自密实混凝土在珠江三角洲水资源配置工程的应用

潘珑云 钟佛明 赵国卫 明邦泉

(深圳市永恒业混凝土有限公司)

1 珠三角水资源配置工程简介

珠江三角洲水资源配置工程是国务院确定的全国172 项节水供水重大水利工程之一，也是广东省历史上投资额最大、输水线路最长、受水区域最广的水利工程。该工程输水管道隧洞采用管片-钢筋混凝土内衬结构，如图1，通过管片与钢筋砼内衬联合受力，同时承受外侧土压及内侧高水压及空管检修相互交替作用。该工程地处郊区，从预拌混凝土企业生产混凝土并运输到工程地点路程，考虑深圳车流高峰堵车情况，实际运输时间可达1～2 小时。而在施工过程中，由于管片内衬砼是无法振捣的，到现场的混凝土即需要保持良好的施工性能，又要能自动填充到管片内无法振捣的地方并自动密实，因此该工程应采用高保坍自密实混凝土，以确保隧洞内管道质量。

图1 隧洞管片- 钢筋混凝土结构示意图

2 高保坍自密实混凝土

自密实混凝土 (Self Compacting Concrete Self-Consolidating Concrete 简称SCC)是指在自身重力作用下，能够流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好均质性，并且不需要附加振动的混凝土[1]。其具有的高流动性，高填充性，高抗分离等特性，避免了施工过程中因为无法振捣而出现混凝土如蜂窝、空心、露筋等质量缺陷。自密实混凝土常常根据工地现场的技术要求不同，出现了不同特性的品种，而高保坍自密实混凝土就是一种为解决珠江三角洲水资源配置工程路况差距离远而设计的自密实混凝土，其具有高保坍性能，能实现较长时间的施工状态，并可以通过调整，实现2～5 小时保坍时间。

3 自密实混凝土配合比设计及材料选择

3.1 水泥

水泥强度等级根据混凝土的试配强度等级选择，同时考虑与减水剂相容性问题，通常自密实混凝土比普通混凝土水泥用量多、水泥强度等级高。《自密实混凝土应用技术规程》中规定，使用矿物掺合料的自密实混凝土，宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

3.2 矿物掺合料

矿物掺合料是配制自密实混凝土的必要条件，它们不但可以提高拌合物的流动性、还可以减少水泥用量和水化热，并通过二次火山灰效应参与水化进程，提高混凝土后期强度。常用的矿物掺合料有粉煤灰、矿粉和硅粉，矿物掺合料的细度和吸水量是重要的参数，实验表明，掺入适量粉煤灰对自密实混凝土流动性更有利，但粉煤灰掺量不宜大于50%，否则会严重影响自密实混凝土耐久性[6]。

3.3 骨料

研究发现，粗骨料的粒径对自密实混凝土的流动性影响很大，自密实混凝土选择粗骨料时，应优先选择连续级配、平均粒径适当的石子[7]，《自密实混凝土应用技术规程》规定，粗骨料最大粒径不宜大于20mm；石子的含泥量≤1.0%、泥块含量≤0.5%、针片状颗粒含量≤8%；石子孔隙率＜40%。该工程使用了广西贺州生产的5mm～20mm 碎石作为粗骨料，最大粒径Dmax20mm，同时采用惠州博罗河砂，严格控制砂中氯离子含量。

3.4 外加剂

因该工程路况复杂，运输时间长，为保证该工程自密实混凝土满足施工要求，需要找到一款保坍效果为3小时左右的外加剂，为达到最佳使用效果，我们对比了华轩高新提供保坍效果分别为1 到4 小时的样品，对应样品型号分别为BT-001、BT-002、BT-003、BT-004，其主要区别在于型号越高，保坍组分越高，保坍时间越长，试配结果如表1 所示：

表1 不同型号外加剂扩展度随时间变化

通过对比发现，保坍组分越高，滞后反大现象越明显，持续时间越长，凝结时间越长，反之保坍组分越低，损失越快；从拌合状态看，003 型2 小时状态仍有轻微泌水现象，003 型4 小时状态仍有泌水现象，考虑混凝土从配送到浇筑时间间隔约2～3 小时，故选择BT-002型外加剂作为生产使用，其保坍效果约3 小时，满足工程混凝土配送要求。

该工程使用的材料具体情况如表2 所示。

3.5 配合比设计

配合比设计标号为C30 自密实混凝土，实现其性能达到高流动性、高填充性、高抗离析性，本工程配合比设计采用的是体积法，具体计算步骤如下：

表2 原材料规格产地

⑴粗骨料计算：根据钢筋混凝土内衬管道尺寸及施工特点，参考SF2 取Vg=0.32m3作为粗骨料体积。

表3 自密实混凝土填充性指标

表4 配合比验证数据

根据强度结果, 绘制强度与水胶比线性关系曲线（图2），当配置强度为38.2MPa 时，由线性公式Y=180x－39.233 得最佳水胶比为0.43，结果表明，水胶比为0.43 时满足强度设计要求。

图2 强度与水胶比线性关系曲线

此时该配合比设计的容重为2284kg/m3，实测2295kg/m3，δ=1.005，在0.98 与1.02 之间，配合比维持不变，因该拌合物性能满足设计要求，故此配合比最终确定如表5。

4 试产与模拟试验

为保证该配合比满足实际施工要求，正式生产前还需进行试产和现场模拟试验。

试产阶段，生产前注意准备好所用的材料及料仓，检查计量设备与生产设备工作情况，严格核对好生产配合比，正常生产2 车约10 方自密实混凝土，过磅检测容重误差情况，取样检测混凝土拌合物性能。

图3 自密实混凝土扩展度试验

模拟试验阶段，搅拌车运输到施工现场后，记录运输时间，并现场检测的扩展度，扩展时间，扩展度不宜小于650mm，如不满足要求应及时通知调整配合比，待扩展度检测合格后开始进行填充性试验，工程现场设计了500cm×110cm×50cm 的长方体模具，上方用玻璃板盖实，两头留有进料口与排气口,两边口径宽20cm，内部等距离设置了三个挡板，与玻璃盖板间隙为5cm,如图4所示：

图4 现场填充试验模具示意图

当混凝土从进料口进入时，混凝土在玻璃盖住的模具内自动从一个卡槽流到下一个卡槽，三个卡槽能逐个流平，说明该自密实混凝土填充性能良好，满足施工要求。

表5 C30 高保坍自密实配合比

图5 现场模拟试验效果图

经24 小时拆模后，模块整体外观完整，无蜂窝、空洞、掉角、麻面等现象。7 天后随机从不同位置抽区6 个芯样，芯样外观密实度良好，骨料分布均匀，无明显缺陷，强度均匀，具体情况如表6 所示：

表6 模块抽心情况汇总

填充试验结束后，最后进行泵机试验，因该工程在井下30 米隧洞内施工，现场选择了防离析串筒装置及泵机配合使用，搅拌车倒车卸入串筒内，再通过一定斜度的串筒流到泵机料斗中，经检测，泵斗中的混凝土和易性良好，泵管泵送出的混凝土状态满足施工要求。

5 结语

珠江三角洲水资源配置工程隧洞内管片钢筋砼内村自密实混凝土从2019 年7 月施工，同年10 月上旬结束，总共浇筑了约6000m3，经检查，混凝土结构完整，表面平整光滑，没有蜂窝露筋，强度符合设计要求，隧洞质量完好，有效的保证了工程质量与进度。