C45 大體積自密實混凝土性能研究及應用

曾昌洪 陳 誠 蒲 鯤

（重慶華西易通建設股份有限公司技術研發中心， 重慶 400000）

0 前言

重慶北站位于重慶市江北新區，在既有重慶北站南站房北側，新建站房建筑面積79945 平方米，商業夾層8510 平方米，城市通廊10320 平方米，南站房改造面積5200 平方米。新建站房基礎，單次澆筑混凝土3000m3以上，屬大體積混凝土，且工程設計為自密實混凝土，混凝土和易性要求極高。

自密實混凝土(Self-Compacting Concrete,簡稱SCC)，是指在澆筑過程中無需施加任何振搗，僅依靠混凝土自重就能完全填充至模板內任何角落和鋼筋間隙的高性能混凝土[1]。本文在堅持大體積混凝土配合比設計原則的條件下設計自密實混凝土配合比，混凝土配合比滿足自密實性能后還需滿足抗裂要求。

1 原材料及測試方法

1.1 原材料

本工程選用海螺P.O42.5R 水泥，重慶綦江珞璜Ⅱ級粉煤灰，重慶祥眾S95 級礦粉，貴州弘富貴硅灰。膨脹劑：武漢三源特種建材有限責任公司某鎂質膨脹劑、重慶森軒建材有限公司某鈣質膨脹劑。細骨料：結合材料情況，選用幾種有代表性的機砂進行實驗。粗骨料選用5-10mm 和10-20mm 兩級配按比例搭配而成，筏板基礎梁板結合部位鋼筋極密，最小間距22mm，因此必須控制骨料粒徑。5-10mm和10-20mm 粗骨料按5：5 比例搭配后級配較好，滿足5-20mm 連續級配要求。

1.2 測試方法

砂石粗細骨料檢測按照JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》進行檢測，T500、V 漏斗通過時間、U 形箱高度按照CECS 203-2006《自密實混凝土應用技術規程》測試，坍落度、擴展度、倒筒時間參照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行檢測，收縮實驗方法參照GB/T 50082—2016《普通混凝土長期性能和耐久性性能試驗方法標準》和GB/T 23439-2017《混凝土膨脹劑》進行，大體積混凝土溫度裂縫控制參照《建筑施工計算手冊》、《大體積混凝土施工規范》GB50496-2018 進行計算，泵送施工參照JGJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技術規程》進行。

2 C45 大體積自密實混凝土配合比設計

2.1 技術指標及測試方法

自密實微膨脹鋼管混凝土作為一種高性能混凝土，除滿足結構設計所需要求的強度和耐久性能外，更要滿足良好的施工性，即高流動性、高粘聚性、坍落度損失小，免振達到自密實[3]。除對混凝土拌合物上述性能進行測試外，由于自密實混凝土的大流動性，容易在澆筑后造成泌水和離析現象，因此還需對表征混凝土抗離析性的拌合物離析率和表征拌合物間隙通過性的U 型箱高度Bh進行測試。根據工程特點及CECS 203-2006《自密實混凝土應用技術規程》，該自密實混凝土具體性能指標要求如下：擴展度（mm）：600＜SF≤680；T500(S)：2≤T500≤5；倒筒時間（S）：2～5；V 漏斗通過時間（S）：3～15；U 型箱高度(Bh)(mm)：≥320。

2.2 配合比方案設計

經過大量的試配，現將C45 自密實混凝土較有代表性的配合比及試驗方案表示如下，為防止大體積混凝土收縮開裂，膨脹劑按推薦摻量摻加。

表1 配合比方案

2.3 配合比方案選擇

表2 工作性能及強度試驗結果

配合比設計重點考慮了高礦物摻合料、中礦物摻合料以及低礦物摻合料的3大主要膠凝體系，在不同膠凝體系中設計了不同砂率大小的配合比。由表1、表2可見，不同摻量的礦物摻合料的試驗結果差異很大。高水泥用量、低礦物摻合料的編號1、2 試驗組，坍落度、擴展度、抗壓強度能夠達到要求，但是V 漏斗通過時間、T500 以及U 形箱高度等指標不合格，說明該配合比填充性差、粘度太大流動速度不足、自密實性能達不到要求。中等摻量和高礦物摻合料的3-10 組，各項性能指標都能夠滿足要求，其中，高礦物摻合料試驗組的粘性更低，流動性更佳，自密實性能最好，但是由于礦物摻合料太高，抗壓強度富裕值較小。

砂率對自密實混凝土流動性、粘聚性、保水性以及填充性、抗離析性自密實性能有重大影響，隨著砂率的增加擴展時間T500、V 漏斗通過時間逐漸先減小再增大，當砂率為0.49 時最小；隨著砂率的增大，U 形箱高度、28d 抗壓強度先增大再減小，在0.49 砂率時U 形箱高度最大，抗壓強度最大。所以，當砂率為0.49時自密實混凝土流動性、間隙通過性、抗離析性、抗壓強度值等均達到最優性能指標。

綜上所述，得到最終確定的基準配合比如下：水：162kg/m3；水泥：310kg/m3;粉煤灰：65kg/m3;礦粉：95kg/m3膨脹劑：30kg/m3;細骨料：857kg/m3;粗骨料：891kg/m3;外加劑：9.9kg/m3.

3 裂縫控制

由于水泥水化引起混凝土溫度升高以及大體積混凝土內部散熱困難，往往會引起結構內外溫差太大，最終導致溫度裂縫的產生，嚴重影響結構的質量和安全。因此，大體積混凝土需控制溫度裂縫的產生。

根據《建筑施工計算手冊》、《大體積混凝土施工規范》GB50496-2018 中關于大體積混凝土施工中各理論溫度計算公式，可分別計算出混凝土的最大絕熱溫升、混凝土中心溫度、混凝土表層溫度、彈性模量、最大溫度應力等數值。具體計算過程比較繁瑣，文本只列舉計算結果。

標準規定：混凝土澆筑體在入模溫度基礎上的溫升值不宜大于50℃；混凝土澆筑塊體的里表溫差不宜大于25℃；混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20℃。其中，控制溫度裂縫的條件為：

式中：K——防裂安全系數，取K=1.15；

σz——自約束應力

σx——外約束應力

ftk(t)——混凝土抗拉強度

經計算，該配合比：混凝土最大絕熱溫升T(t)=37.81℃＜50℃；里表溫差19.31℃＜25℃；表面與大氣溫差15.17＜20℃；最大自約束應力，最大外約束拉應力σx=0.28MPa，ftk(9)/K=2.11MPa，滿足控制溫度裂縫條件。

綜上計算，該自密實配合比滿足大體積混凝土各項控制指標要求，不會生成溫度裂縫。

4 結語

（1）粗集料級配較差，以1：1 比例搭配大小石子基本滿足連續級配要求。

（2）自密實混凝土宜適當提高砂率以增加砂漿層厚度，提高混凝土流動性。

（3）自密實混凝土宜提高礦物摻合料用量，改善混凝土和易性。

（4）本文中鎂質膨脹劑補償收縮性能明顯優于鈣質膨脹劑，可以滿足大體積自密實混凝土收縮裂縫控制；通過計算，自密實配合比滿足大體積混凝土各項溫度裂縫控制條件。