機(jī)制砂自密實(shí)片石混凝土配合比設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用

鄧重陽(yáng) 王利 吳利靜

摘 要：對(duì)凱里經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)汽車城附近的碎石、機(jī)制砂、水泥、減水劑等原材料進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行搭配及優(yōu)化設(shè)計(jì)，配制出設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C20、坍落度為（200±20）mm、坍落擴(kuò)展度在550～650 mm、T500流出時(shí)間≥2 s、7 d抗壓強(qiáng)度為20 MPa、28 d抗壓強(qiáng)度為26.6 MPa的機(jī)制砂自密實(shí)片石混凝土并應(yīng)用于凱里經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)汽車城擋土墻施工實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：機(jī)制砂；配合比設(shè)計(jì)；自密實(shí)片石混凝土；擋土墻

1 機(jī)制砂自密實(shí)片石混凝土的定義與特點(diǎn)

機(jī)制砂自密實(shí)片石混凝土是在自密實(shí)混凝土的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型混凝土，其原理是將滿足一定粒徑要求的塊片石預(yù)先放入施工倉(cāng)，形成有一定自熱空隙的片石體。然后，在塊片石表面澆筑超流態(tài)機(jī)制砂自密實(shí)混凝土，混凝土依靠自身重力，完全填充片石空隙。超流態(tài)機(jī)制砂自密實(shí)混凝土硬化后與片石形成完整、密實(shí)、低水化熱的混凝土結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度可滿足不同的工程設(shè)計(jì)要求[1-2]。

機(jī)制砂自密實(shí)片石混凝土具有非常好的工作性，黏度低、流動(dòng)性好、黏聚性好、保水性好、水化熱低、水化溫升慢、溫度容易控制，不易產(chǎn)生溫度裂縫，施工速度快，取材方便，造價(jià)較低[3]。

2 自密實(shí)混凝土技術(shù)發(fā)展概要

在國(guó)際上，1986年，日本東京大學(xué)崗村甫教授首先提出自密實(shí)混凝土的建議，前川宏一與小澤一雅著手研究。1988年第一批自密實(shí)混凝土開(kāi)發(fā)成功，1990年在日本開(kāi)始應(yīng)用于實(shí)體工程，1996年在歐洲開(kāi)始研究與應(yīng)用，1998年第一屆自密實(shí)混凝土國(guó)際會(huì)議在日本高知舉行[4]。

我國(guó)于1995年開(kāi)始自密實(shí)混凝土技術(shù)研究，2003年清華大學(xué)自密實(shí)混凝土技術(shù)取得突破，2006年第一本SCC規(guī)范《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》頒布，2008年第一本SCC專著《自密實(shí)混凝土技術(shù)手冊(cè)》出版，從此以后，自密實(shí)混凝土被廣泛應(yīng)用于工程實(shí)體[1]。

3 機(jī)制砂自密實(shí)片石混凝土應(yīng)用的背景

擋土墻是用來(lái)支撐填筑材料或山坡土體，防止填筑材料或山體變形失穩(wěn)的一種構(gòu)造物。貴州地區(qū)地形條件差，滑坡、塌方等路基危害風(fēng)險(xiǎn)大。因此，擋土墻被廣泛使用。貴州地區(qū)山多平地少，地形起伏較大，原材料運(yùn)輸不方便，大多數(shù)工程都是就地炸山取材。因此，在貴州地區(qū)擋土墻施工中采用機(jī)制砂自密實(shí)片石混凝土，可以就地取材，節(jié)約成本，降低工程造價(jià)[5]。

本研究結(jié)合貴州凱里經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)汽車城二期土地收儲(chǔ)整理工程的擋土墻施工，通過(guò)專項(xiàng)試驗(yàn)確定了機(jī)制砂自密實(shí)片石混凝土的主要配合比參數(shù)，并應(yīng)用于該工程施工實(shí)踐。

4 機(jī)制砂自密實(shí)片石混凝土配合比設(shè)計(jì)

4.1 原材料及生產(chǎn)廠家

（1）水泥：采用普通硅酸鹽水泥P.O42.5級(jí)，生產(chǎn)廠家為貴定海螺盤(pán)江水泥有限責(zé)任公司。

（2）粉煤灰：采用F類95級(jí)優(yōu)質(zhì)粉煤灰，生產(chǎn)廠家為貴州黔東電力有限公司黔東火電廠 。

（3）機(jī)制砂：采用質(zhì)地堅(jiān)硬、水洗、級(jí)配良好、石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)10.0%、含泥量≤3.0%、泥塊質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤1.0%的機(jī)制砂粗砂，生產(chǎn)廠家為別炸山砂石廠 。

（4）碎石：采用反擊破5～10 mm、10～20 mm，兩級(jí)合成連續(xù)級(jí)配5～20 mm，針片狀顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤8.0%，含泥量≤1.0%，泥塊質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.5%，生產(chǎn)廠家為別炸山砂石廠 。

（5）減水劑：采用DJ-1聚羧酸系列高效減水劑，生產(chǎn)廠家為凱里市鼎堅(jiān)混凝土外加劑有限公司。

（6）片石：采用質(zhì)地堅(jiān)硬、密實(shí)、耐久、無(wú)裂紋、無(wú)縫化、含泥量和泥塊質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于0.5%、粒徑在15～300 mm的爆破片石，巖石類別為微風(fēng)化白云巖，抗壓強(qiáng)度≥50 GPa。

4.2 機(jī)制砂自密實(shí)混凝土性能要求

機(jī)制砂自密實(shí)拌合物除了滿足普通混凝土拌合物黏聚性和保水性等要求外，還應(yīng)當(dāng)滿足自密實(shí)性能求，如坍落擴(kuò)展度在550～650 mm、擴(kuò)展時(shí)間T500≥2 s等。

4.3 機(jī)制砂自密實(shí)混凝土試驗(yàn)方法

機(jī)制砂自密實(shí)混凝土配制及性能檢測(cè)按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50081—2016[6]和《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50081—2019[7]等相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，重點(diǎn)檢測(cè)混凝土坍落度、混凝土擴(kuò)展度和混凝土坍落度筒流出時(shí)間。

4.4 機(jī)制砂自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)中的技術(shù)要求

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式、施工工藝以及施工環(huán)境進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，在綜合考慮混凝土自密實(shí)性能、強(qiáng)度、耐久性及其他性能要求的基礎(chǔ)上，計(jì)算初步配合比，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)室試配調(diào)整基準(zhǔn)配合比，經(jīng)過(guò)強(qiáng)度、耐久性復(fù)核得出試驗(yàn)配合比，根據(jù)施工實(shí)際材料的含水率轉(zhuǎn)換施工配合比。

（2）配合比設(shè)計(jì)宜采用絕對(duì)體積法，水膠比宜小于0.45，膠凝材料用量控制在400～550 kg/m3。

（3）應(yīng)確定拌合物中粗骨料體積、砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)、水膠比、膠凝材料用量、礦物摻合料的比例等參數(shù)。

5 機(jī)制砂自密實(shí)混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果

原材料檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

經(jīng)檢測(cè)，粉煤灰摻量不同，配合比設(shè)計(jì)不同，現(xiàn)將機(jī)制砂自密實(shí)混凝土配合比匯總，如表2所示。

經(jīng)檢測(cè)，該機(jī)制砂自密實(shí)混凝土配合比選取膠凝材料為400 kg，水膠比為0.43，粉煤灰摻量為40%，砂率為45%，碎石5～10 mm、10～20 mm比為20∶80，配合比水泥∶粉煤灰∶5～10 mm碎石∶10 ～20 m m碎石∶水∶減水劑=240∶160∶196∶776∶800∶4.8，坍落度為220 mm，擴(kuò)展度為600 mm，T500流動(dòng)時(shí)間為3 s，7 d極限抗壓強(qiáng)度為21.8 MPa，28 d極限抗壓強(qiáng)度為27.9 MPa，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足配合比設(shè)計(jì)要求。

6 工程應(yīng)用

貴州凱里經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)汽車城二期土地收儲(chǔ)整理工程F區(qū)重力式擋土墻長(zhǎng)125 m，底寬2.55～7.25 m，頂寬1.20～3.50 m，高3.0～15.0 m，設(shè)計(jì)總澆筑方量為4 259.8 m3。為驗(yàn)證機(jī)制砂自密實(shí)片石混凝土各項(xiàng)性能，選取底寬為7.25 m、樁號(hào)為FK0+50～FK0+60擋土墻區(qū)段作為混凝土澆筑的試驗(yàn)段。試驗(yàn)段分層澆筑高1.5 m，在澆筑混凝土之前將片石按照技術(shù)要求擺放，然后采用溜槽澆筑機(jī)制砂自密實(shí)混凝土，在澆筑過(guò)程中混凝土隨著溜槽迅速流入片石空隙中，填充整個(gè)重力式擋土墻施工倉(cāng)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，和易性滿足要求，坍落度為220 mm，擴(kuò)展度為600 mm，T500為4 s，滿足自密實(shí)混凝土澆筑各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。在施工現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取混凝土制件兩組，進(jìn)行7 d及28 d混凝土極限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，檢測(cè)抗壓強(qiáng)度值分別為19.4 MPa和26.0 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)實(shí)際施工條件，按照以往施工方法，在澆筑混凝土過(guò)程中擺放片石或拋石，這樣增加了現(xiàn)場(chǎng)施工的難度與工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)，也增加了工人施工交叉作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。采用機(jī)制砂自密實(shí)片石混凝土技術(shù)，工人可以提前在澆筑倉(cāng)面按技術(shù)要求擺放片石，然后澆筑自密實(shí)混凝土，這樣避免了澆筑與拋石交叉作業(yè)，極大地降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)，也加快了澆筑施工速度，降低了工程造價(jià)，是值得推廣的一項(xiàng)施工技術(shù)。根據(jù)試驗(yàn)段獲得的數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)，貴州凱里經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)汽車城二期土地收儲(chǔ)整理工程F區(qū)重力式擋土墻全部采用機(jī)制砂自密實(shí)片石混凝土技術(shù)進(jìn)行澆筑施工，后期檢測(cè)與驗(yàn)收資料數(shù)據(jù)顯示，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)語(yǔ)

機(jī)制砂自密實(shí)片石混凝土以優(yōu)異的性能，保證了工程質(zhì)量，加快了施工速度，簡(jiǎn)化了施工流程，降低了工程造價(jià)，符合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的需求。

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