鋼板自密實(shí)混凝土配合比研究

李 偉，李 洋，陳海波，譚 煌，熊吉萬，尹 峰，李 躍

（四川中核艾瑞特工程檢測有限公司，四川 綿陽 621000）

在建某核電站大量采用SC結(jié)構(gòu)，預(yù)計(jì)使用自密實(shí)混凝土施工700 m3，施工難度大，大量隱蔽工程質(zhì)量控制要求高。這就對(duì)自密實(shí)混凝土試驗(yàn)提出更高的要求。大量自密實(shí)混凝土施工需選擇最佳的材料，滿足對(duì)不同材料，不同環(huán)境下的施工性能。此次自密實(shí)混凝土研究同一配合比（外加劑摻量不發(fā)生任何改變）在復(fù)雜現(xiàn)場條件下施工及性能變化問題，有效抑制了混凝土凝結(jié)硬化后帶來的體積安定性問題。

1 某核電站自密實(shí)混凝土試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)室根據(jù)JGJ/T283-2012要求設(shè)計(jì)自密實(shí)混凝土配合比，但為充分驗(yàn)證混凝土性能增加CECS203：2006的檢測項(xiàng)目和指標(biāo)，所以采取了根據(jù)JGJ/T283-2012進(jìn)行設(shè)計(jì)與CECS203：2006雙標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算并開展試驗(yàn)。

2 自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)及試配

2.1 配合比各組分原材料影響因素

自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)與普通混凝土不同，多采用體積法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，這對(duì)原材料的表觀密度測量提出了很高的要求。其影響指標(biāo)主要有：粗骨料體積、砂體積分?jǐn)?shù)、水膠比、用水量、粉煤灰摻量、外加劑摻量、漿骨比等指標(biāo)。粗骨料的體積直接影響到自密實(shí)混凝土拌合物流動(dòng)性、通過性、經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)，較多的粗骨料會(huì)阻礙混凝土的通過性，但合理的粗骨料用量能夠起到節(jié)約膠材、抑制收縮的作用；砂體積分?jǐn)?shù)主要影響混凝土經(jīng)濟(jì)性、流動(dòng)性和易性及泵送性能等指標(biāo)，機(jī)制砂顆粒棱角較多，較多的砂用量會(huì)影響拌合物流動(dòng)性，增加拌合物泵送損失。但砂體積不足則影響對(duì)粗骨料空隙的填充，導(dǎo)致骨料外漏的發(fā)生；水膠比則直接影響混凝土的強(qiáng)度和粘聚性；較大的用水量能提高混凝土抗材料干擾性，但會(huì)降低漿體密度，導(dǎo)致骨料下沉和粘聚性降低；粉煤灰摻量則直接影響著混凝土流動(dòng)性、強(qiáng)度、和易性等指標(biāo)；外加劑對(duì)混凝土強(qiáng)度，和易性、粘聚性、流動(dòng)性起著至關(guān)重要的作用。

2.2 配合比參數(shù)選擇思路及計(jì)算

試驗(yàn)室優(yōu)先使用JGJ/T283-2012對(duì)混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，采用CECS203：2006進(jìn)行復(fù)核配合比計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)自密實(shí)混凝土強(qiáng)度為C35，坍落擴(kuò)展度要求650 mm±50 mm，坍落擴(kuò)展度與J環(huán)擴(kuò)展度之差0~25 mm，U型箱填充高度試驗(yàn)≥320 mm，V漏斗通過時(shí)間試驗(yàn)為7~25 s，T500為2~8 s。離析率篩析試驗(yàn)≤15%，含氣量0~6.5%。

優(yōu)先測取各材料表觀密度見表1。

表1 各材料表觀密度檢測結(jié)果

（1）保證自密實(shí)混凝土流動(dòng)性、通過性滿足施工要求。

在滿足規(guī)范的基礎(chǔ)上選擇較小的骨料用量，嚴(yán)格控制骨料的體積，粗骨料體積選擇0.31 m3，共計(jì)815 kg/m3。

機(jī)制砂在滿足流動(dòng)性、施工性基礎(chǔ)上選擇較大砂用量，砂體積分?jǐn)?shù)選0.44。取整數(shù)800 kg/m3。

（2）保證混凝土配合比的和易性、流動(dòng)性和經(jīng)濟(jì)性。

選擇粉煤灰摻量為上限30%。

（3）保證自密實(shí)混凝土粘聚性、強(qiáng)度及流動(dòng)性。

根據(jù)粉煤灰摻量計(jì)算自密實(shí)混凝土膠凝材料密度

式中：ρm——礦物摻和料表觀密度（kg/m3），ρc——水泥表觀密度（kg/m3）。

（4）自密實(shí)混凝土水膠比計(jì)算。

式中：mb——每立方米混凝土中膠凝材料質(zhì)量（kg）。

mw——每立方米混凝土中用水的質(zhì)量（kg）。

（5）膠凝材料用量計(jì)算。

式中：Va——每立方米中引入空氣的體積（L），Ρw——每立方米中拌合水的表觀密度（kg/m3）。

（6）用水量計(jì)算及選取。

用水量為189 kg/m3，根據(jù)CECS203：2006中規(guī)定，將用水量固定在170~180 kg/m3，優(yōu)先選用180 kg/m3拌合水用量。

確定計(jì)算配合比見表2。

表2 計(jì)算配合比

（7）保證自密實(shí)混凝土粘聚性、流動(dòng)性。

采用聚羧酸高性能減水劑增加混凝土流動(dòng)性、和易性，開展室內(nèi)基準(zhǔn)配合比試配。

2.3 材料初步選擇

按建造經(jīng)濟(jì)性原則，優(yōu)先使用核電廠在用原材料進(jìn)行試驗(yàn)。

2.4 室內(nèi)試配試驗(yàn)

試驗(yàn)室根據(jù)計(jì)算配合比開展室內(nèi)試配試驗(yàn)，流動(dòng)性指標(biāo)選擇坍落擴(kuò)展度表征，通過性選用坍落擴(kuò)展度與J環(huán)擴(kuò)展度差值進(jìn)行表征，采用根據(jù)性能逐步優(yōu)化的方法進(jìn)行試配，試配及檢測過程及結(jié)果見表3。

2.5 數(shù)據(jù)分析

表4為室內(nèi)檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表，每個(gè)配合比在外加劑最佳摻量條件下開展平行試驗(yàn)，每個(gè)配合比攪拌三盤，檢測數(shù)據(jù)一致記錄至表3。

表3 室內(nèi)試配及檢測結(jié)果

表4 基準(zhǔn)配合比材料用量 （kg/m3）

（1）根據(jù)序號(hào)1、2、3檢測結(jié)果進(jìn)行分析。膠凝材料用量提高能有效提高混凝土拌合物通過性，粘聚性，抑制混凝土在J環(huán)擴(kuò)展度試驗(yàn)中的骨料堆積情況。

（2）根據(jù)序號(hào)3、4、5、6進(jìn)行分析。用水量的增加會(huì)增加混凝土拌合物的流動(dòng)性，但過量的用水量則減少漿體粘度，導(dǎo)致J環(huán)擴(kuò)展度骨料的堆積，降低拌合物通過性。較少的用水量則影響更為直接（降低流動(dòng)性、通過性）。

（3）根據(jù)序號(hào)5、7、8進(jìn)行分析?？梢钥闯鲭S粗骨料用量增加，坍落擴(kuò)展度顯著降低，通過性變差；根據(jù)5、9、10可以得出，細(xì)骨料過多則降低自密實(shí)混凝土流動(dòng)性，但未對(duì)通過性造成較大影響，細(xì)骨料不足，提高混凝土流動(dòng)性，但出現(xiàn)輕微露骨，降低混凝土通過性。

（4） 經(jīng)上述數(shù)據(jù)分析，初步選擇基準(zhǔn)配合比。選擇最優(yōu)配合比見表5。

表5 室內(nèi)最終配合比材料用量 （kg/m3）

確定基準(zhǔn)配合比后，使用該配合比開展攪拌站的生產(chǎn)性試驗(yàn)驗(yàn)證自密實(shí)混凝土可生產(chǎn)性。

2.6 全尺寸節(jié)模塊模擬試驗(yàn)

通過上述試驗(yàn)后，混凝土性能初步判斷滿足施工要求后開展全尺寸截模塊模擬試驗(yàn)，試件尺寸截取取CA20模塊中最難澆筑部分，搭建1：1全尺寸模型進(jìn)行模擬澆筑試驗(yàn)。模型分為鋼制模型（凸字形內(nèi)設(shè)錨固釘、孔洞、預(yù)先埋設(shè)雜物）及木模（卜字型內(nèi)設(shè)橫向、縱向鋼筋阻擋物、孔洞等障礙物）開展試驗(yàn)。澆筑完畢后，進(jìn)行切割，鉆芯觀察硬化混凝土內(nèi)部孔洞及槽鋼、鋼筋的密實(shí)情況。

經(jīng)養(yǎng)護(hù)后對(duì)模擬件進(jìn)行切割，得出模擬試驗(yàn)結(jié)論：

（1）模擬試驗(yàn)中拌合物流動(dòng)性較好，能夠快速通過鋼筋密集區(qū)及路徑障礙物，能夠快速填充并包裹模擬件內(nèi)設(shè)槽鋼及鋼筋（澆筑目測）。（2）對(duì)模擬件進(jìn)行切割，骨料分布較為均勻，未存在任何分層線、砂層等不良結(jié)構(gòu)。（3）對(duì)模擬件進(jìn)行切割，混凝土填充性能較好，內(nèi)部鋼筋包裹及槽鋼填充密實(shí)，未出現(xiàn)較大危害性孔洞。

3 結(jié)論

（1）通過此次配合比試驗(yàn)，拓展了配合比設(shè)計(jì)思路，健全配合比的設(shè)計(jì)流程，對(duì)本公司核電領(lǐng)域配合比的設(shè)計(jì)具有重要參考意義；通過此次試驗(yàn)，提高了試驗(yàn)室配合比技術(shù)能力和技術(shù)儲(chǔ)備，為核電專用配合比開發(fā)打下基礎(chǔ)。（2）通過此次模擬試驗(yàn)，不良的施工條件未對(duì)沖擊試件強(qiáng)度、表觀質(zhì)量、骨料分布造成任何不良影響，證明該配合比在極端環(huán)境下足以滿足現(xiàn)場的施工要求。