大体积自密实混凝土在地下变电站工程中的应用

焦贺军

上海建工材料工程有限公司 上海 200086

1 工程概况

上海虹杨500 kV输变电及管理用房工程地下室为地下连续墙与钢筋混凝土内衬墙两墙合一的叠合墙，采用全逆作法工艺施工，施工难度大。北侧工井位置内衬结构墙厚1 400 mm，其余内衬结构墙厚1 000 mm，为大体积混凝土，支模后需在墙体上层楼板开槽开孔灌注混凝土，对混凝土的石子粒径和工作性要求非常高。针对这一情况，决定采用大体积自密实混凝土的方案。

2 技术路线

自密实混凝土的技术难点在于既要满足混凝土流动性的要求，也要有一定的黏聚性和保水性[1-4]。另外，配比设计还要兼顾大体积混凝土的设计要求。最终确定混凝土技术方案为：外围内衬墙混凝土采用C40自密实混凝土，抗渗等级P10，设计龄期45 d，扩展度650 mm±75 mm，粗骨料采用粒径5～20 mm碎石。为配制性能优良的大体积自密实混凝土，主要采用以下4种技术措施：

1）通过矿粉和粉煤灰的双掺改善混凝土的流变性能。

2）采用聚羧酸高效外加剂，配制大流动性混凝土。同时外加剂复配了适量的增稠组分，可以有效降低混凝土离析泌水的风险。

3）确定合适的砂石体积，让骨料在浆体内均匀分布，并完全被浆体包裹，砂石可以通过浆体润滑层流动，均匀地充满模板的各个角落。

4）在胶凝材料中使用大掺量的掺合料取代水泥，尽可能减少水泥用量，降低混凝土的绝热温升。

综合应用以上4种技术措施，配制出大体积自密实混凝土，主要着力解决了自密实混凝土大流动性与黏聚性和保水性之间的矛盾、大体积混凝土的温升和裂缝控制两个方面的问题。

3 大体积自密实混凝土的原材料选择

1）水泥：采用德清南方水泥有限公司生产的P.O 42.5水泥，技术指标为细度1.5%、标准稠度用水量27.2%、初凝时间110 min、终凝时间190 min、3 d抗压强度26.5 MPa、28 d抗压强度51.2 MPa、3 d抗折强度5.7 MPa、28 d抗折强度9.1 MPa。并按现行的国家标准GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》进行验收。

2）矿粉：采用上海宝田新型建材有限公司生产的S95级矿粉，该矿粉28 d活性指数大于95%，并按现行国家标准GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》进行验收。

3）粉煤灰：采用上海电桥实业有限公司生产的Ⅱ级磨细粉煤灰，并按现行国家标准GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》进行验收。

4）黄砂：采用安徽芜湖产中砂，细度模数2.3以上，属于Ⅱ区，含泥量不大于3.0%。质量指标按JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》的要求进行验收。黄砂的技术指标为细度模数2.4、含泥量2.2%、泥块含量0.2%、表观密度2 660 kg/m3、堆积密度1 540 kg/m3、孔隙率42%。

5）碎石：采用福建产5～20 mm连续粒级碎石，针片状颗粒含量不大于8%，含泥量不大于1.0%，泥块含量不大于0.5%。质量指标按JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》的要求进行验收。碎石的技术指标为颗粒粒级5～20 mm、含泥量0.3%、泥块含量0.1%、表观密度2 720 kg/m3、堆积密度1 530 kg/m3、孔隙率44%、针片状颗粒含量7%、压碎指标6%。

6）外加剂：采用上海建工材料工程有限公司生产的TX600型聚羧酸高效外加剂，混凝土减水率25%左右，其质量符合GB 8076—2008《混凝土外加剂》的要求。

7）水：采用自来水。

4 大体积自密实混凝土配合比设计

配合比设计计算中依据JGJ/T 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》，采用固定砂石体积法。自密实混凝土胶凝总量一般在400～550 kg/m3，要达到C40强度配制要求，基准配合比的胶凝总量取值450 kg/m3。大体积混凝土中提高掺合料比例可以降低混凝土绝热温升，但是作为墙板，掺合料不宜太高，初步确定掺合料比例不超过45%。单掺矿粉混凝土容易离析泌水，保水性差，若再掺入一定量的粉煤灰，混凝土的流变性能、和易性都可以得到改善。综合考虑，矿粉掺量取22%，粉煤灰掺量取20%，设计扩展度为650 mm±75 mm，确定每立方米混凝土中粗骨料体积取值为0.33，外加剂掺量取1.2%。混凝土质量配合比为：水∶水泥∶黄砂∶碎石∶粉煤灰∶外加剂∶矿粉=160∶260∶865∶900∶90∶6.3∶100。

将基准配合比的水胶比上下调整0.02，得到另外2组配合比，进行混凝土小试试拌。对于自密实混凝土与普通混凝土的区别就是要详细考察混凝土的流变性能，本试验主要通过混凝土坍落度、扩展度以及倒锥试验来表征。3组配合比的混凝土性能如表1所示。

表1 3组配合比混凝土性能

石子在浆体中均匀分布，浆体对石子的包裹性良好，边缘没有泌浆，无离析泌水现象。将坍落度筒翻转做倒锥试验，将混凝土一次性装满坍落度筒，缓慢提起，用秒表计时，混凝土均在10 s以内自由下落排空。

3次试拌的混凝土中，基准配合比满足试配强度要求且符合经济性原则，故确定为最终配比。

5 大体积自密实混凝土绝热温升计算

混凝土绝热温升会产生温度应力引发温度裂缝，计算混凝土绝热温升对控制温度裂缝很有指导意义。依据GB 50496—2009《大体积混凝施工规范》计算大体积自密实混凝土的最大绝热温升为49.6 K。混凝土内部最高温度预计在56.9～61.9 ℃，施工现场实测最高温度55 ℃。

6 混凝土质量控制技术措施

大体积自密实混凝土要取得好的效果，主要遵循材料优选、配合比精心设计、小试反复验证、生产过程严格控制的原则。

1）优选混凝土原材料，选用普通硅酸盐水泥，黄砂用细度模数2.3以上的中砂，采用5～20 mm连续粒级石子，并严格控制砂石含泥量。

2）生产过程中采用电脑控制计量，其具备的计量超标报警功能，能有效保证计量的准确性。

3）大体积自密实混凝土生产采用专料专用、定机生产的措施。按照混凝土计划要求，提前做好各种材料的备料、专用材料的翻仓、上料等准备工作。

4）试验室强化生产过程质量跟踪。首车取样检测扩展度指标，出厂扩展度控制在700 mm左右，对混凝土的工作性指标进行评价，如砂、石发生质量波动，再根据实际情况进行砂石料的计量复配、砂率调整、外加剂的掺量调整等，并在调整后继续取样跟踪验证实施效果，确保出厂混凝土各项性能指标满足设计要求。

5）生产过程中结合视频监控系统，对混凝土出料状态进行全过程监控，并适时调整砂石含水率，确保出厂混凝土的稳定性。

6）工地现场派专职人员进行跟踪，信息及时反馈。

7 工程效果评价

虹杨500 kV工程内衬墙C40P10R45大体积自密实混凝土，累计完成混凝土供应近4 000 m3，共成型60组试块，45 d强度平均值49.5 MPa，最大值57.1 MPa，最小值46.3 MPa，标准差3.62 MPa。拆模后，墙体表面光滑，颜色均匀发亮，无蜂窝麻面、露石、露筋现象，没有出现温度收缩裂缝。混凝土总体质量稳定，实施效果良好。