自密實(shí)混凝土在南水北調(diào)江都站改造工程中的應(yīng)用研究

夏 炎邵 林繆樹杰戴宜高

（1.江蘇省江都水利工程管理處，江蘇江都 225200；2.江蘇省駱運(yùn)水利工程管理處，江蘇 宿遷 223800）

自密實(shí)混凝土（Self Compacting Concrete，簡稱 SCC），作為高性能混凝土家族的一員，這類拌合物具有良好的工作性，即使在密集配筋條件下，無需振搗僅依靠自重作用也能均勻密實(shí)填充成型，為施工操作帶來極大方便，同時(shí)，兼有提高混凝土質(zhì)量、改善施工環(huán)境、減少噪音和能耗、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、加快施工進(jìn)度、降低工程費(fèi)用等技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，被稱為“最近幾十年中混凝土建筑技術(shù)最具革命性的發(fā)展”。自密實(shí)混凝土為改善和解決過密配筋、薄壁、復(fù)雜形體等振搗困難的工程施工條件帶來了極大的方便。

1 工程概況

南水北調(diào)東線源頭工程江都三站安裝10臺(tái)機(jī)組，單機(jī)流量10 m3/s，原進(jìn)水流道為鐘形結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)改造為彎肘型流道。由于澆筑部分空間狹小、結(jié)構(gòu)斷面變化大且呈異型、鋼筋密集，肘形部位底部 2.2 m×（3.5～4.5）m，澆筑厚度0.1～0.3 m，混凝土需從肘形流道的側(cè)墻流入，頂板部位澆筑面積為4.8 m×3.5 m、澆筑厚度0.1～0.3 m；除了頂板開洞口附近外，大部分側(cè)面混凝土以及進(jìn)水流道分水隔墩混凝土澆筑均不易振實(shí)。經(jīng)多方案必選論證，決定采用自密實(shí)混凝土進(jìn)行澆筑施工。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 配合比設(shè)計(jì)思路

影響自密實(shí)混凝土流變性能的因素多而復(fù)雜，通常需要做大量的試配才能確定其配合比。自密實(shí)混凝土配制是要在保證所需性能的前提下，可以不振搗而得到高流動(dòng)性的混凝土拌合物，關(guān)鍵是通過外加劑的復(fù)合、優(yōu)質(zhì)摻和物及粗細(xì)骨料的選擇與搭配，使混凝土拌合物具有很高的流動(dòng)性，可以自流平而充滿模型，并且不泌水，不離析，成型后質(zhì)量均勻，不會(huì)產(chǎn)生像普通混凝土那樣由于振搗不當(dāng)而造成蜂窩、麻面和空洞等內(nèi)部質(zhì)量缺陷。

2.2 實(shí)驗(yàn)的技術(shù)路線及目標(biāo)

采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)，研究水泥、粉煤灰、砂、碎石等因素對(duì)自密實(shí)混凝土工作性和強(qiáng)度的影響規(guī)律，優(yōu)化和確定自密實(shí)混凝土配合比。

2.2.1 原材料性能指標(biāo)要求

①水泥：應(yīng)用于自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土的水泥必須滿足水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量低、水化放熱量和放熱速度慢、水泥強(qiáng)度等級(jí)高等要求。

②骨料：自密實(shí)混凝土配制的細(xì)集料通常是中砂；由于自密實(shí)混凝土常常用于鋼筋稠密或薄壁的結(jié)構(gòu)中，粗骨料的最大粒徑一般以小于25 mm為宜，盡可能選用圓形且不含或少含針、片狀顆粒的骨料。

③摻合料：摻合料是自密實(shí)混凝土不可缺少的組成部分之一，在自密實(shí)混凝土中，普遍采用粉煤灰和礦渣復(fù)摻，有時(shí)加上礦粉。

④外加劑：要求與水泥的相容性好、減水率大、緩凝、保塑。

2.2.2 工作性能試驗(yàn)及評(píng)定方法

為了使自密實(shí)混凝土達(dá)到自密實(shí)、免振搗的功能，除進(jìn)行原材料的常規(guī)檢驗(yàn)、外加劑與水泥的相容性檢驗(yàn)以外，還必須檢驗(yàn)混凝土的流動(dòng)性性能、填充和鋼筋間隙通過性能以及抗離析性能。分析比較評(píng)價(jià)自密實(shí)混凝土工作性的指標(biāo)，主要通過流動(dòng)性試驗(yàn)、充填性及鋼筋間隙通過性試驗(yàn)抗離析性試驗(yàn)進(jìn)行。

參考國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)國內(nèi)外大量的研究結(jié)果和實(shí)際應(yīng)用效果，普遍認(rèn)為坍落擴(kuò)展度比坍落度更能有效地體現(xiàn)拌合物的流動(dòng)性和填充性；同時(shí)，L型儀和U型儀試驗(yàn)不僅可以測得混凝土拌合物的間隙通過性，還能獲得更實(shí)際（即存在鋼筋阻擋）的拌合物抗離析性能，是評(píng)定自密實(shí)混凝土工作性的核心內(nèi)容，所以，優(yōu)先選用L型儀或U型儀結(jié)合坍落擴(kuò)展度測試來綜合評(píng)價(jià)混凝土拌合物的工作性。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析及評(píng)價(jià)

一般而言，影響自密實(shí)混凝土工作性能的主要因素有：水膠比、砂率、骨料、外加劑、礦物摻合料、溫度和時(shí)間；影響混凝土抗壓強(qiáng)度的主要因素有：水泥強(qiáng)度等級(jí)和水膠比、骨料、齡期、養(yǎng)護(hù)濕度和溫度等。試驗(yàn)以水膠比、砂率、粉煤灰體積摻量、膨脹劑、減水劑摻量5個(gè)因素，每一因素取4個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)研究。

正交試驗(yàn)考試的指標(biāo)有：0 min時(shí)的坍落度、擴(kuò)展度、高差比以及7 d和28 d的抗壓強(qiáng)度。通過正交試驗(yàn)，得出試驗(yàn)結(jié)果，再對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析。

3 施工質(zhì)量控制

3.1 混凝土攪拌

自密實(shí)混凝土攪拌應(yīng)嚴(yán)格采用強(qiáng)制性攪拌機(jī)，原材料均按照重量法計(jì)量，投料允許偏差如表1。

表1 自密實(shí)混凝土各組成部分稱量允許偏差（%）

為降低混凝土坍落度損失，先對(duì)砂、石灑水濕潤，后摻外加劑，投料順序?yàn)椋杭?xì)集料→水泥→摻合料→部分水→外加劑→粗集料→剩余的水，并采用二次投材料拌和工藝。

開盤前需檢查砂石的含水率，要求必須對(duì)首盤混凝土性能進(jìn)行測試，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，直至混凝土性能符合要求，而后才能確定混凝土的施工配合比。為保證混凝土拌合物攪拌均勻，可適當(dāng)延長攪拌時(shí)間。

3.2 混凝土運(yùn)輸

混凝土運(yùn)輸?shù)缆妨η笃教梗苊獍l(fā)生離析、漏漿，混凝土運(yùn)輸過程中不得向車內(nèi)加水，運(yùn)輸時(shí)間從混凝土攪拌機(jī)攪拌完畢到運(yùn)至施工現(xiàn)場一般應(yīng)控制在2 h以內(nèi)。

3.3 混凝土澆筑

（1）自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性較大，設(shè)計(jì)模板時(shí)應(yīng)考慮模板側(cè)壓力，混凝土澆筑中應(yīng)控制澆筑速度。

（2）混凝土運(yùn)輸至施工現(xiàn)場后，應(yīng)檢查坍落度、擴(kuò)展度是否滿足設(shè)計(jì)要求，如達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，可適當(dāng)加入外加劑。

（3）混凝土經(jīng)過運(yùn)輸后可能發(fā)生離析，現(xiàn)場需要進(jìn)行二次攪拌，以滿足混凝土均勻性，保證混凝土澆筑質(zhì)量。

（4）混凝土應(yīng)分層澆筑，每層高度控制在80 cm以內(nèi)，應(yīng)在混凝土沉實(shí)時(shí)間大于60 min，且不超過混凝土初凝時(shí)間時(shí)，進(jìn)行上一層混凝土的澆筑。

（5）當(dāng)鋼筋較密，混凝土粘性較大時(shí)，可在模板外側(cè)通過人工敲擊等輔助振搗方法提高混凝土的密實(shí)性。

3.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

由于自密實(shí)混凝土中摻入礦物摻和料、膨脹劑，水膠比低，必須加強(qiáng)混凝土早期養(yǎng)護(hù)，以達(dá)到防治出現(xiàn)收縮裂縫、提高混凝土強(qiáng)度的目的。

4 應(yīng)用與效果

江都三站進(jìn)水流道混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25，根據(jù)配合比計(jì)算和正交試驗(yàn)的結(jié)論，確定混凝土配合比為水∶水泥∶砂∶石∶粉煤灰∶外加劑=180∶321∶797∶903∶44.625∶125，水灰比為0.504，砂率為46.91%，摻入的是江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的JSS自密實(shí)混凝土外加劑，坍落度控制值≥250 mm，實(shí)測坍落度270 mm，擴(kuò)展度≥650 mm，實(shí)測擴(kuò)展度700 mm，實(shí)測容重為2237 kg/m3。在正交試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)混凝土坍落度損失較大，故采取了將砂、石預(yù)先濕水濕潤和后摻外加劑等措施。

混凝土采用現(xiàn)場自拌，由于江都三站流道為環(huán)型異型薄壁結(jié)構(gòu)，肘形部位側(cè)墻加固混凝土，進(jìn)水流道分水隔墩混凝土因沉降和塑性收縮，其與頂板接觸部位易產(chǎn)生沉降、收縮裂縫。

采取防止沉降收縮裂縫的技術(shù)措施有：①提高入倉混凝土均勻性。二次拌和混凝土，將混凝土由電機(jī)層通過滑槽進(jìn)入水泵層后，再通過串管入倉。②放慢混凝土澆筑速度，使混凝土有足夠的時(shí)間沉降，各孔混凝土澆筑時(shí)間為10 h左右。③通過設(shè)置靜停等待期、增壓、水泵座環(huán)部位設(shè)排氣孔等施工技術(shù)措施，保證混凝土均衡上升。

施工結(jié)束后，采用回彈法檢測了進(jìn)水流道實(shí)體混凝土抗壓強(qiáng)度推定值為31.0~36.5 MPa，試塊強(qiáng)度平均值為35.6 MPa，均達(dá)到設(shè)計(jì)C25強(qiáng)度要求，新老混凝土界面粘結(jié)強(qiáng)度為1.13 MPa；進(jìn)水流道結(jié)構(gòu)尺寸滿足設(shè)計(jì)要求，混凝土澆筑到位，無蜂窩、麻面、裂縫等缺陷；經(jīng)過幾年的運(yùn)行，沒有發(fā)現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

泵站進(jìn)水流道改造采用自流平、自密實(shí)、無收縮的高性能混凝土進(jìn)行施工，在大型水利工程加固改造工程中均屬首次應(yīng)用。自密實(shí)混凝土為改善和解決過密配筋、薄壁、復(fù)雜形體等振搗困難的工程施工條件帶來了極大的方便。江都三站進(jìn)水流道成功改形，為提高泵站裝置效率提供了基本保證，使老泵站的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益更為顯著，對(duì)其他類似工程的改造有很好的借鑒和推廣作用。