C65高性能自密實(shí)混凝土在工程中的應(yīng)用

嚴(yán)新華

（臨沂天元混凝土工程有限公司，山東 臨沂 276000）

1 現(xiàn)狀研究

隨著建筑行業(yè)發(fā)展的日新月異，建筑結(jié)構(gòu)形式呈現(xiàn)出美觀、高承載力、多樣化的趨勢，而大多數(shù)建筑工程都是由混凝土澆筑而成，這就對混凝土性能提出了更高的要求。自密實(shí)混凝土指混凝土拌合物不需要振搗，僅依靠自重即能充滿模板、包裹鋼筋并能夠保持不離析和均勻性，達(dá)到充分密實(shí)和獲得最佳性能的混凝土，屬于高性能混凝土的一種。自密實(shí)混凝土拌合物應(yīng)具有良好流動(dòng)性、填充性和保水性。自密實(shí)混凝土能大大提高建筑設(shè)計(jì)的自由度，降低施工勞動(dòng)強(qiáng)度，能夠塑造復(fù)雜多樣的建筑結(jié)構(gòu)。

我公司參建的某工程核心筒采用強(qiáng)度等級為 C65 的混凝土，由于配筋密、間距小，振動(dòng)棒無法完全插入振搗，故要求采用自密實(shí)混凝土。根據(jù)多年來生產(chǎn)施工經(jīng)驗(yàn)，C65 自密實(shí)混凝土主要存在以下四個(gè)方面的問題：（1）由于 C65 自密實(shí)混凝土配合比膠凝材料用量大，會造成混凝土粘度大、抓底的問題，自密實(shí)混凝土要求大流動(dòng)性，容易導(dǎo)致混凝土泌水、離析問題，給施工帶來了不便；（2）自密實(shí)混凝土早期收縮容易導(dǎo)致裂紋、裂縫出現(xiàn)，如何控制早期收縮是必須考慮的；（3）配合比設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級高，如何在保證流動(dòng)性條件下，又能保證混凝土強(qiáng)度；（4）如何保證混凝土實(shí)體的密實(shí)性和表觀質(zhì)量。

2 分析選用材料

根據(jù)以上對 C65 自密實(shí)混凝土存在問題的分析，采用摻加增效劑來取代部分水泥，降低混凝土粘度、利于施工，同時(shí)又能夠保證混凝土強(qiáng)度不因水泥減少而降低。對于自密實(shí)混凝土的早期收縮，采用自密實(shí)混凝土早期收縮控制技術(shù)，通過摻加適量的膨脹劑等控制措施來實(shí)現(xiàn)控制混凝土裂紋的產(chǎn)生。為控制自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性、填充性、抗離析性、間隙通過性、密實(shí)性、保塑性，采用高性能聚羧酸外加劑，既能保證混凝土流動(dòng)性，又能提高混凝土抗離析性，高性能聚羧酸外加劑與本地的普通硅酸鹽水泥的相容性好、減水率大、緩凝和保塑效果好。

為保證 C65 自密實(shí)混凝土強(qiáng)度，還需要注意以下幾個(gè)方面：單位體積用水量宜為 155～180kg，水泥選用較穩(wěn)定的普通硅酸鹽水泥；摻合料是自密實(shí)混凝土不可缺少的組成部分之一，一般常用的有粉煤灰、硅粉、礦粉等，膠凝材料總量不少于 500kg/m3。砂的含泥量和雜質(zhì)，會使水泥漿與骨料的粘結(jié)力下降，所以砂必須符合Ⅰ類砂技術(shù)要求。粗骨料的最大粒徑一般以小于 20mm為宜，盡可能選用圓形且不含或少含針、片狀顆粒的骨料。

根據(jù)以上的分析研究，選用我市當(dāng)?shù)貐^(qū)域內(nèi)質(zhì)量好的原材料。

2.1 粗集料

石灰?guī)r碎石，粒徑 5～10mm，壓碎值指標(biāo) 8.5%，密度 2700kg/m3，針片狀顆粒含量 0.6%，含泥量0.1%，級配良好。

2.2 細(xì)集料

選用沂河中砂，表觀密度 2650kg/m3，堆積密度1490kg/m3，細(xì)度模數(shù) 2.4，含泥量 0.7%；沂河粗砂，表觀密度 2630kg/m3，堆積密度 1450kg/m3，細(xì)度模數(shù)3.2，含泥量 0.7%。

2.3 水泥

沂州水泥集團(tuán)產(chǎn) P·O52.5 水泥，性能指標(biāo)見表 1。

2.4 粉煤灰

選用鄒縣產(chǎn)優(yōu)質(zhì)Ⅰ級粉煤灰，密度 2420kg/m3，需水量比 91%，燒失量為 1.2%，45μm 方孔篩篩余7.5%。

2.5 硅灰

堆積密度 560kg/m3，比表面積為 22000cm2/g，摻量6.0%～10.0%。

2.6 膨脹劑

莒南金源膨脹劑，限制膨脹率水中 28d 0.036%，空氣中 21d 0.018%。

表1 水泥的技術(shù)指標(biāo)

2.7 減水劑

采用北京瑞帝斯 FAC 聚羧酸高性能外加劑，減水率為 27%，摻量 2.0%。

2.8 增效劑

采用和創(chuàng)新天 BTC-2 型增效劑，取代水泥量 20～40kg/m3，摻量為 0.6%。

3 配制試驗(yàn)

在本項(xiàng)目中需要配制 C65 自密實(shí)混凝土，這對混凝土性能要求很高，混凝土拌合物要有良好流動(dòng)性、填充性、保水性、保塑性、抗離析性、抗收縮性和高強(qiáng)度。結(jié)合施工現(xiàn)場鋼筋間隙的情況，放棄采用 10～20mm粒徑的石子，選用 5～10mm 粒徑的石子，選用細(xì)度模數(shù) 2.4 的中砂。根據(jù)以上原材料的情況和以往的工作經(jīng)驗(yàn)，初步設(shè)計(jì)了基準(zhǔn)配合比，如表 2。

表2 C65 基準(zhǔn)配合比 kg/m3

為改善 C65 自密實(shí)混凝土的性能，摻加增效劑，觀察檢測增效劑的效果和作用，按取代水泥質(zhì)量 20kg、30kg、40kg 做一系列試驗(yàn)，以便確定最佳的水泥取代量，配合比 1 取代水泥 20kg、配合比 2 取代水泥30kg、配合比 3 取代水泥 40kg，將減少的水泥量平均分配到砂石料中。配合比 1、2、3 的外加劑用量與基準(zhǔn)配合比保持一致，增效劑用量為基準(zhǔn)配合比膠凝材料的0.6%，水膠比與基準(zhǔn)配合比保持一致，配合比材料用量如表 3。

表3 C65 混凝土試驗(yàn)配合比 kg/m3

由表 3 配合比配制混凝土檢測其性能見表 4。

表4 C65 混凝土試驗(yàn)配合比性能指標(biāo)

由表 4 可以看出，摻加增效劑后配合比 1、2、3 的保水性、流動(dòng)性、粘聚性方面有所改善，能夠提高混凝土流動(dòng)性、降低混凝土粘度、提高混凝土的可施工性。從抗離析性方面看，基準(zhǔn)配合比抗離析性 16%，達(dá)到 SR1 等級標(biāo)準(zhǔn)，而配合比 1、2、3 抗離析性達(dá)到SR2 等級標(biāo)準(zhǔn)，適用于流動(dòng)距離超過 5m 且鋼筋凈距大于 80mm 的豎向結(jié)構(gòu)，或流動(dòng)距離小于 5m 且鋼筋凈距小于 80mm 的豎向結(jié)構(gòu)，摻加增效劑后，混凝土抗離析性有所改善。從間隙通過性方面看，基準(zhǔn)配合比間隙通過性 27mm，達(dá)到 PA1 標(biāo)準(zhǔn)，而配合比 1、2、3 間隙通過性達(dá)到 PA2 等級標(biāo)準(zhǔn)，與基準(zhǔn)配合比相比，能適用于鋼筋凈距更小的結(jié)構(gòu)工程。從坍落擴(kuò)展度方面看，基準(zhǔn)配合比和配合比 1 達(dá)到 SF2 標(biāo)準(zhǔn)，適用于大多數(shù)普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；配合比 2、3 坍落擴(kuò)展度達(dá)到 SF3標(biāo)準(zhǔn)，適用于結(jié)構(gòu)緊密的豎向結(jié)構(gòu)和形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)；從 2h 后坍落擴(kuò)展度來看，摻增效劑的配合比坍落擴(kuò)展度損失較基準(zhǔn)配合比小，其中配合比 2 的 2h 后坍落擴(kuò)展度仍能達(dá)到 SF3 標(biāo)準(zhǔn)。從 28d 抗壓強(qiáng)度方面來看，基準(zhǔn)配合比、配合比 1 和配合比 2 能達(dá)到 C65 設(shè)計(jì)要求，富余系數(shù)達(dá)到 1.15 倍。綜合保水性、流動(dòng)性、粘聚性、抗離析性、間隙通過性、填充性和 28d 抗壓強(qiáng)度來看，配合比 2 的各方面性能較好。

為進(jìn)一步降低自密實(shí)混凝土的粘度，在性能效果較好的配合比 2 的基礎(chǔ)上，對砂的選擇上做進(jìn)一步改變。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，采用細(xì)度模數(shù) 3.2 的粗砂做對比試驗(yàn)。得出 C65 粗砂試驗(yàn)配合比性能指標(biāo)見表 5。

從表 5 可以看出，C65 自密實(shí)混凝土采用粗砂時(shí)，混凝土粘度能夠進(jìn)一步降低，利于混凝土澆筑施工；混凝土抗離析性方面雖有降低，但變化不大，不影響其抗離析性等級。在保水性、流動(dòng)性、間隙通過性、填充性和抗壓強(qiáng)度方面，采用粗砂與中砂相比，其性能效果基本相同，綜合各方面考慮，使用粗砂，采用配合比 2 作為生產(chǎn)配合比。

表5 C65 粗砂試驗(yàn)配合比性能指標(biāo)

4 施工工藝

在 C65 高性能自密實(shí)混凝土生產(chǎn)時(shí)，要保證采用同一配合比同一原材料，攪拌時(shí)間比普通混凝土延長30～60s。生產(chǎn)的混凝土出廠前應(yīng)車車檢驗(yàn)，到達(dá)施工現(xiàn)場后要再次車車檢驗(yàn)，拌合物擴(kuò)展度應(yīng)達(dá)到SF3要求，無離析、泌水現(xiàn)象，檢驗(yàn)合格后方可卸料澆筑。

混凝土澆筑前，清理模板內(nèi)雜物，模板涂刷的隔離劑應(yīng)均勻潔凈，清除基底的雜物和積水。C65 高性能混凝土有其應(yīng)用范圍，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、施工部位、施工順序等相關(guān)的要求對作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底。檢查模板支設(shè)和鋼筋綁扎質(zhì)量，充分考慮混凝土的沖擊力，避免出現(xiàn)鋼筋位移、漲模漏漿現(xiàn)象，影響工程質(zhì)量?；炷翝仓r(shí)，應(yīng)保證澆筑的連續(xù)性，混凝土拌合物從攪拌結(jié)束到施工現(xiàn)場澆筑不宜超過 1.5h，在澆筑過程中應(yīng)保證不壓車、不斷供，避免分層面產(chǎn)生冷縫。在澆筑時(shí)利用混凝土泵送下落產(chǎn)生的動(dòng)能來達(dá)到混凝土的自密實(shí)，如拋落高度不足 3m 時(shí)，應(yīng)適當(dāng)振搗混凝土，避免因拋落高度小，不能靠動(dòng)能沖擊力使混凝土密實(shí)。采用標(biāo)尺桿控制澆筑厚度，每層控制在 400～500mm。C65 高性能自密實(shí)混凝土澆筑施工圖如圖 1，C65 高性能自密實(shí)混凝土局部施工圖如圖 2。

圖1 C65 高性能自密實(shí)混凝土澆筑施工

圖2 C65 高性能自密實(shí)混凝土局部澆筑情況

C65 高性能自密實(shí)混凝土澆筑完畢，應(yīng)及時(shí)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于 14d，要保證在澆筑后 14d 內(nèi)處于足夠濕潤狀態(tài)。澆筑后應(yīng)采用覆蓋、灑水、噴霧、噴養(yǎng)護(hù)劑或用薄膜保濕等養(yǎng)護(hù)措施，冬季養(yǎng)護(hù)要采取保溫措施。養(yǎng)護(hù)劑宜采用水乳型養(yǎng)護(hù)劑，避免混凝土表面變黃。

6 效果檢查

C65 高性能自密實(shí)混凝土拆模后發(fā)現(xiàn)表面顏色一致、美觀大方、無外觀缺陷、無收縮裂紋，模板縫線條清晰美觀。7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度經(jīng)過檢測滿足施工要求，7d 抗壓強(qiáng)度平均值 60.5MPa，28d 抗壓強(qiáng)度平均值76.4MPa，滿足 C65 強(qiáng)度要求，檢測合格。采用超聲波探傷儀立柱進(jìn)行檢測密實(shí)率超過 99%，混凝土達(dá)到密實(shí)效果。