C45 大體積自密實(shí)混凝土性能研究及應(yīng)用

曾昌洪 陳 誠 蒲 鯤

（重慶華西易通建設(shè)股份有限公司技術(shù)研發(fā)中心， 重慶 400000）

0 前言

重慶北站位于重慶市江北新區(qū)，在既有重慶北站南站房北側(cè)，新建站房建筑面積79945 平方米，商業(yè)夾層8510 平方米，城市通廊10320 平方米，南站房改造面積5200 平方米。新建站房基礎(chǔ)，單次澆筑混凝土3000m3以上，屬大體積混凝土，且工程設(shè)計(jì)為自密實(shí)混凝土，混凝土和易性要求極高。

自密實(shí)混凝土(Self-Compacting Concrete,簡稱SCC)，是指在澆筑過程中無需施加任何振搗，僅依靠混凝土自重就能完全填充至模板內(nèi)任何角落和鋼筋間隙的高性能混凝土[1]。本文在堅(jiān)持大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)原則的條件下設(shè)計(jì)自密實(shí)混凝土配合比，混凝土配合比滿足自密實(shí)性能后還需滿足抗裂要求。

1 原材料及測試方法

1.1 原材料

本工程選用海螺P.O42.5R 水泥，重慶綦江珞璜Ⅱ級粉煤灰，重慶祥眾S95 級礦粉，貴州弘富貴硅灰。膨脹劑：武漢三源特種建材有限責(zé)任公司某鎂質(zhì)膨脹劑、重慶森軒建材有限公司某鈣質(zhì)膨脹劑。細(xì)骨料：結(jié)合材料情況，選用幾種有代表性的機(jī)砂進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。粗骨料選用5-10mm 和10-20mm 兩級配按比例搭配而成，筏板基礎(chǔ)梁板結(jié)合部位鋼筋極密，最小間距22mm，因此必須控制骨料粒徑。5-10mm和10-20mm 粗骨料按5：5 比例搭配后級配較好，滿足5-20mm 連續(xù)級配要求。

1.2 測試方法

砂石粗細(xì)骨料檢測按照J(rèn)GJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行檢測，T500、V 漏斗通過時(shí)間、U 形箱高度按照CECS 203-2006《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》測試，坍落度、擴(kuò)展度、倒筒時(shí)間參照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行檢測，收縮實(shí)驗(yàn)方法參照GB/T 50082—2016《普通混凝土長期性能和耐久性性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T 23439-2017《混凝土膨脹劑》進(jìn)行，大體積混凝土溫度裂縫控制參照《建筑施工計(jì)算手冊》、《大體積混凝土施工規(guī)范》GB50496-2018 進(jìn)行計(jì)算，泵送施工參照J(rèn)GJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行。

2 C45 大體積自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.1 技術(shù)指標(biāo)及測試方法

自密實(shí)微膨脹鋼管混凝土作為一種高性能混凝土，除滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要求的強(qiáng)度和耐久性能外，更要滿足良好的施工性，即高流動性、高粘聚性、坍落度損失小，免振達(dá)到自密實(shí)[3]。除對混凝土拌合物上述性能進(jìn)行測試外，由于自密實(shí)混凝土的大流動性，容易在澆筑后造成泌水和離析現(xiàn)象，因此還需對表征混凝土抗離析性的拌合物離析率和表征拌合物間隙通過性的U 型箱高度Bh進(jìn)行測試。根據(jù)工程特點(diǎn)及CECS 203-2006《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，該自密實(shí)混凝土具體性能指標(biāo)要求如下：擴(kuò)展度（mm）：600＜SF≤680；T500(S)：2≤T500≤5；倒筒時(shí)間（S）：2～5；V 漏斗通過時(shí)間（S）：3～15；U 型箱高度(Bh)(mm)：≥320。

2.2 配合比方案設(shè)計(jì)

經(jīng)過大量的試配，現(xiàn)將C45 自密實(shí)混凝土較有代表性的配合比及試驗(yàn)方案表示如下，為防止大體積混凝土收縮開裂，膨脹劑按推薦摻量摻加。

表1 配合比方案

2.3 配合比方案選擇

表2 工作性能及強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

配合比設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮了高礦物摻合料、中礦物摻合料以及低礦物摻合料的3大主要膠凝體系，在不同膠凝體系中設(shè)計(jì)了不同砂率大小的配合比。由表1、表2可見，不同摻量的礦物摻合料的試驗(yàn)結(jié)果差異很大。高水泥用量、低礦物摻合料的編號1、2 試驗(yàn)組，坍落度、擴(kuò)展度、抗壓強(qiáng)度能夠達(dá)到要求，但是V 漏斗通過時(shí)間、T500 以及U 形箱高度等指標(biāo)不合格，說明該配合比填充性差、粘度太大流動速度不足、自密實(shí)性能達(dá)不到要求。中等摻量和高礦物摻合料的3-10 組，各項(xiàng)性能指標(biāo)都能夠滿足要求，其中，高礦物摻合料試驗(yàn)組的粘性更低，流動性更佳，自密實(shí)性能最好，但是由于礦物摻合料太高，抗壓強(qiáng)度富裕值較小。

砂率對自密實(shí)混凝土流動性、粘聚性、保水性以及填充性、抗離析性自密實(shí)性能有重大影響，隨著砂率的增加擴(kuò)展時(shí)間T500、V 漏斗通過時(shí)間逐漸先減小再增大，當(dāng)砂率為0.49 時(shí)最??；隨著砂率的增大，U 形箱高度、28d 抗壓強(qiáng)度先增大再減小，在0.49 砂率時(shí)U 形箱高度最大，抗壓強(qiáng)度最大。所以，當(dāng)砂率為0.49時(shí)自密實(shí)混凝土流動性、間隙通過性、抗離析性、抗壓強(qiáng)度值等均達(dá)到最優(yōu)性能指標(biāo)。

綜上所述，得到最終確定的基準(zhǔn)配合比如下：水：162kg/m3；水泥：310kg/m3;粉煤灰：65kg/m3;礦粉：95kg/m3膨脹劑：30kg/m3;細(xì)骨料：857kg/m3;粗骨料：891kg/m3;外加劑：9.9kg/m3.

3 裂縫控制

由于水泥水化引起混凝土溫度升高以及大體積混凝土內(nèi)部散熱困難，往往會引起結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差太大，最終導(dǎo)致溫度裂縫的產(chǎn)生，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全。因此，大體積混凝土需控制溫度裂縫的產(chǎn)生。

根據(jù)《建筑施工計(jì)算手冊》、《大體積混凝土施工規(guī)范》GB50496-2018 中關(guān)于大體積混凝土施工中各理論溫度計(jì)算公式，可分別計(jì)算出混凝土的最大絕熱溫升、混凝土中心溫度、混凝土表層溫度、彈性模量、最大溫度應(yīng)力等數(shù)值。具體計(jì)算過程比較繁瑣，文本只列舉計(jì)算結(jié)果。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值不宜大于50℃；混凝土澆筑塊體的里表溫差不宜大于25℃；混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20℃。其中，控制溫度裂縫的條件為：

式中：K——防裂安全系數(shù)，取K=1.15；

σz——自約束應(yīng)力

σx——外約束應(yīng)力

ftk(t)——混凝土抗拉強(qiáng)度

經(jīng)計(jì)算，該配合比：混凝土最大絕熱溫升T(t)=37.81℃＜50℃；里表溫差19.31℃＜25℃；表面與大氣溫差15.17＜20℃；最大自約束應(yīng)力，最大外約束拉應(yīng)力σx=0.28MPa，ftk(9)/K=2.11MPa，滿足控制溫度裂縫條件。

綜上計(jì)算，該自密實(shí)配合比滿足大體積混凝土各項(xiàng)控制指標(biāo)要求，不會生成溫度裂縫。

4 結(jié)語

（1）粗集料級配較差，以1：1 比例搭配大小石子基本滿足連續(xù)級配要求。

（2）自密實(shí)混凝土宜適當(dāng)提高砂率以增加砂漿層厚度，提高混凝土流動性。

（3）自密實(shí)混凝土宜提高礦物摻合料用量，改善混凝土和易性。

（4）本文中鎂質(zhì)膨脹劑補(bǔ)償收縮性能明顯優(yōu)于鈣質(zhì)膨脹劑，可以滿足大體積自密實(shí)混凝土收縮裂縫控制；通過計(jì)算，自密實(shí)配合比滿足大體積混凝土各項(xiàng)溫度裂縫控制條件。