石的技術(shù)指標(biāo)為顆粒粒級(jí)5～20 mm、含泥量0.3%、泥塊含量0.1%、表觀密度2 720 kg/m3、堆積密度1 530 kg/m3、孔隙率44%、針片狀顆粒含量7%、壓碎指標(biāo)6%。

6）外加劑：采用上海建工材料工程有限公司生產(chǎn)的TX600型聚羧酸高效外加劑，混凝土減水率25%左右，其質(zhì)量符合GB 8076—2008《混凝土外加劑》的要求。

7）水：采用自來(lái)水。

4 大體積自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)

配合比設(shè)計(jì)計(jì)算中依據(jù)JGJ/T 283—2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，采用固定砂石體積法。自密實(shí)混凝土膠凝總量一般在400～550 kg/m3，要達(dá)到C40強(qiáng)度配制要求，基準(zhǔn)配合比的膠凝總量取值450 kg/m3。大體積混凝土中提高摻合料比例可以降低混凝土絕熱溫升，但是作為墻板，摻合料不宜太高，初步確定摻合料比例不超過(guò)45%。單摻礦粉混凝土容易離析泌水，保水性差，若再摻入一定量的粉煤灰，混凝土的流變性能、和易性都可以得到改善。綜合考慮，礦粉摻量取22%，粉煤灰摻量取20%，設(shè)計(jì)擴(kuò)展度為650 mm±75 mm，確定每立方米混凝土中粗骨料體積取值為0.33，外加劑摻量取1.2%?；炷临|(zhì)量配合比為：水∶水泥∶黃砂∶碎石∶粉煤灰∶外加劑∶礦粉=160∶260∶865∶900∶90∶6.3∶100。

將基準(zhǔn)配合比的水膠比上下調(diào)整0.02，得到另外2組配合比，進(jìn)行混凝土小試試拌。對(duì)于自密實(shí)混凝土與普通混凝土的區(qū)別就是要詳細(xì)考察混凝土的流變性能，本試驗(yàn)主要通過(guò)混凝土坍落度、擴(kuò)展度以及倒錐試驗(yàn)來(lái)表征。3組配合比的混凝土性能如表1所示。

表1 3組配合比混凝土性能

石子在漿體中均勻分布，漿體對(duì)石子的包裹性良好，邊緣沒(méi)有泌漿，無(wú)離析泌水現(xiàn)象。將坍落度筒翻轉(zhuǎn)做倒錐試驗(yàn)，將混凝土一次性裝滿坍落度筒，緩慢提起，用秒表計(jì)時(shí)，混凝土均在10 s以內(nèi)自由下落排空。

3次試拌的混凝土中，基準(zhǔn)配合比滿足試配強(qiáng)度要求且符合經(jīng)濟(jì)性原則，故確定為最終配比。

5 大體積自密實(shí)混凝土絕熱溫升計(jì)算

混凝土絕熱溫升會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力引發(fā)溫度裂縫，計(jì)算混凝土絕熱溫升對(duì)控制溫度裂縫很有指導(dǎo)意義。依據(jù)GB 50496—2009《大體積混凝施工規(guī)范》計(jì)算大體積自密實(shí)混凝土的最大絕熱溫升為49.6 K?；炷羶?nèi)部最高溫度預(yù)計(jì)在56.9～61.9 ℃，施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)最高溫度55 ℃。

6 混凝土質(zhì)量控制技術(shù)措施

大體積自密實(shí)混凝土要取得好的效果，主要遵循材料優(yōu)選、配合比精心設(shè)計(jì)、小試反復(fù)驗(yàn)證、生產(chǎn)過(guò)程嚴(yán)格控制的原則。

1）優(yōu)選混凝土原材料，選用普通硅酸鹽水泥，黃砂用細(xì)度模數(shù)2.3以上的中砂，采用5～20 mm連續(xù)粒級(jí)石子，并嚴(yán)格控制砂石含泥量。

2）生產(chǎn)過(guò)程中采用電腦控制計(jì)量，其具備的計(jì)量超標(biāo)報(bào)警功能，能有效保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。

3）大體積自密實(shí)混凝土生產(chǎn)采用專料專用、定機(jī)生產(chǎn)的措施。按照混凝土計(jì)劃要求，提前做好各種材料的備料、專用材料的翻倉(cāng)、上料等準(zhǔn)備工作。

4）試驗(yàn)室強(qiáng)化生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量跟蹤。首車取樣檢測(cè)擴(kuò)展度指標(biāo)，出廠擴(kuò)展度控制在700 mm左右，對(duì)混凝土的工作性指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，如砂、石發(fā)生質(zhì)量波動(dòng)，再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行砂石料的計(jì)量復(fù)配、砂率調(diào)整、外加劑的摻量調(diào)整等，并在調(diào)整后繼續(xù)取樣跟蹤驗(yàn)證實(shí)施效果，確保出廠混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

5）生產(chǎn)過(guò)程中結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)混凝土出料狀態(tài)進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)控，并適時(shí)調(diào)整砂石含水率，確保出廠混凝土的穩(wěn)定性。

6）工地現(xiàn)場(chǎng)派專職人員進(jìn)行跟蹤，信息及時(shí)反饋。

7 工程效果評(píng)價(jià)

虹楊500 kV工程內(nèi)襯墻C40P10R45大體積自密實(shí)混凝土，累計(jì)完成混凝土供應(yīng)近4 000 m3，共成型60組試塊，45 d強(qiáng)度平均值49.5 MPa，最大值57.1 MPa，最小值46.3 MPa，標(biāo)準(zhǔn)差3.62 MPa。拆模后，墻體表面光滑，顏色均勻發(fā)亮，無(wú)蜂窩麻面、露石、露筋現(xiàn)象，沒(méi)有出現(xiàn)溫度收縮裂縫。混凝土總體質(zhì)量穩(wěn)定，實(shí)施效果良好。