自密实混凝土设计及工程应用案例分析

2018-05-03赵中张振栋

商品混凝土 2018年4期

赵中，张振栋

（1. 北京住总实业投资控股有限公司，北京 100025；2. 北京方圆工程监理有限公司，北京 100036）

近年来，随着建筑设计多样化，在施工中越来越多的用到特殊混凝土。自密实混凝土（Self-Compacting Concrete，简称 SCC）即是其中一种混凝土。自密实混凝土是指在浇筑过程中无需施加任何振捣，仅依靠混凝土自重就能完全填充至模板内任何角落和钢筋间隙的高性能混凝土。与普通混凝土相比，自密实混凝土拌合物在运输和施工过程中不离析和具有较高的均匀性，不需外加振动而完全依靠自重作用能够通过钢筋密集、结构截面比较复杂的工程部位，填充密实，避免出现因振捣不足而造成的空洞、蜂窝、麻面等质量缺陷。结合某工程独立柱（高 5.5m，截面 1.2m×1.3m，保护层厚度 50mm）施工需要，进行 C40 自密实混凝土配合比设计，以及为保障施工的顺利进行和工程质量采取必要的保证措施。

1 原材料选择

根据自密实混凝土使用结构形式、施工工艺，考虑环境因素及生产实际情况，提高胶凝材料的用量，掺合料采用双掺粉煤灰和矿粉。

（1）水泥：金马启新 P·O42.5 水泥，其指标见表1。

（2）粉煤灰：宝德友邦Ⅱ级粉煤灰，表观密度 2280kg/m3，细度 13.63%，需水比 102%，烧失量2.6%。

（3）矿粉：三河天龙 S95 级矿粉，比表面积424m2/kg，7d 活性指数 83%，28d 活性指数 108%，表观密度 2900kg/m3。

（4）粗骨料：威克冶金生产，石子粒径范围5～20mm，连续级配，表观密度 2750kg/m3，含泥量0.2%。

（5）细骨料：涞水达盛生产的天然砂，细度模数2.7，Ⅱ区中砂，含泥量 2.0%，表观密度 2700kg/m3。

（6）外加剂：建工院生产的聚羧酸高性能减水剂，含固量 14.73%，减水率 29%。

表1 水泥性能指标

2 配合比设计

依据 JGJ/T 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》，在水胶比不变、胶凝材料和外加剂用量合理的原则下调整胶凝材料用量、外加剂用量或砂的体积分数等直到符合要求为止。

根据初步设计计算试拌物料量，得表 2。

表2 试拌物料量 kg/25L

按表 2 数据称量物料进行试拌，观察出机混凝土拌合物状态，发现出机混凝土拌合物流动性良好，停止流动后表面析水，周围有稀浆析出，铲动时扒底。据这些现象调整外加剂掺量由 2.4% 到 2.2%，即外加剂掺量由11.9kg/m3调整到 10.9㎏/m3。调整后再次计算、试拌，混凝土拌合物出机工作性良好（如图 1）。

图1 混凝土出机状态

按照标准要求测量出机混凝土各项指标，结果如表3。

表3 指标测量值

经分析，坍落扩展度和扩展时间 T500符合设计填充性要求，离析率符合设计的抗离析性要求；实测表观密度与理论计算表观密度 2409.9kg/m3之差的绝对值9.9kg/m3小于计算值的 2%，根据上述分析确定，最终基准配合比如表 4。

表4 基准配合比 kg/m3

依据基准配合比及标准要求，水胶比增加和减少0.02，用水量和基准配合比相同，砂体积分数分别增加和减少 1%，计算混凝土强度试验配合比，如表 5。

表5 混凝土强度试验配合比 kg/m3

取备用原材料，按照表 5 数据计算每盘 25L 的试拌配合比数据，然后按照标准要求的质量偏差及精度，称量各物料，按照石—水泥及掺合料—砂—水及外加剂的顺序投入到试验搅拌机中进行搅拌。

每个配合比的拌合物分别装入三组试模中，振实后在 (20±5)℃环境中静置一到两昼夜，然后编号、拆模。拆模后试块尽快放入标准养护室养护至 28d。

养护到 28d 的试块取出，做抗压试验得到表 6。

表6 试块抗压强度数据

依据标准《普通混凝土配合比设计规程》，绘制试验强度和胶水比的线性关系图，如图 2。

由图 2 强度和胶水比的线性关系，计算可得出在强度 48.225MPa 时，其胶水比为 2.5016，对应水胶比为0.40，故水胶比取 0.39，即胶水比取 2.5641，略大于配制强度胶水比。

图2 强度—胶水比关系图

在确定水胶比及试拌配合比表 4 中 Z-03，按照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》进行调整与确定，得到表 7 设计配合比。

表7 设计配合比 kg/m3

根据上述配合比试拌，经检验混凝土拌合物出机各项性能符合设计及施工生产技术要求，最终确定上述配合比为生产配合比。

考虑运输时间较长、气温影响及其他影响浇筑时效的因素，而按设计配合比掺加 2.2% 外加剂试拌，出机混凝土静置 1.5h 后，坍落度损失较大，为避免混凝土拌合物和易性影响浇筑施工，再次掺加 0.1% 的外加剂调整混凝土和易性。试验表明，后掺加 0.1% 外加剂后，混凝土拌合物和易性良好，且对比分析结果表明后掺外加剂对混凝土的性能的影响可以忽略不计。

3 工程实际应用及保障措施

（1）原材料方面：自密实混凝土的原材料相对于普通混凝土原材料要求更加严格，且需要量相对较少，因此，针对生产自密实混凝土的原材料采取专项检验，并单独存储。

（2）生产方面：生产之前试验人员及质检人员协作按照设计配合比以实际原材料进行试拌，以便于发现问题，及时作出处理；计量设备提前校正，以确保自密实原材料能够按照设计配合比配料；搅拌输送设备清理干净，避免普通混凝土残留对自密实混凝土质量造成影响；确保搅拌时间，每盘搅拌时间不少于 60s；质检人员检验搅拌好的混凝土拌合物，确认出机状态，并按照管理要求制作 3d、7d、28d 试块。

（3）运输方面：罐车装灰之前清理罐，避免洗车用水残留影响混凝土拌合物水胶比；运输线路提前查看，以确保运输车辆能够快速到达工程所在地；随车携带所用外加剂，以便于采取二次加外加剂调整混凝土坍落度损失大的情况。

（4）浇筑：由于自密实混凝土流动很高，对模板侧壁压力随着浇筑高度的增高而呈直线上升[1]，因此在浇筑前应会同施工单位确认模板安装质量，重点检查加固措施，避免在浇筑过程中跑模；混凝土拌合物到达现场后，由现场质检人员查看混凝土拌合物状态，以确认混凝土拌合物工作性是否符合施工要求；协同施工人员，做好现场浇筑准备工作；浇筑采取分层浇筑，且在浇筑过程中可以自下而上轻击模板，利于气体排出及确认混凝土拌合物填充满空间，同时，浇筑时也应控制浇筑速度，防止混凝土拌合物未填充密实，气泡不能完全排出，造成浇筑完后混凝土内部不密实和表观质量缺陷。

（5）养护：为保证混凝土外观质量，可采取带模养护适当延长混凝土拆模时间，拆模后应先喷水湿润后覆盖薄膜，薄膜做好密封，保持湿润；同时做好混凝土降温措施，实时监测控制混凝土里表温差在 25℃ 之内和表面与大气温差 20℃ 之内。