C60自密實(shí)混凝土在大體積0#塊施工中的應(yīng)用

閆 韡 彭文祥

中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院 湖南 長(zhǎng)沙 410083

正文：

1.工程概況

鄭州市四環(huán)線及大河路快速化工程是鄭州市十大民生工程之一，為保證2019年9月鄭州市順利舉辦全國(guó)少數(shù)民族運(yùn)動(dòng)會(huì)，制定“2019年6月30日主線通車(chē)，2019年12月30日全線通車(chē)”的總體工期目標(biāo)，工期緊、任務(wù)重。東四環(huán)位于鄭州市主城區(qū)的東部，呈南北走向，北起大河路，南至南四環(huán)，全長(zhǎng)17.828km，東四環(huán)以航海東路為界，以北段為地面快速路，長(zhǎng)約15.505km，道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面組成為：地面快速路（雙向十車(chē)道）+輔路；航海東路以南段為：高架橋快速路+地面主干路路段，長(zhǎng)約2.323km，道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面組成為：高架快速路（雙向六車(chē)道）+地面主干路（雙向八車(chē)道）+輔路。東四環(huán)規(guī)劃控制總寬度180m，設(shè)計(jì)速度為80km/h。

2.工程施工要點(diǎn)及技術(shù)難度

2.1 節(jié)段拼裝梁0#塊部分采用現(xiàn)澆的形式，尺寸為長(zhǎng)*寬*高4.5*16.6*2.1混凝土方量為57立方米，施工設(shè)計(jì)鋼筋型號(hào)多，分部密集，綁扎工序繁雜，鋼筋及預(yù)應(yīng)力孔道精準(zhǔn)定位高，施工難度大；主梁采用節(jié)段預(yù)制工藝，節(jié)段預(yù)制梁精度誤差不大于1mm，精準(zhǔn)度高，施工工藝嚴(yán)謹(jǐn)；

2.2 C60自密實(shí)混凝土技術(shù)難度大，原材要求高，介于該項(xiàng)目為市政工程的特殊性，無(wú)法自行建設(shè)拌合站，故原材料的指標(biāo)控制亦是本工程的重點(diǎn)之一，加之現(xiàn)代混凝土原材料復(fù)雜化、劣質(zhì)化，結(jié)構(gòu)與施工要求復(fù)雜多樣，惡劣環(huán)境氣候等直接影響C60自密實(shí)混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)；

2.3 墩頂現(xiàn)澆0#塊分為中墩和邊墩0#塊，中墩0#塊砼一次澆筑，邊墩0#塊分兩次澆筑。0#塊鋼筋綁扎密集，要求混凝土塌落度不小于200mm，擴(kuò)展度不低于600mm。

3.原材料、配合比 與施工過(guò)程控制

3.1 原材料對(duì)C60自密實(shí)砼配比的影響

3.1.1 兼顧大流動(dòng)性與穩(wěn)健性

由圖3-1可知，降低膠材用量，流變性能劣化，骨料運(yùn)動(dòng)能力降低，增加膠材用量，骨料沉降，穩(wěn)健性降低；

圖3-1 粘度和塑性粘度與屈服應(yīng)力的關(guān)系

3.1.2 兼顧大流動(dòng)性與抗裂性

由圖3-2可知，降低膠材用量，流變性能劣化，骨料運(yùn)動(dòng)能力降低，增加膠材用量，水化溫度升高，收縮增加，抗裂性降低；

圖3-2 砼齡期與自密實(shí)砼體積變形的關(guān)系

3.1.3 水泥

由圖3-3和圖3-4可知，水泥細(xì)度變大，需水量減小，流動(dòng)度增加，保水性下降，水泥中C3A含量增加，自密實(shí)混凝土工作性損失變大；

圖3-3 水泥主要礦物組分的水化熱

圖3-4 C3A含量對(duì)水泥砼工作性的影響

3.1.4 礦物摻合料

應(yīng)選用滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的粉煤灰和礦粉，顯微形態(tài)差異大、玻璃體含量低的粉煤灰強(qiáng)烈吸附減水劑，顯著劣化自密實(shí)砼工作性，由圖3-5和圖3-6可知，礦粉品質(zhì)較為穩(wěn)定，對(duì)砼工作性負(fù)面影響小為降低SCC混凝土收縮，宜多用粉煤灰、石粉等惰性摻合料少用水泥、礦粉；

圖3-5 粉煤灰品種對(duì)自密實(shí)砼工作性影響

圖3-6 粉煤灰摻量對(duì)自密實(shí)砼收縮的影響

3.1.5 細(xì)骨料-砂

由圖3-7和圖3-8可知，流動(dòng)度隨粘土含量的增加呈線性降低，蒙脫土對(duì)流動(dòng)度劣化程度最大，摻入1%，流動(dòng)度降低40%，高嶺土次之，伊利土影響相對(duì)最小，摻入6%，流動(dòng)度僅降低15%，黏土在水泥基材料中形成薄弱環(huán)節(jié)，強(qiáng)度低、收縮大，是增加水泥基材料收縮變形的主要原因；

圖3-7 蒙脫石流動(dòng)性與粘土含量的關(guān)系

圖3-8 伊利土流動(dòng)性與粘土含量的關(guān)系

3.1.6 粗骨料-石子

由表3-1，圖3-9和圖3-10可知，良好的級(jí)配有利于提升自密實(shí)混凝土工作性與密實(shí)性，應(yīng)優(yōu)選骨料級(jí)配，實(shí)現(xiàn)分級(jí)供應(yīng)與配比，盡可能降低堆積孔隙率；

表3-1 級(jí)配與堆積孔隙率

圖3-9 自密實(shí)砼與同配比砂漿工作性能

圖3-10 粗骨料級(jí)配與擴(kuò)展度的關(guān)系

3.1.7 混凝土減水劑

由表3-2可知，砂漿可以更清晰反應(yīng)性能波動(dòng)，用于外加劑性能評(píng)價(jià)必要補(bǔ)充，同配比的水泥（含摻和料）砂漿新拌性能應(yīng)滿足要求，且不泌水、離析。

表3-2 砂漿參數(shù)表

3.2 原材料選配

本項(xiàng)目考慮以上幾大因素并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用以下幾種材料進(jìn)行該項(xiàng)目配比工作的適配工作。

3.2.1 水泥;采用孟電水泥廠生產(chǎn)的P·O 52.5級(jí)水泥，其部分性能如表3-3所示；

表3-3 孟電水泥廠水泥部分性能指標(biāo)

3.2.2 砂：采用信陽(yáng)河沙，具體性能指標(biāo)如表3-4所示；

表3-4 細(xì)骨料各項(xiàng)性能指標(biāo)

3.2.3 卵（碎）石：采用賈峪卵（碎）石，具體性能指標(biāo)如表3-5所示；

表3-5 粗骨料各項(xiàng)性能指標(biāo)

3.2.4 混凝土外加劑：采用江蘇蘇博特新材料股份有限公司PCA*-Ⅰ聚羧酸高性能減水劑，具體性能指標(biāo)如表3-6所示；

表3-6 混凝土外加劑各項(xiàng)性能指標(biāo)

3.2.5 水：采用自來(lái)水。

3.3 配合比

優(yōu)選各種材料后，設(shè)計(jì)依據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》。鄭州地區(qū)首次采用節(jié)段梁預(yù)制拼裝工藝，并且0#塊現(xiàn)澆部分采用C60自密實(shí)混凝土，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高，操作難度大。甲方要求高強(qiáng)度、高水泥用量，經(jīng)過(guò)多次試配，強(qiáng)度富余很高，但混凝土的工作性能不理想，主要表現(xiàn)為混凝土表面裂紋較多、氣泡較多、粘性大、混凝土擴(kuò)展度損失大。

3.3.1 在實(shí)際試配時(shí)采用了多種配合比進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，并在整個(gè)施工過(guò)程中總結(jié)出相關(guān)注意事項(xiàng)：

3.3.1.1 如有條件建議自行建站，保證材料與工藝統(tǒng)一；

3.3.1.2 依據(jù)實(shí)驗(yàn)室試配初步確定外加劑摻量，拌合樓生產(chǎn)時(shí)摻量取低值，流動(dòng)性通過(guò)微調(diào)拌合水量調(diào)節(jié)；

3.3.1.3 攪拌時(shí)間較普通混凝土有所延長(zhǎng)，尤其是出現(xiàn)反向增長(zhǎng)、低溫、低水膠比時(shí)，一般不宜低于90 s；

3.3.1.4 控制計(jì)量誤差：粉料、水與外加劑不超過(guò)1%，骨料不超過(guò)2%；

3.3.1.5 含水率測(cè)量頻次≥2次/班，顯著波動(dòng)時(shí)加大；

3.3.1.6 氣溫、砼料溫≤15℃時(shí)，注意工作性變化，可適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間；

3.3.1.7 環(huán)境溫度≥20℃時(shí)，運(yùn)輸時(shí)間≤60min；環(huán)境溫度10～20℃時(shí)，運(yùn)輸時(shí)間≤75min；環(huán)境溫度＜10℃時(shí)，運(yùn)輸時(shí)間≤145min；

3.3.1.8 自密實(shí)砼入模溫度不宜高于30℃；

3.3.1.9 應(yīng)配備適宜的泵送設(shè)備，理論輸送壓力（低壓/高壓）≥10/18MPa，柴油驅(qū)動(dòng)，額定功率≥140kW,根據(jù)工況及時(shí)調(diào)整排量，盡量采用高壓低排，排量不超過(guò)80%；

3.3.1.10 自密實(shí)混凝土從出機(jī)到入模完成，時(shí)間不宜超過(guò)90min，泵后混凝土性能仍能滿足設(shè)計(jì)要求；

3.3.1.11 施工過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土工作性，必要時(shí)可采取輔助振搗措施；

3.3.2 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試澆、拆模觀測(cè)、強(qiáng)度回彈等多種檢驗(yàn)方式，最終達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的相關(guān)指標(biāo)的配合比如表3-7所示：

表3-7 混凝土配合比情況

3.4 混凝土的澆筑

3.4.1 墩頂0#塊采用單箱單室等梁高斜腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。中墩0#塊采用一次澆筑；邊墩A類(lèi)0#塊分二次澆筑，第一次澆筑除錨槽段外砼，張拉完縱向預(yù)應(yīng)力鋼束后，第二次澆筑錨槽段砼并墩梁固結(jié)；邊墩B1類(lèi)級(jí)B2類(lèi)0#塊分二次澆筑，第一次澆筑除錨槽段外砼，第二次澆筑錨槽段砼，錨槽段后澆砼采用C60自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土，澆筑過(guò)程中，C60自密實(shí)混凝土依靠自身高流動(dòng)性、間隙通過(guò)性和抗離析性自動(dòng)形成密實(shí)混凝土，需局部輔助振搗；

3.4.2 冬季澆筑0#塊時(shí)采取保溫保濕、防風(fēng)等措施保證混凝土澆筑質(zhì)量；炎熱氣候下澆筑混凝土?xí)r，入模前盡量降低模板、鋼筋溫度以及附近的氣溫，混凝土的入模溫度不宜高于氣溫且不宜超過(guò)90℃；

3.4.3 控制混凝土的運(yùn)輸時(shí)間及擴(kuò)展度，現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)禁加水；

3.4.4 混凝土澆筑工程中考慮外加劑粘結(jié)性與石子自重的相對(duì)關(guān)系，為了減小泵送時(shí)泵送壓力對(duì)混凝土的影響，澆筑時(shí)的不了高度不宜超過(guò)2m；

3.4.5 為消除混凝土表面裂紋，澆筑工程中不斷調(diào)整混凝土的拓展度，由底部向頂部澆筑時(shí)，拓展度逐步減小并控制在700mm-600mm之間；

3.4.6 合理安排混凝土澆筑時(shí)間，避免在低溫、大風(fēng)和干燥高溫等時(shí)間段澆筑。

4.混凝土的養(yǎng)護(hù)

4.1 對(duì)墩頂0#塊混凝土養(yǎng)護(hù)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的技術(shù)交底，并實(shí)施實(shí)名責(zé)任制，保證專(zhuān)人進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；

4.2 采用保溫性能好的模板，拼縫嚴(yán)密、加固可靠、定位準(zhǔn)確，澆筑前要澆水濕潤(rùn)；

4.3 混凝土養(yǎng)護(hù)期間，混凝土內(nèi)部的最高溫度不宜高于65℃，混凝土表面的養(yǎng)護(hù)水溫度與混凝土表面溫度之間的溫差不大于15℃?；炷两Y(jié)構(gòu)或構(gòu)件在任一養(yǎng)護(hù)時(shí)間內(nèi)的內(nèi)部最高溫度與表面溫度之差不宜大于20℃，當(dāng)周?chē)髿鉁囟扰c養(yǎng)護(hù)中混凝土表面溫度之差超過(guò)20℃時(shí)，混凝土表面必須覆蓋保溫層；

4.4 混凝土拆模時(shí)，芯部混凝土與表層混凝土之間的溫差、表層混凝土與環(huán)境之間的溫度均不得大于20℃。在炎熱和大風(fēng)干燥季節(jié)，應(yīng)采取有效措施防止混凝土在拆模過(guò)程中開(kāi)裂。

5.結(jié)語(yǔ)

5.1 通過(guò)對(duì)東四環(huán)0#塊的工程查驗(yàn)，工程建設(shè)、監(jiān)理、施工單位未發(fā)現(xiàn)0#塊混凝士有裂縫；

5.2 科學(xué)合理的澆筑施工和養(yǎng)護(hù)是確保0#塊無(wú)裂縫的關(guān)鍵；

5.3 28d強(qiáng)度混凝土配合比設(shè)計(jì)通過(guò)工程驗(yàn)收，能滿足設(shè)計(jì)要求，不僅保證了工程質(zhì)量，同時(shí)節(jié)約成本，結(jié)構(gòu)觀感受到工程建設(shè)與監(jiān)理的一致好評(píng)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；

5.4 由于鄭州地區(qū)C60自密實(shí)混凝土首次使用，要充分改變傳統(tǒng)混凝土操作觀念，積累經(jīng)驗(yàn)細(xì)化操作，確保此次C60自密實(shí)混凝土順利澆筑，并為鄭州地區(qū)首次采用節(jié)段預(yù)制梁梁新工藝保駕護(hù)航。

6.結(jié)論

通過(guò)加強(qiáng)原材料的控制，生產(chǎn)過(guò)程控制和施工現(xiàn)場(chǎng)施工單位的配合，配合比需在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中不斷優(yōu)化，使C60自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度得到充分保證，混凝土和易性、可泵性及耐久性大大改善。在實(shí)際施工過(guò)程中，完全滿足了施工要求，后期混凝土表面光滑平整，試塊強(qiáng)度及實(shí)體回彈檢測(cè)均滿足設(shè)計(jì)、施工要求。