機制砂自密實片石混凝土配合比設計及工程應用

鄧重陽 王利 吳利靜

摘 要：對凱里經濟開發(fā)區(qū)汽車城附近的碎石、機制砂、水泥、減水劑等原材料進行檢測，根據檢測結果進行搭配及優(yōu)化設計，配制出設計強度等級為C20、坍落度為（200±20）mm、坍落擴展度在550～650 mm、T500流出時間≥2 s、7 d抗壓強度為20 MPa、28 d抗壓強度為26.6 MPa的機制砂自密實片石混凝土并應用于凱里經濟開發(fā)區(qū)汽車城擋土墻施工實踐。

關鍵詞：機制砂；配合比設計；自密實片石混凝土；擋土墻

1 機制砂自密實片石混凝土的定義與特點

機制砂自密實片石混凝土是在自密實混凝土的基礎上發(fā)展起來的一種新型混凝土，其原理是將滿足一定粒徑要求的塊片石預先放入施工倉，形成有一定自熱空隙的片石體。然后，在塊片石表面澆筑超流態(tài)機制砂自密實混凝土，混凝土依靠自身重力，完全填充片石空隙。超流態(tài)機制砂自密實混凝土硬化后與片石形成完整、密實、低水化熱的混凝土結構，其強度可滿足不同的工程設計要求[1-2]。

機制砂自密實片石混凝土具有非常好的工作性，黏度低、流動性好、黏聚性好、保水性好、水化熱低、水化溫升慢、溫度容易控制，不易產生溫度裂縫，施工速度快，取材方便，造價較低[3]。

2 自密實混凝土技術發(fā)展概要

在國際上，1986年，日本東京大學崗村甫教授首先提出自密實混凝土的建議，前川宏一與小澤一雅著手研究。1988年第一批自密實混凝土開發(fā)成功，1990年在日本開始應用于實體工程，1996年在歐洲開始研究與應用，1998年第一屆自密實混凝土國際會議在日本高知舉行[4]。

我國于1995年開始自密實混凝土技術研究，2003年清華大學自密實混凝土技術取得突破，2006年第一本SCC規(guī)范《自密實混凝土應用技術規(guī)程》頒布，2008年第一本SCC專著《自密實混凝土技術手冊》出版，從此以后，自密實混凝土被廣泛應用于工程實體[1]。

3 機制砂自密實片石混凝土應用的背景

擋土墻是用來支撐填筑材料或山坡土體，防止填筑材料或山體變形失穩(wěn)的一種構造物。貴州地區(qū)地形條件差，滑坡、塌方等路基危害風險大。因此，擋土墻被廣泛使用。貴州地區(qū)山多平地少，地形起伏較大，原材料運輸不方便，大多數工程都是就地炸山取材。因此，在貴州地區(qū)擋土墻施工中采用機制砂自密實片石混凝土，可以就地取材，節(jié)約成本，降低工程造價[5]。

本研究結合貴州凱里經濟開發(fā)區(qū)汽車城二期土地收儲整理工程的擋土墻施工，通過專項試驗確定了機制砂自密實片石混凝土的主要配合比參數，并應用于該工程施工實踐。

4 機制砂自密實片石混凝土配合比設計

4.1 原材料及生產廠家

（1）水泥：采用普通硅酸鹽水泥P.O42.5級，生產廠家為貴定海螺盤江水泥有限責任公司。

（2）粉煤灰：采用F類95級優(yōu)質粉煤灰，生產廠家為貴州黔東電力有限公司黔東火電廠 。

（3）機制砂：采用質地堅硬、水洗、級配良好、石粉質量分數不超過10.0%、含泥量≤3.0%、泥塊質量分數≤1.0%的機制砂粗砂，生產廠家為別炸山砂石廠 。

（4）碎石：采用反擊破5～10 mm、10～20 mm，兩級合成連續(xù)級配5～20 mm，針片狀顆粒質量分數≤8.0%，含泥量≤1.0%，泥塊質量分數≤0.5%，生產廠家為別炸山砂石廠 。

（5）減水劑：采用DJ-1聚羧酸系列高效減水劑，生產廠家為凱里市鼎堅混凝土外加劑有限公司。

（6）片石：采用質地堅硬、密實、耐久、無裂紋、無縫化、含泥量和泥塊質量分數均小于0.5%、粒徑在15～300 mm的爆破片石，巖石類別為微風化白云巖，抗壓強度≥50 GPa。

4.2 機制砂自密實混凝土性能要求

機制砂自密實拌合物除了滿足普通混凝土拌合物黏聚性和保水性等要求外，還應當滿足自密實性能求，如坍落擴展度在550～650 mm、擴展時間T500≥2 s等。

4.3 機制砂自密實混凝土試驗方法

機制砂自密實混凝土配制及性能檢測按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》GB/T 50081—2016[6]和《混凝土物理力學性能試驗方法標準》GB/T 50081—2019[7]等相關規(guī)定執(zhí)行，重點檢測混凝土坍落度、混凝土擴展度和混凝土坍落度筒流出時間。

4.4 機制砂自密實混凝土配合比設計中的技術要求

（1）根據設計結構形式、施工工藝以及施工環(huán)境進行配合比設計，在綜合考慮混凝土自密實性能、強度、耐久性及其他性能要求的基礎上，計算初步配合比，經過試驗室試配調整基準配合比，經過強度、耐久性復核得出試驗配合比，根據施工實際材料的含水率轉換施工配合比。

（2）配合比設計宜采用絕對體積法，水膠比宜小于0.45，膠凝材料用量控制在400～550 kg/m3。

（3）應確定拌合物中粗骨料體積、砂漿中砂的體積分數、水膠比、膠凝材料用量、礦物摻合料的比例等參數。

5 機制砂自密實混凝土配合比試驗結果

原材料檢測數據如表1所示。

經檢測，粉煤灰摻量不同，配合比設計不同，現(xiàn)將機制砂自密實混凝土配合比匯總，如表2所示。

經檢測，該機制砂自密實混凝土配合比選取膠凝材料為400 kg，水膠比為0.43，粉煤灰摻量為40%，砂率為45%，碎石5～10 mm、10～20 mm比為20∶80，配合比水泥∶粉煤灰∶5～10 mm碎石∶10 ～20 m m碎石∶水∶減水劑=240∶160∶196∶776∶800∶4.8，坍落度為220 mm，擴展度為600 mm，T500流動時間為3 s，7 d極限抗壓強度為21.8 MPa，28 d極限抗壓強度為27.9 MPa，各項指標均滿足配合比設計要求。

6 工程應用

貴州凱里經濟開發(fā)區(qū)汽車城二期土地收儲整理工程F區(qū)重力式擋土墻長125 m，底寬2.55～7.25 m，頂寬1.20～3.50 m，高3.0～15.0 m，設計總澆筑方量為4 259.8 m3。為驗證機制砂自密實片石混凝土各項性能，選取底寬為7.25 m、樁號為FK0+50～FK0+60擋土墻區(qū)段作為混凝土澆筑的試驗段。試驗段分層澆筑高1.5 m，在澆筑混凝土之前將片石按照技術要求擺放，然后采用溜槽澆筑機制砂自密實混凝土，在澆筑過程中混凝土隨著溜槽迅速流入片石空隙中，填充整個重力式擋土墻施工倉，經過現(xiàn)場檢測，和易性滿足要求，坍落度為220 mm，擴展度為600 mm，T500為4 s，滿足自密實混凝土澆筑各項技術指標。在施工現(xiàn)場隨機抽取混凝土制件兩組，進行7 d及28 d混凝土極限抗壓強度檢測，檢測抗壓強度值分別為19.4 MPa和26.0 MPa，滿足設計要求。

根據實際施工條件，按照以往施工方法，在澆筑混凝土過程中擺放片石或拋石，這樣增加了現(xiàn)場施工的難度與工人的勞動強度，同時，也增加了工人施工交叉作業(yè)的安全風險。采用機制砂自密實片石混凝土技術，工人可以提前在澆筑倉面按技術要求擺放片石，然后澆筑自密實混凝土，這樣避免了澆筑與拋石交叉作業(yè)，極大地降低了工人勞動強度，同時，也加快了澆筑施工速度，降低了工程造價，是值得推廣的一項施工技術。根據試驗段獲得的數據與經驗，貴州凱里經濟開發(fā)區(qū)汽車城二期土地收儲整理工程F區(qū)重力式擋土墻全部采用機制砂自密實片石混凝土技術進行澆筑施工，后期檢測與驗收資料數據顯示，完全滿足設計要求。

7 結語

機制砂自密實片石混凝土以優(yōu)異的性能，保證了工程質量，加快了施工速度，簡化了施工流程，降低了工程造價，符合當前社會發(fā)展的需求。

[參考文獻]

[1] 陳雷.自密實片石混凝土擋墻技術簡介[EB/OL].（2015-12-10）[2020-08-08].https：//wenku.baidu.com/view/787af9710508763230121289.html.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.自密實混凝土應用技術規(guī)程[EB/OL].（2015-03-15）[2020-08-08].https：//www.doc88.com/ p-648858792101.html.

[3] EFNARC.Specification and guidelines for Self-compacting concrete[EB/OL].（2020-02-26）[2020-08-08].https：//max. book118.com/html/2017/0902/131373440.shtm.

[4] OKAMURA H，OUCHI M.Self-compacting concrete development present use and future[C]//Stockholm：International RILEM Symposium on Self-compacting Concrete，1999.

[5] 張朝華.關于擋土墻施工的分析[J].建材發(fā)展導向，2001（2）：75-76.

[6] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.普通混凝土拌合物性能試驗方法標準[EB/ OL].（2016-08-18）[2020-08-08].https：//max.book118.com/ html/2018/0514/166310665.shtm.

[7] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.普通混凝土力學性能試驗方法標準[EB/ OL].（2003-01-10）[2020-08-08].https：//max.book118.com/ html/2019/0525/7066141014002030.shtm.