自密實(shí)混凝土在厚重結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

李賀龍，成桂琳，郭建婷，丁旦斌，剡江偉

（中核華辰建筑工程有限公司，西安 712000）

1 引言

厚重結(jié)構(gòu)是工業(yè)廠房、橋梁等工程中的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)為例，工業(yè)廠房工程設(shè)計(jì)時(shí)，多采用鋼筋混凝土墻、柱結(jié)構(gòu)作為建筑承重體系，以提高建筑承重柱的穩(wěn)定性與實(shí)際承載能力，有效承載建筑上部荷載與兩側(cè)荷載，保證建筑的整體穩(wěn)固性。

2 自密實(shí)混凝土概述

2.1 原理

混凝土在水泥熟化反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氣孔，影響混凝土的密實(shí)度，也會(huì)導(dǎo)致混凝土固結(jié)后形成裂縫、縮孔與缺陷，需要通過(guò)人工或機(jī)械振搗減少混凝土中的氣孔數(shù)量、 縮小氣孔孔徑，從而提高混凝土密實(shí)度。澆筑自密實(shí)混凝土?xí)r，可在自重作用下壓縮氣孔孔徑、控制氣孔數(shù)量，無(wú)須人工或機(jī)械振搗實(shí)現(xiàn)混凝土的自密實(shí)[1]。

2.2 自密實(shí)混凝土性能要求

根據(jù)T/CECS 203—2021《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，自密實(shí)混凝土拌合物可按照性能分成SF1、SF2、SF3 三個(gè)等級(jí)。拌合物詳細(xì)性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 自密實(shí)混凝土性能要求

2.3 應(yīng)用范圍

自密實(shí)混凝土應(yīng)用在橋梁工程橋墩、橋面板、橋臺(tái)等厚重結(jié)構(gòu)承重部位，可利用自密實(shí)混凝土的高密實(shí)度、高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)保證上述厚重結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量； 應(yīng)用在工業(yè)廠房建筑工程的墻體、承重柱、梁板等厚重結(jié)構(gòu)承重部位，可利用自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性與均勻性省略工業(yè)廠房建筑厚重結(jié)構(gòu)混凝土振搗工作，保證廠房建筑厚重結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。

3 自密實(shí)混凝土在厚重結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)

自密實(shí)混凝土良好的流動(dòng)性使得其在自重作用下均勻流動(dòng)、有效壓縮氣孔數(shù)量與孔徑大小，從而達(dá)到高密實(shí)度、高強(qiáng)度等目的[2]。良好的流動(dòng)性是應(yīng)科學(xué)合理設(shè)計(jì)自密實(shí)混凝土的水膠比、砂率、配合比等規(guī)格參數(shù)，避免在攪拌過(guò)程中出現(xiàn)離析或泌水現(xiàn)象，影響混凝土澆筑的穩(wěn)定性，同時(shí)避免自密實(shí)混凝土在固結(jié)硬化后出現(xiàn)彈性模量低、分布均質(zhì)性差等質(zhì)量問(wèn)題。

3.1 水膠比

厚重結(jié)構(gòu)中的自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)追求低水膠比，通常應(yīng)將水膠比控制在0.4～0.5，這樣不僅可以保證自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性較好，在自重作用下均勻流動(dòng)形成高密市混凝土，還可以保證自密實(shí)混凝土的用水量合理控制，保證混凝土的坍落度與擴(kuò)展度符合施工標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 坍落度

坍落度與擴(kuò)展度會(huì)影響自密實(shí)混凝土在攪拌過(guò)程中的質(zhì)量，以及混凝土澆筑硬化后的穩(wěn)定性，通常應(yīng)將自密實(shí)混凝土的坍落度控制在230～270 mm。在確保坍落度的基礎(chǔ)上，測(cè)算擴(kuò)展度，首先提起坍落度筒，再測(cè)定相互垂直的兩個(gè)方向上的混凝土拌合物，最后測(cè)量平面上最終流動(dòng)寬度的平均值。應(yīng)合理控制自密實(shí)混凝土的擴(kuò)展度在600～700 mm。

3.3 砂率

自密實(shí)混凝土的砂率直接關(guān)系到擴(kuò)展度，考慮到擴(kuò)展度會(huì)影響穩(wěn)定性與耐久性，自密實(shí)混凝土在厚重結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)應(yīng)保證高砂率。經(jīng)實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)，自密實(shí)混凝土的砂率越高，擴(kuò)展度越大，砂率達(dá)到50%后，自密實(shí)混凝土的擴(kuò)展度增加不明顯，因此，在實(shí)際施工時(shí)可控制自密實(shí)混凝土的砂率在40%～50%[3]。

3.4 材料

自密實(shí)混凝土的配制涉及水泥、骨料、石粉、粉煤灰、外加劑等材料，不同材料的規(guī)格要求以及用量不同。以水泥為例，應(yīng)選用普通硅酸鹽水泥，用量在450～500 kg/m3，以免水泥用量過(guò)多或過(guò)少導(dǎo)致自密實(shí)混凝土收縮性與和易性受影響。此外，骨料也是自密實(shí)混凝土配置的重要原材料，應(yīng)嚴(yán)格控制骨料砂的細(xì)度模數(shù)、細(xì)粉含量以及級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)，保證自密實(shí)混凝土的流變性與密實(shí)性。自密實(shí)混凝土中，需利用礦物摻合料降低混凝土早期水化熱，減少自密實(shí)混凝土收縮，保證各項(xiàng)性能。礦物摻合料的用量需嚴(yán)格控制在15%～20%。通常應(yīng)控制外加劑的用量在1%～2%，并根據(jù)外加劑類型合理調(diào)整使用量。

3.5 配合比設(shè)計(jì)

對(duì)自密實(shí)混凝土進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，考慮粉煤灰礦粉復(fù)摻（FA-SP），以及粉煤灰石灰石粉復(fù)摻（FA-LP）對(duì)混凝土性能的影響，配合比見(jiàn)表2。

表2 優(yōu)化配合比 kg/m3

FA-SP 為20%礦粉和20%粉煤灰復(fù)摻，效果較好，擴(kuò)展度達(dá)到690 mm，T500=4.3 s（混凝土流到刻度為500 mm 的圓環(huán)處結(jié)束計(jì)時(shí)讀取流動(dòng)時(shí)間即為T500），試驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示。

圖1 坍落擴(kuò)展度（FA-SP 組）

FA-LP 為20%粉煤灰和10%石灰石粉復(fù)摻，效果較差，擴(kuò)展度為670 mm，但J 環(huán)堵塞嚴(yán)重，試驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示。

圖2 坍落擴(kuò)展度（FA-LP 組）

試驗(yàn)結(jié)果顯示，摻入礦粉對(duì)于增強(qiáng)自密實(shí)混凝土的間隙通過(guò)性有較明顯效果，而粉煤灰與石灰石粉雙摻對(duì)比單摻粉煤灰，坍落擴(kuò)展度有小幅提升，但間隙通過(guò)性能下降。表3 為試驗(yàn)混凝土28 d 抗壓強(qiáng)度。

表3 抗壓強(qiáng)度 MPa

4 自密實(shí)混凝土在厚重結(jié)構(gòu)中的施工

4.1 混凝土攪拌

自密實(shí)混凝土按照上述配合比選配后，需按順序投料攪拌，先后順序分別為細(xì)骨料、水泥、摻合料、水、外加劑、粗骨料等。利用攪拌機(jī)對(duì)上述原料進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，攪拌時(shí)長(zhǎng)可控制在120 s 內(nèi)。攪拌過(guò)程中，需及時(shí)觀察混凝土攪拌情況，適量調(diào)整加水量保證配制質(zhì)量?；炷僚渲平Y(jié)束后，需對(duì)首盤自密實(shí)混凝土的性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試方式包括目視檢驗(yàn)與參數(shù)量化檢驗(yàn)。根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果適當(dāng)調(diào)整各原料配合比，提高混凝土配置的合理性與質(zhì)量[4]。

4.2 混凝土運(yùn)輸

自密實(shí)混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)保持車廂內(nèi)的濕度與溫度，同時(shí)施工單位應(yīng)統(tǒng)籌好混凝土配制與混凝土運(yùn)輸?shù)你暯訒r(shí)間，確?；炷翑嚢璩隽现梁裰亟Y(jié)構(gòu)澆筑之間的時(shí)長(zhǎng)在2 h 以內(nèi)，以免自密實(shí)混凝土因質(zhì)量問(wèn)題影響厚重結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。

4.3 混凝土澆筑

自密實(shí)混凝土澆筑之前需進(jìn)行坍落度與擴(kuò)展度檢查，在正式澆筑之前，需要在攪拌車內(nèi)對(duì)自密實(shí)混凝土進(jìn)行二次攪拌，以達(dá)到最佳工作性能，方便澆筑后自密實(shí)成型，保證澆筑質(zhì)量。此外，厚重結(jié)構(gòu)的自密實(shí)混凝土澆筑應(yīng)分層進(jìn)行，合理控制每層澆筑高度在800 mm 以下，每層澆筑后留出5 min 用于自密實(shí)成型。澆筑時(shí)，應(yīng)合理控制澆筑下料口的高度，尤其是在高層建筑厚重結(jié)構(gòu)施工中，應(yīng)盡量壓低下料口，減小自密實(shí)混凝土的自由下落高度。當(dāng)結(jié)構(gòu)配筋過(guò)密，混凝土的黏聚性較大時(shí)，為保證混凝土密實(shí)性，可在模板外側(cè)通過(guò)敲擊等輔助振搗方式增加混凝土的流動(dòng)性和密實(shí)性。

5 自密實(shí)混凝土在某厚重結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用實(shí)例

某廠房建筑共有地上5 層，凈高4.5 m，墻厚1 000 mm，板厚2.2 m?？紤]到鋼筋間距較小，無(wú)法插入振搗器進(jìn)行混凝土振搗，常規(guī)混凝土澆筑時(shí)，會(huì)在自由落體過(guò)程中產(chǎn)生離析現(xiàn)象，影響混凝土性能，因此，在本項(xiàng)目中采用C30 自密實(shí)混凝土，并根據(jù)上述步驟設(shè)計(jì)自密實(shí)混凝土的各項(xiàng)參數(shù)與配合比，并在混凝土配制、運(yùn)輸、澆筑與養(yǎng)護(hù)過(guò)程中抓好上述關(guān)鍵事項(xiàng)。

6 結(jié)語(yǔ)

自密實(shí)混凝土是有效解決工程結(jié)構(gòu)中混凝土成型過(guò)程無(wú)法振搗的重要材料，合理設(shè)計(jì)厚重結(jié)構(gòu)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，重視施工要點(diǎn)，可有效提高自密實(shí)混凝土的施工質(zhì)量。施工單位需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的施工條件，綜合考慮厚重結(jié)構(gòu)的承載力要求、自密實(shí)混凝土性能與經(jīng)濟(jì)效益等，合理應(yīng)用自密實(shí)混凝土，保證厚重結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。