钢板自密实混凝土配合比研究

李 伟，李 洋，陈海波，谭 煌，熊吉万，尹 峰，李 跃

（四川中核艾瑞特工程检测有限公司，四川 绵阳 621000）

在建某核电站大量采用SC结构，预计使用自密实混凝土施工700 m3，施工难度大，大量隐蔽工程质量控制要求高。这就对自密实混凝土试验提出更高的要求。大量自密实混凝土施工需选择最佳的材料，满足对不同材料，不同环境下的施工性能。此次自密实混凝土研究同一配合比（外加剂掺量不发生任何改变）在复杂现场条件下施工及性能变化问题，有效抑制了混凝土凝结硬化后带来的体积安定性问题。

1 某核电站自密实混凝土试验步骤

试验室根据JGJ/T283-2012要求设计自密实混凝土配合比，但为充分验证混凝土性能增加CECS203：2006的检测项目和指标，所以采取了根据JGJ/T283-2012进行设计与CECS203：2006双标准复核设计方案进行设计计算并开展试验。

2 自密实混凝土设计及试配

2.1 配合比各组分原材料影响因素

自密实混凝土设计与普通混凝土不同，多采用体积法进行设计计算，这对原材料的表观密度测量提出了很高的要求。其影响指标主要有：粗骨料体积、砂体积分数、水胶比、用水量、粉煤灰掺量、外加剂掺量、浆骨比等指标。粗骨料的体积直接影响到自密实混凝土拌合物流动性、通过性、经济性等指标，较多的粗骨料会阻碍混凝土的通过性，但合理的粗骨料用量能够起到节约胶材、抑制收缩的作用；砂体积分数主要影响混凝土经济性、流动性和易性及泵送性能等指标，机制砂颗粒棱角较多，较多的砂用量会影响拌合物流动性，增加拌合物泵送损失。但砂体积不足则影响对粗骨料空隙的填充，导致骨料外漏的发生；水胶比则直接影响混凝土的强度和粘聚性；较大的用水量能提高混凝土抗材料干扰性，但会降低浆体密度，导致骨料下沉和粘聚性降低；粉煤灰掺量则直接影响着混凝土流动性、强度、和易性等指标；外加剂对混凝土强度，和易性、粘聚性、流动性起着至关重要的作用。

2.2 配合比参数选择思路及计算

试验室优先使用JGJ/T283-2012对混凝土配合比进行设计计算，采用CECS203：2006进行复核配合比计算结果，设计自密实混凝土强度为C35，坍落扩展度要求650 mm±50 mm，坍落扩展度与J环扩展度之差0~25 mm，U型箱填充高度试验≥320 mm，V漏斗通过时间试验为7~25 s，T500为2~8 s。离析率筛析试验≤15%，含气量0~6.5%。

优先测取各材料表观密度见表1。

表1 各材料表观密度检测结果

（1）保证自密实混凝土流动性、通过性满足施工要求。

在满足规范的基础上选择较小的骨料用量，严格控制骨料的体积，粗骨料体积选择0.31 m3，共计815 kg/m3。

机制砂在满足流动性、施工性基础上选择较大砂用量，砂体积分数选0.44。取整数800 kg/m3。

（2）保证混凝土配合比的和易性、流动性和经济性。

选择粉煤灰掺量为上限30%。

（3）保证自密实混凝土粘聚性、强度及流动性。

根据粉煤灰掺量计算自密实混凝土胶凝材料密度

式中：ρm——矿物掺和料表观密度（kg/m3），ρc——水泥表观密度（kg/m3）。

（4）自密实混凝土水胶比计算。

式中：mb——每立方米混凝土中胶凝材料质量（kg）。

mw——每立方米混凝土中用水的质量（kg）。

（5）胶凝材料用量计算。

式中：Va——每立方米中引入空气的体积（L），Ρw——每立方米中拌合水的表观密度（kg/m3）。

（6）用水量计算及选取。

用水量为189 kg/m3，根据CECS203：2006中规定，将用水量固定在170~180 kg/m3，优先选用180 kg/m3拌合水用量。

确定计算配合比见表2。

表2 计算配合比

（7）保证自密实混凝土粘聚性、流动性。

采用聚羧酸高性能减水剂增加混凝土流动性、和易性，开展室内基准配合比试配。

2.3 材料初步选择

按建造经济性原则，优先使用核电厂在用原材料进行试验。

2.4 室内试配试验

试验室根据计算配合比开展室内试配试验，流动性指标选择坍落扩展度表征，通过性选用坍落扩展度与J环扩展度差值进行表征，采用根据性能逐步优化的方法进行试配，试配及检测过程及结果见表3。

2.5 数据分析

表4为室内检测结果统计表，每个配合比在外加剂最佳掺量条件下开展平行试验，每个配合比搅拌三盘，检测数据一致记录至表3。

表3 室内试配及检测结果

表4 基准配合比材料用量 （kg/m3）

（1）根据序号1、2、3检测结果进行分析。胶凝材料用量提高能有效提高混凝土拌合物通过性，粘聚性，抑制混凝土在J环扩展度试验中的骨料堆积情况。

（2）根据序号3、4、5、6进行分析。用水量的增加会增加混凝土拌合物的流动性，但过量的用水量则减少浆体粘度，导致J环扩展度骨料的堆积，降低拌合物通过性。较少的用水量则影响更为直接（降低流动性、通过性）。

（3）根据序号5、7、8进行分析。可以看出随粗骨料用量增加，坍落扩展度显著降低，通过性变差；根据5、9、10可以得出，细骨料过多则降低自密实混凝土流动性，但未对通过性造成较大影响，细骨料不足，提高混凝土流动性，但出现轻微露骨，降低混凝土通过性。

（4） 经上述数据分析，初步选择基准配合比。选择最优配合比见表5。

表5 室内最终配合比材料用量 （kg/m3）

确定基准配合比后，使用该配合比开展搅拌站的生产性试验验证自密实混凝土可生产性。

2.6 全尺寸节模块模拟试验

通过上述试验后，混凝土性能初步判断满足施工要求后开展全尺寸截模块模拟试验，试件尺寸截取取CA20模块中最难浇筑部分，搭建1：1全尺寸模型进行模拟浇筑试验。模型分为钢制模型（凸字形内设锚固钉、孔洞、预先埋设杂物）及木模（卜字型内设横向、纵向钢筋阻挡物、孔洞等障碍物）开展试验。浇筑完毕后，进行切割，钻芯观察硬化混凝土内部孔洞及槽钢、钢筋的密实情况。

经养护后对模拟件进行切割，得出模拟试验结论：

（1）模拟试验中拌合物流动性较好，能够快速通过钢筋密集区及路径障碍物，能够快速填充并包裹模拟件内设槽钢及钢筋（浇筑目测）。（2）对模拟件进行切割，骨料分布较为均匀，未存在任何分层线、砂层等不良结构。（3）对模拟件进行切割，混凝土填充性能较好，内部钢筋包裹及槽钢填充密实，未出现较大危害性孔洞。

3 结论

（1）通过此次配合比试验，拓展了配合比设计思路，健全配合比的设计流程，对本公司核电领域配合比的设计具有重要参考意义；通过此次试验，提高了试验室配合比技术能力和技术储备，为核电专用配合比开发打下基础。（2）通过此次模拟试验，不良的施工条件未对冲击试件强度、表观质量、骨料分布造成任何不良影响，证明该配合比在极端环境下足以满足现场的施工要求。