C35免振自密實高性能微膨脹混凝土在梁板加固工程中的應用

萬建成，戚寶琳，姜達，張永濤

（1. 威海威高商砼有限公司，山東 威海 264210；2. 威海市澤豐建筑工程公司混凝土分公司，山東 威海 264203）

C35免振自密實高性能微膨脹混凝土在梁板加固工程中的應用

萬建成1，戚寶琳2，姜達1，張永濤1

（1. 威海威高商砼有限公司，山東 威海 264210；2. 威海市澤豐建筑工程公司混凝土分公司，山東 威海 264203）

本文針對威海某工程的梁板加固處理實例，研究了免振自密實高性能微膨脹混凝土的材料選擇、施工方法及注意事項。提出了配合比設計原則，并通過試驗試配確定了施工配合比，并成功應用于該工程。

免振；自密實；高性能；加固改造；填充性；混凝土配合比

0　引言

自密實混凝土（Self Compacting Concrete 或 Self-Consolidating Concrete，簡稱 SCC）是指混凝土拌合物具有良好的工作性，澆筑時依靠其自重流動，即使存在致密鋼筋也能完全填充模板，同時獲得良好均質性和穩(wěn)定性，并且不需要附加振動的混凝土。

SCC 的硬化性能與普通混凝土相似，而新拌混凝土性能則與普通混凝土相差很大。自密實混凝土的自密實性能主要包括流動性、抗離析性和填充性。每種性能均可采用坍落擴展度試驗、V 漏斗試驗（或 T500 試驗）和 U 型箱試驗等一種以上方法檢測。

自密實高性能混凝土在低水膠比下具有很高的流動性而不離析、不泌水，要求膠凝材料漿體要能充分包裹與分隔砂石的每一個顆粒，使砂、石懸浮在膠凝材料漿體中。且能解決傳統(tǒng)混凝土施工中的漏振、過振以及鋼筋密集難以振搗等問題，可以保證鋼筋、預埋件、預應力孔道的位置不因振搗而移位，并能利用礦物摻合料，增加微集料密實填充及顆粒形態(tài)效應，而且加強混凝土薄弱的過渡區(qū)，降低混凝土的水化熱，提高耐久性，對改善混凝土的各項性能有顯著作用，具有一定的技術、經(jīng)濟和社會效益。

1　工程概況

本工程為鋼筋混凝土框架結構。為了滿足結構荷載達到設計要求，決定在樓蓋的鋼筋混凝土板底加鋼筋混凝土次梁。根據(jù)原結構和荷載的實際情況，提高梁板承載能力、滿足安全要求，同時采取必要的措施，提高樓板的剛度，減少樓板在荷載長期作用下產生的變形。

2　技術問題

工程需要解決下列問題：

（1）新澆筑的混凝土梁與原混凝土梁的連接；

（2）新澆筑的混凝土梁與原混凝土梁、板新舊混凝土的結合；

（3）新澆筑的混凝土梁位于原來鋼筋混凝土板的板底，需要解決混凝土澆注施工的問題；

（4）由于部分鋼筋密集，為增加混凝土的填充性，減小粗骨料最大粒徑，要求避免混凝土的收縮引起的混凝土開裂。

3　技術措施

要使新舊混凝土真正成為一個整體來共同工作，則新舊混凝土界面的良好粘結就成為關鍵所在。首先在要加負彎矩鋼筋的范圍內，沿鋼筋混凝土次梁方向去掉原樓面的水泥砂漿面層，同時去掉厚 30mm 的混凝土層，并鑿毛。鋼筋混凝土板頂?shù)呢搹澗劁摻钆c新增混凝土次梁的箍筋連成整體。

去掉混凝土層后，沿新增加的混凝土次梁方向的板上每隔 1200mm 鉆一個 110mm 的橢圓孔。此孔作為混凝土的澆注孔。因為當次梁的模板支好后，很難在板底澆注混凝土。然后按負筋間距大小，在混凝土板上鉆豎向通孔，布置箍筋與板頂負筋；在原框架梁上鉆通孔，布置次梁的縱筋，讓次梁縱筋穿過原梁。鋼筋布置完畢，在鉆孔處灌注建筑結構膠，保證鋼筋與原混凝土結構連接牢固。然后綁扎鋼筋、支模板。

使用自密實高性能混凝土解決澆注困難的難題。施工時從 110mm 的橢圓孔中澆注自密實高性能混凝土，并用振搗棒插入孔中輕輕振搗混凝土。當在一個孔中振搗，混凝土從相鄰的孔中冒出時，即停止振搗。

由于自密實混凝土為大流動性混凝土，它的極限延伸率較低，極易引起開裂，導致混凝土滲漏、鋼筋銹蝕，影響使用功能和使用壽命。為此，采用膨脹劑配制微膨脹混凝土，抵消或部分抵消由混凝土干縮、徐變、溫度等引起的拉應力，從而提高混凝土工程的抗裂性能。

4　配合比設計

由于自密實混凝土的膠凝材料用量較大、細骨料含量較多等特點，若處理不妥其受力和變形性能方面會存在不足。為了確保自密實混凝土結構的安全性和耐久性，應該進一步優(yōu)化配合比。在實現(xiàn)混凝土靠自重均勻成型的情況下，降低膠凝材料用量和砂率以提高混凝土體積穩(wěn)定性，同時提高自密實混凝土經(jīng)濟的合理性。

4.1材料選擇

4.1.1水泥

根據(jù)工程具體需要，通用硅酸鹽水泥均可使用。但摻礦物摻合料的自密實混凝土，宜選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥；考慮到工作性要求及坍落度經(jīng)時損失小，應優(yōu)先選擇C3A 和堿含量小、標準稠度需水量低的水泥。

4.1.2骨料

應選擇質地堅硬、密實、潔凈的骨料。粗骨料針片含量少, 最大粒徑一般在 16～20mm 范圍。細骨料宜選用級配良好的中砂，砂中所含小于 0.125mm 的細粉對自密實混凝土流變性能非常重要，一般要求不低于 10%。

配制符合要求的自密實混凝土，砂石的粒型和級配十分重要，石子最大粒徑為 20mm 時，最佳連續(xù)級配各粒徑石子數(shù)量比例應是：15～20mm:10～15mm:5～10mm 約略為25:31:44 或 1:1.3:1.8。這樣連續(xù)級配的石子空隙率，一般為36% 左右。

4.1.3礦物摻合料

粉煤灰能夠改善自密實混凝土的流動性，磨細礦渣能改善和保持自密實混凝土的工作性，均有利于硬化混凝土的耐久性。

可以按凈漿和砂漿流動度試驗確定不同種類摻合料的具體用量，也可根據(jù)實際情況和經(jīng)驗選取合理值，可大于膠凝材料總量的 30%。

4.1.4外加劑

自密實混凝土由于其流動性高，粘聚性、保塑性好，水泥漿體豐富，拌制用水量較大，為了降低膠凝材料的用量和保證混凝土具有足夠的強度，就必須摻用高效的混凝土減水劑來降低用水量和水泥用量，以獲得較低的水灰比，使混凝土結構具有所需要的強度。

如今所有的大流動性混凝土都在使用聚羧酸系外加劑。

聚羧酸系高性能減水劑具有摻量低、減水率高、混凝土強度增長快、混凝土拌合物坍落度損失小、拌合物粘滯阻力小等優(yōu)點，而且相比于其他類型的高效減水劑還具有引氣功能，可以明顯改善混凝土的收縮性能，并在一定程度上彌補自密實混凝土收縮較大的缺陷。所以，聚羧酸系高性能減水劑適用于配制自密實混凝土。

4.1.5材料參數(shù)

根據(jù)工程特點，選用的具體材料為：

水泥：山水水泥北海分公司 P·O 42.5，R28=49.2MPa；

粉煤灰：威海華能電廠產Ⅰ級粉煤灰；

磨細礦渣粉：昌佳貿易 S95 級，比表面積 406m2/kg；

外加劑：威海信德惠 XD-1 聚羧酸外加劑，減水率26%，摻量范圍：1.5%～2.0%；

膨脹劑：山東華泉 JEA-A 低堿膨脹劑，摻量10%～12%；

砂：乳山河砂，細度模數(shù) 2.9，含泥量 2.0%；

石子：威海 5～10mm、 10～20mm 石灰?guī)r碎石，壓碎值8.6%。

4.2配合比參數(shù)

4.2.1漿骨比

自密實混凝土需要一定的膠結料漿體含量，一般為33%～40%，另外采用較小的粗骨料體積含量，以減少粗大顆粒在狹窄空間內頻繁接觸發(fā)生堆積堵塞的概率。但對混凝土而言，過小的粗骨料體積含量會產生較大的收縮，因此，確定最佳漿骨比是配合比設計的關鍵。

4.2.2砂率

減小砂漿與粗骨料之間的相互分離作用，還可通過增加混凝土砂率的辦法加以實現(xiàn)，但砂率值過大會影響自密實混凝土的彈性模量和抗壓強度，一般宜控制在 46%～50%。

4.2.3水灰比

水灰比按混凝土強度、耐久性選擇確定，一般在 0.4 以下，且用水量不宜超過 200kg/m3。

4.2.4試驗數(shù)據(jù)

試驗選擇 0.38 的水膠比、砂率范圍在 47%～49%、擴展度 (700±50)mm 、具有較好的粘聚性和抗離析性，流動后骨料不外露且具有良好經(jīng)時保塑和流動性指標進行選擇試驗。具體結果見表 1。

在自密實混凝土中使用聚羧酸高性能減水劑在 2 小時后坍落度基本不損失，坍落擴展度損失也較小。預拌混凝土在運輸過程中往往存在交通堵塞以及在工地滯留的情況，聚羧酸高性能減水劑的應用對保證正常施工提供技術支持。通過對比試驗，合理砂率確定為 48%，適當增加粉煤灰摻量，可以增大自密實混凝土流動性，減小坍落度損失。這對自密實混凝土能否實現(xiàn)也是最重要的指標。由表 1 可以看出：第 5組配合比在各方面均能滿足施工要求，最終我們選擇了第 5組方案作為施工配合比。

表1　試配數(shù)據(jù)

5　注意事項

（1）自密實混凝土所用膠凝材料較多，混凝土拌合物要求具有較高的流變性能。為確保新拌自密實混凝土的勻質性，自密實混凝土在攪拌機中的攪拌時間（從全部材料投完算起）不應少于 60s。

（2）自密實混凝土性能對用水量較為敏感，必須嚴格根據(jù)骨料含水率調整拌合用水量。

（3）在運輸過程中，攪拌車的滾筒保持勻速轉動有利于減少自密實混凝土拌合物流動性損失。攪拌車內加水將嚴重影響自密實混凝土的自密實性，必須嚴格控制。

（4）卸料前快速旋轉的目的是提高混凝土的均勻性。

（5）澆筑自密實混凝土時，現(xiàn)場應有專人進行監(jiān)控，當混凝土自密實性能不能滿足要求時，可加入適量的與原配合比相同成分的外加劑，摻入后攪拌運輸車滾筒應快速旋轉，外加劑摻量和攪拌時間應通過試驗驗證。

（6）自密實混凝土泵送和澆筑過程應保持連續(xù)性。

（7）澆筑結構復雜、配筋密集的混凝土構件時，可在模板外側進行輔助敲擊。

（8）自密實混凝土應避開高溫時段澆筑。當水分蒸發(fā)速率過快時，應在施工作業(yè)面采取擋風、避陽等措施。

（9）試塊制作工程中，不應采取任何振搗措施，分兩次均勻將拌合物裝入試模中，中間間隔 30s，然后刮去多余的混凝土拌合物，最后用抹刀將表面抹平。

（10）自密實微膨脹混凝土澆筑完畢，應及時采取覆蓋、蓄水、薄膜保濕、噴涂或涂刷養(yǎng)護劑等養(yǎng)護措施，養(yǎng)護時間不得少于 14d。

6　混凝土的實測結果

度標準差 4.2MPa，混凝土 28d 平均回彈值41.3MPa，達到設計強度要求。

（2）外觀指標：拆模后發(fā)現(xiàn)，新澆混凝土與原混凝土結合良好，盡管振搗很少，混凝土也很密實。平整、光潔，無蜂窩、麻面、漏漿現(xiàn)象。沒有裂縫出現(xiàn)，無任何質量缺陷。工程已投入使用，效果很好。

7　結束語

（1）配制自密實性混凝土必須要求砂石有較好的粒形與級配，控制好自密實混凝土漿體量、砂子與石子量的比例關系。

（2）在配制自密實混凝土時，除要求大流動性外，還要求具備一定的粘聚性。具體控制指標為：流動性；抗離析穩(wěn)定性；間隙通過性。

（3）為了更好地滿足混凝土拌合物的流動性與粘聚性，優(yōu)先選用聚羧酸高性能減水劑，并能很好地解決混凝土拌合物坍落度損失過快無法保證正常施工的難題。但要控制好摻量，過摻容易出現(xiàn)泌漿、抓底現(xiàn)象，少摻粘聚性下降，流動性變差。

[1] JGJ/T 283—2012．自密實混凝土應用技術規(guī)程[S]．

[2] CCES 02—2004．自密實混凝土設計與施工指南[S]．

[3] CECS 203:2006．自密實混凝土應用技術規(guī)程[S]．

［通訊地址］山東省威海市初村鎮(zhèn)東馬山村（264210）

（1）強度指標：混凝土 28d 平均抗壓強度43.9MPa，強

Application of reinforcement in beam and plate about C35 self compacting high performance micro expansion concrete

Wan Jiancheng1, Qi Baolin2, Jiang Da1, Zhang Yongtao1
(1. Weihai Weigao Commercial Concrete Co., Ltd., Weihai 264210; 2. Weihai Zefeng Construction Engineering Company Concrete Branch, Weihai 264203)

According to the beam and plate in a project in Weihai on the choice of reinforcement, we study the selection, self compacting high performance expansive concrete material construction method and the matters needing attention. Put forward the principle of mix design, and through the test trial to determine the construction mix ratio, applied to the project.

free vibration; self compacting; high performance; reinforcement and reconstruction; filling ability; mix of concrete

萬建成（1974—）男，高級工程師，威海威高商砼有限公司總工。