自密實(shí)混凝土在城市地下綜合管廊中的應(yīng)用技術(shù)及施工要點(diǎn)

陳飛，王寶君，張先博

（1. 黑龍江宇輝新型建筑材料有限公司，黑龍江 哈爾濱 150025；2. 黑龍江省建筑材料工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080）

0 前言

2015 年，我公司承攬了哈爾濱市紅旗大街區(qū)域約13km 的地下綜合管廊項(xiàng)目。該項(xiàng)目采用了我公司自主研發(fā)的預(yù)制裝配整體式混凝土綜合管廊技術(shù)，即將預(yù)制混凝土疊合式構(gòu)件（簡(jiǎn)稱雙 P 板）通過(guò)鋼筋連接，再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土形成整體的綜合管廊（見圖 1）。由于雙 P 板夾層空間比較狹窄，最窄處不到 14cm，而且其內(nèi)部橫向連接鋼筋、螺旋筋、豎向插筋等縱橫交錯(cuò)，致使鋼筋間距比較密集（見圖 2）。普通混凝土不易澆筑密實(shí)，難以達(dá)到防水抗?jié)B性能要求。另外，如果采用全疊合式底板，普通混凝土的流動(dòng)性不易充滿底板空間，由于預(yù)拌混凝土的沉縮作用，極易與預(yù)制底板上皮底部相脫離。因此，我們決定采用 C40 無(wú)收縮免振自密實(shí)混凝土進(jìn)行澆筑，以期達(dá)到最佳自密實(shí)程度，同時(shí)又可起到抗裂防滲作用。

圖 1 預(yù)制裝配整體式混凝土綜合管廊

1 原材料的選取

（1）水泥：黑龍江省賓州水泥有限公司虎鼎牌P·O42.5 水泥。其主要性能指標(biāo)見表 1。

（2）礦粉：吉林東晟礦粉廠 S95 級(jí)礦粉。其主要性能指標(biāo)見表 2。

圖 2 雙 P 板內(nèi)部構(gòu)造

表 1 水泥主要性能指標(biāo)

表 2 礦粉主要性能指標(biāo)

（3）粉煤灰：哈爾濱市第三發(fā)電廠 Ⅱ 級(jí)粉煤灰。細(xì)度 17%，燒失量 3.1%，需水量比 95%，28d 活性指數(shù) 80%。

（4）細(xì)骨料：天然江砂。細(xì)度模數(shù) 2.3，表觀密度2640kg/m3。

（5）粗骨料：5～16mm 連續(xù)級(jí)配反擊破碎石，表觀密度 2670kg/m3。

（6）外加劑：采用聚羧酸減水劑。減水率 26%，密度 1050kg/m3，含固量 18%。

（7）膨脹劑：天津豹鳴公司生產(chǎn)的 UEA 膨脹劑。限制膨脹率：水中 7d 為 0.035%，空氣中 21d 為-0.015%。

（8）水：地下水。

2 混凝土拌合物技術(shù)性能指標(biāo)的確定

自密實(shí)混凝土（Self Compacting Concrete 簡(jiǎn)稱SCC）的自密實(shí)性能主要包括填充性、間隙通過(guò)性和抗離析性。根據(jù)地下綜合管廊工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，混凝土雙 P板內(nèi)側(cè)并非光滑的表面，而是干燥、粗糙的，易吸收部分混凝土中的水份，從而會(huì)影響混凝土流動(dòng)性；此外，雙 P 板夾層空間比較狹窄，其中各種鋼筋相互交織，較為密集，要求自密實(shí)混凝土的間隙通過(guò)性要好?；谝陨峡紤]，混凝土拌合物的自密實(shí)性能應(yīng)適中，不宜太小，也不宜過(guò)大，其性能指標(biāo)確定如下：

坍落擴(kuò)展度(mm)：SF2=660～755；

擴(kuò)展時(shí)間 T500(s)：VS1≥2；

坍落擴(kuò)展度與 J 環(huán)擴(kuò)展度差值(mm)：0≤PA2≤25

離析率(%)：SR2≤15

3 混凝土配合比確定及試驗(yàn)結(jié)果分析

配制自密實(shí)混凝土的原理是通過(guò)膠凝材料、粗細(xì)骨料和外加劑的選擇與精心設(shè)計(jì)，將混凝土的屈服應(yīng)力減小到足以克服因自重產(chǎn)生的剪應(yīng)力，使混凝土流動(dòng)性增大，同時(shí)又具有足夠的塑性粘度，使骨料懸浮于水泥漿中，不出現(xiàn)離析和泌水問(wèn)題，能自由流淌并充分填充模板內(nèi)的空間，形成密實(shí)且均勻的膠凝結(jié)構(gòu)。配合比設(shè)計(jì)需要充分考慮自密實(shí)混凝土流動(dòng)性、自填充性、抗離析性、漿體用量和體積穩(wěn)定性之間的相互關(guān)系。

根據(jù)以上原理，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)O(shè)定水膠比為0.38，總膠材和用水量不變，僅改變砂率大小，并用減水劑調(diào)整流動(dòng)性，設(shè)計(jì)的 C40 自密實(shí)混凝土配合比見表 3。

表 3 自密實(shí)混凝土的配合比

試驗(yàn)結(jié)果以混凝土的流動(dòng)性和強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，其結(jié)果見表 4。

表 4 自密實(shí)混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果

從表 4 試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著砂率增加，坍落擴(kuò)展度亦隨之增大，但超過(guò) 0.51 時(shí)又會(huì)有所減小，混凝土強(qiáng)度隨之降低。經(jīng)綜合考慮，S-04 配合比比較合適，且 T500＝5s、PA＝15＜25mm、離析率＝10.3%＜15%、28d 抗壓強(qiáng)度＝50.1MPa，達(dá)到 125%，滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。采用該配合比應(yīng)用在地下綜合管廊項(xiàng)目中，總共澆筑了近 12 萬(wàn)立方米自密實(shí)混凝土，取得了良好的應(yīng)用效果，既保證了工程質(zhì)量，又加快了施工進(jìn)度，較之其他管廊施工方法，具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性。

4 自密實(shí)混凝土在地下綜合管廊中的施工要點(diǎn)

城市地下綜合管廊的終極質(zhì)量目標(biāo)是不滲水。因此在施工過(guò)程中，應(yīng)特別注意消除影響混凝土密實(shí)性及引起混凝土開裂的各種因素。施工注意要點(diǎn)如下：

（1）在雙 P 板安裝時(shí)，應(yīng)使兩塊板之間留有約(40±5)mm 的間隙，混凝土澆筑后會(huì)自然填滿間隙。由于自密實(shí)混凝土具有微膨脹功能，使板縫間產(chǎn)生了后澆帶效應(yīng)，從而避免了混凝土開裂，減少了通常處理板與板接縫處的復(fù)雜的傳統(tǒng)止水工序。我們無(wú)意中發(fā)現(xiàn)，這幾乎解決了長(zhǎng)墻結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆混凝土易產(chǎn)生令人頭痛的豎向開裂問(wèn)題，極大地降低了混凝土滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）根據(jù)地下綜合管廊工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，混凝土雙P 板內(nèi)表面是干燥、粗糙的，雖然自密實(shí)混凝土的和易性很好，其流動(dòng)性、保水性和粘聚性都很優(yōu)良，但是一旦接觸到干燥的墻面，就會(huì)被墻面吸收一部分水份，導(dǎo)致流動(dòng)性降低，影響混凝土的自密實(shí)性能；此外，由于自密實(shí)混凝土流動(dòng)性大，澆筑后也會(huì)像普通預(yù)拌混凝土一樣產(chǎn)生一定的沉降，易在鋼筋和接觸墻面處出現(xiàn)塑性沉縮裂縫，降低混凝土的密實(shí)度和抗?jié)B性能。因此，為消除以上缺陷，在混凝土澆筑后，待混凝土沉降趨于穩(wěn)定時(shí)（約 30～60min），進(jìn)行一次適當(dāng)?shù)恼駬v，便可消除以上缺陷。這就要求施工單位應(yīng)改變?cè)械氖┕つＪ胶土?xí)慣，采取新的施工工法，嚴(yán)格按照新要求進(jìn)行操作，才會(huì)達(dá)到理想效果。

（3）混凝土冬期施工技術(shù)措施

1）冬期施工時(shí)，應(yīng)事先做好保溫防凍措施，如：扣大棚、生焦炭爐子、備足保溫材料等。

2）混凝土施工前，應(yīng)清除墻內(nèi)及板面上的積雪和雜物。

3）在負(fù)溫環(huán)境下澆筑混凝土?xí)r，由于鋼筋遇到混凝土?xí)纯涛交炷林械牟糠炙荻Y(jié)冰，待冰解凍以后，會(huì)在鋼筋與混凝土之間形成間隙，影響混凝土對(duì)鋼筋的握裹力，甚至形成滲水通道。另外，鋼筋上結(jié)冰后會(huì)減小混凝土對(duì)鋼筋保護(hù)層的厚度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)阻礙混凝土通過(guò)，硬化后出現(xiàn)孔洞露筋（見圖 3）。

同時(shí)，干燥的混凝土板面也會(huì)吸收一部分水份，使混凝土流動(dòng)性降低，因此，混凝土澆筑后還需進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼駬v，并且在澆筑上一層時(shí)，鋼筋上的結(jié)冰有可能會(huì)融化，因此一定要對(duì)下層混凝土進(jìn)行二次振搗，以消除鋼筋周圍多余的水份。

4）冬季施工板面上易帶進(jìn)雜草、雪塊、土坷垃等雜物，安裝構(gòu)件前應(yīng)清理干凈。

5）澆筑完的混凝土應(yīng)即刻封閉保溫棚，覆蓋保溫材料，開啟焦炭爐子等保溫設(shè)施，防止混凝土受凍，加快混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

城市地下綜合管廊的終極質(zhì)量目標(biāo)是不滲水。我公司采用的預(yù)制裝配整體式混凝土綜合管廊技術(shù)，將預(yù)制混凝土疊合式構(gòu)件與自密實(shí)混凝土相結(jié)合的方式，解決了長(zhǎng)墻結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆混凝土易產(chǎn)生豎向開裂問(wèn)題，從而極大地減少了混凝土的滲漏現(xiàn)象。然而，這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)施，還需施工單位施工方法得當(dāng)，進(jìn)行二次復(fù)振，改變固有的施工模式和習(xí)慣，嚴(yán)格按照自密實(shí)混凝土的施工要求進(jìn)行操作，才會(huì)獲得理想的質(zhì)量效果。