自密實混凝土在珠江三角洲水資源配置工程的應用

潘瓏云 鐘佛明 趙國衛 明邦泉

(深圳市永恒業混凝土有限公司)

1 珠三角水資源配置工程簡介

珠江三角洲水資源配置工程是國務院確定的全國172 項節水供水重大水利工程之一，也是廣東省歷史上投資額最大、輸水線路最長、受水區域最廣的水利工程。該工程輸水管道隧洞采用管片-鋼筋混凝土內襯結構，如圖1，通過管片與鋼筋砼內襯聯合受力，同時承受外側土壓及內側高水壓及空管檢修相互交替作用。該工程地處郊區，從預拌混凝土企業生產混凝土并運輸到工程地點路程，考慮深圳車流高峰堵車情況，實際運輸時間可達1～2 小時。而在施工過程中，由于管片內襯砼是無法振搗的，到現場的混凝土即需要保持良好的施工性能，又要能自動填充到管片內無法振搗的地方并自動密實，因此該工程應采用高保坍自密實混凝土，以確保隧洞內管道質量。

圖1 隧洞管片- 鋼筋混凝土結構示意圖

2 高保坍自密實混凝土

自密實混凝土 (Self Compacting Concrete Self-Consolidating Concrete 簡稱SCC)是指在自身重力作用下，能夠流動、密實，即使存在致密鋼筋也能完全填充模板，同時獲得很好均質性，并且不需要附加振動的混凝土[1]。其具有的高流動性，高填充性，高抗分離等特性，避免了施工過程中因為無法振搗而出現混凝土如蜂窩、空心、露筋等質量缺陷。自密實混凝土常常根據工地現場的技術要求不同，出現了不同特性的品種，而高保坍自密實混凝土就是一種為解決珠江三角洲水資源配置工程路況差距離遠而設計的自密實混凝土，其具有高保坍性能，能實現較長時間的施工狀態，并可以通過調整，實現2～5 小時保坍時間。

3 自密實混凝土配合比設計及材料選擇

3.1 水泥

水泥強度等級根據混凝土的試配強度等級選擇，同時考慮與減水劑相容性問題，通常自密實混凝土比普通混凝土水泥用量多、水泥強度等級高。《自密實混凝土應用技術規程》中規定，使用礦物摻合料的自密實混凝土，宜選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

3.2 礦物摻合料

礦物摻合料是配制自密實混凝土的必要條件，它們不但可以提高拌合物的流動性、還可以減少水泥用量和水化熱，并通過二次火山灰效應參與水化進程，提高混凝土后期強度。常用的礦物摻合料有粉煤灰、礦粉和硅粉，礦物摻合料的細度和吸水量是重要的參數，實驗表明，摻入適量粉煤灰對自密實混凝土流動性更有利，但粉煤灰摻量不宜大于50%，否則會嚴重影響自密實混凝土耐久性[6]。

3.3 骨料

研究發現，粗骨料的粒徑對自密實混凝土的流動性影響很大，自密實混凝土選擇粗骨料時，應優先選擇連續級配、平均粒徑適當的石子[7]，《自密實混凝土應用技術規程》規定，粗骨料最大粒徑不宜大于20mm；石子的含泥量≤1.0%、泥塊含量≤0.5%、針片狀顆粒含量≤8%；石子孔隙率＜40%。該工程使用了廣西賀州生產的5mm～20mm 碎石作為粗骨料，最大粒徑Dmax20mm，同時采用惠州博羅河砂，嚴格控制砂中氯離子含量。

3.4 外加劑

因該工程路況復雜，運輸時間長，為保證該工程自密實混凝土滿足施工要求，需要找到一款保坍效果為3小時左右的外加劑，為達到最佳使用效果，我們對比了華軒高新提供保坍效果分別為1 到4 小時的樣品，對應樣品型號分別為BT-001、BT-002、BT-003、BT-004，其主要區別在于型號越高，保坍組分越高，保坍時間越長，試配結果如表1 所示：

表1 不同型號外加劑擴展度隨時間變化

通過對比發現，保坍組分越高，滯后反大現象越明顯，持續時間越長，凝結時間越長，反之保坍組分越低，損失越快；從拌合狀態看，003 型2 小時狀態仍有輕微泌水現象，003 型4 小時狀態仍有泌水現象，考慮混凝土從配送到澆筑時間間隔約2～3 小時，故選擇BT-002型外加劑作為生產使用，其保坍效果約3 小時，滿足工程混凝土配送要求。

該工程使用的材料具體情況如表2 所示。

3.5 配合比設計

配合比設計標號為C30 自密實混凝土，實現其性能達到高流動性、高填充性、高抗離析性，本工程配合比設計采用的是體積法，具體計算步驟如下：

表2 原材料規格產地

⑴粗骨料計算：根據鋼筋混凝土內襯管道尺寸及施工特點，參考SF2 取Vg=0.32m3作為粗骨料體積。

表3 自密實混凝土填充性指標

表4 配合比驗證數據

根據強度結果, 繪制強度與水膠比線性關系曲線（圖2），當配置強度為38.2MPa 時，由線性公式Y=180x－39.233 得最佳水膠比為0.43，結果表明，水膠比為0.43 時滿足強度設計要求。

圖2 強度與水膠比線性關系曲線

此時該配合比設計的容重為2284kg/m3，實測2295kg/m3，δ=1.005，在0.98 與1.02 之間，配合比維持不變，因該拌合物性能滿足設計要求，故此配合比最終確定如表5。

4 試產與模擬試驗

為保證該配合比滿足實際施工要求，正式生產前還需進行試產和現場模擬試驗。

試產階段，生產前注意準備好所用的材料及料倉，檢查計量設備與生產設備工作情況，嚴格核對好生產配合比，正常生產2 車約10 方自密實混凝土，過磅檢測容重誤差情況，取樣檢測混凝土拌合物性能。

圖3 自密實混凝土擴展度試驗

模擬試驗階段，攪拌車運輸到施工現場后，記錄運輸時間，并現場檢測的擴展度，擴展時間，擴展度不宜小于650mm，如不滿足要求應及時通知調整配合比，待擴展度檢測合格后開始進行填充性試驗，工程現場設計了500cm×110cm×50cm 的長方體模具，上方用玻璃板蓋實，兩頭留有進料口與排氣口,兩邊口徑寬20cm，內部等距離設置了三個擋板，與玻璃蓋板間隙為5cm,如圖4所示：

圖4 現場填充試驗模具示意圖

當混凝土從進料口進入時，混凝土在玻璃蓋住的模具內自動從一個卡槽流到下一個卡槽，三個卡槽能逐個流平，說明該自密實混凝土填充性能良好，滿足施工要求。

表5 C30 高保坍自密實配合比

圖5 現場模擬試驗效果圖

經24 小時拆模后，模塊整體外觀完整，無蜂窩、空洞、掉角、麻面等現象。7 天后隨機從不同位置抽區6 個芯樣，芯樣外觀密實度良好，骨料分布均勻，無明顯缺陷，強度均勻，具體情況如表6 所示：

表6 模塊抽心情況匯總

填充試驗結束后，最后進行泵機試驗，因該工程在井下30 米隧洞內施工，現場選擇了防離析串筒裝置及泵機配合使用，攪拌車倒車卸入串筒內，再通過一定斜度的串筒流到泵機料斗中，經檢測，泵斗中的混凝土和易性良好，泵管泵送出的混凝土狀態滿足施工要求。

5 結語

珠江三角洲水資源配置工程隧洞內管片鋼筋砼內村自密實混凝土從2019 年7 月施工，同年10 月上旬結束，總共澆筑了約6000m3，經檢查，混凝土結構完整，表面平整光滑，沒有蜂窩露筋，強度符合設計要求，隧洞質量完好，有效的保證了工程質量與進度。