鋼板自密實混凝土配合比研究

李 偉，李 洋，陳海波，譚 煌，熊吉萬，尹 峰，李 躍

（四川中核艾瑞特工程檢測有限公司，四川 綿陽 621000）

在建某核電站大量采用SC結構，預計使用自密實混凝土施工700 m3，施工難度大，大量隱蔽工程質量控制要求高。這就對自密實混凝土試驗提出更高的要求。大量自密實混凝土施工需選擇最佳的材料，滿足對不同材料，不同環(huán)境下的施工性能。此次自密實混凝土研究同一配合比（外加劑摻量不發(fā)生任何改變）在復雜現(xiàn)場條件下施工及性能變化問題，有效抑制了混凝土凝結硬化后帶來的體積安定性問題。

1 某核電站自密實混凝土試驗步驟

試驗室根據JGJ/T283-2012要求設計自密實混凝土配合比，但為充分驗證混凝土性能增加CECS203：2006的檢測項目和指標，所以采取了根據JGJ/T283-2012進行設計與CECS203：2006雙標準復核設計方案進行設計計算并開展試驗。

2 自密實混凝土設計及試配

2.1 配合比各組分原材料影響因素

自密實混凝土設計與普通混凝土不同，多采用體積法進行設計計算，這對原材料的表觀密度測量提出了很高的要求。其影響指標主要有：粗骨料體積、砂體積分數、水膠比、用水量、粉煤灰摻量、外加劑摻量、漿骨比等指標。粗骨料的體積直接影響到自密實混凝土拌合物流動性、通過性、經濟性等指標，較多的粗骨料會阻礙混凝土的通過性，但合理的粗骨料用量能夠起到節(jié)約膠材、抑制收縮的作用；砂體積分數主要影響混凝土經濟性、流動性和易性及泵送性能等指標，機制砂顆粒棱角較多，較多的砂用量會影響拌合物流動性，增加拌合物泵送損失。但砂體積不足則影響對粗骨料空隙的填充，導致骨料外漏的發(fā)生；水膠比則直接影響混凝土的強度和粘聚性；較大的用水量能提高混凝土抗材料干擾性，但會降低漿體密度，導致骨料下沉和粘聚性降低；粉煤灰摻量則直接影響著混凝土流動性、強度、和易性等指標；外加劑對混凝土強度，和易性、粘聚性、流動性起著至關重要的作用。

2.2 配合比參數選擇思路及計算

試驗室優(yōu)先使用JGJ/T283-2012對混凝土配合比進行設計計算，采用CECS203：2006進行復核配合比計算結果，設計自密實混凝土強度為C35，坍落擴展度要求650 mm±50 mm，坍落擴展度與J環(huán)擴展度之差0~25 mm，U型箱填充高度試驗≥320 mm，V漏斗通過時間試驗為7~25 s，T500為2~8 s。離析率篩析試驗≤15%，含氣量0~6.5%。

優(yōu)先測取各材料表觀密度見表1。

表1 各材料表觀密度檢測結果

（1）保證自密實混凝土流動性、通過性滿足施工要求。

在滿足規(guī)范的基礎上選擇較小的骨料用量，嚴格控制骨料的體積，粗骨料體積選擇0.31 m3，共計815 kg/m3。

機制砂在滿足流動性、施工性基礎上選擇較大砂用量，砂體積分數選0.44。取整數800 kg/m3。

（2）保證混凝土配合比的和易性、流動性和經濟性。

選擇粉煤灰摻量為上限30%。

（3）保證自密實混凝土粘聚性、強度及流動性。

根據粉煤灰摻量計算自密實混凝土膠凝材料密度

式中：ρm——礦物摻和料表觀密度（kg/m3），ρc——水泥表觀密度（kg/m3）。

（4）自密實混凝土水膠比計算。

式中：mb——每立方米混凝土中膠凝材料質量（kg）。

mw——每立方米混凝土中用水的質量（kg）。

（5）膠凝材料用量計算。

式中：Va——每立方米中引入空氣的體積（L），Ρw——每立方米中拌合水的表觀密度（kg/m3）。

（6）用水量計算及選取。

用水量為189 kg/m3，根據CECS203：2006中規(guī)定，將用水量固定在170~180 kg/m3，優(yōu)先選用180 kg/m3拌合水用量。

確定計算配合比見表2。

表2 計算配合比

（7）保證自密實混凝土粘聚性、流動性。

采用聚羧酸高性能減水劑增加混凝土流動性、和易性，開展室內基準配合比試配。

2.3 材料初步選擇

按建造經濟性原則，優(yōu)先使用核電廠在用原材料進行試驗。

2.4 室內試配試驗

試驗室根據計算配合比開展室內試配試驗，流動性指標選擇坍落擴展度表征，通過性選用坍落擴展度與J環(huán)擴展度差值進行表征，采用根據性能逐步優(yōu)化的方法進行試配，試配及檢測過程及結果見表3。

2.5 數據分析

表4為室內檢測結果統(tǒng)計表，每個配合比在外加劑最佳摻量條件下開展平行試驗，每個配合比攪拌三盤，檢測數據一致記錄至表3。

表3 室內試配及檢測結果

表4 基準配合比材料用量 （kg/m3）

（1）根據序號1、2、3檢測結果進行分析。膠凝材料用量提高能有效提高混凝土拌合物通過性，粘聚性，抑制混凝土在J環(huán)擴展度試驗中的骨料堆積情況。

（2）根據序號3、4、5、6進行分析。用水量的增加會增加混凝土拌合物的流動性，但過量的用水量則減少漿體粘度，導致J環(huán)擴展度骨料的堆積，降低拌合物通過性。較少的用水量則影響更為直接（降低流動性、通過性）。

（3）根據序號5、7、8進行分析?？梢钥闯鲭S粗骨料用量增加，坍落擴展度顯著降低，通過性變差；根據5、9、10可以得出，細骨料過多則降低自密實混凝土流動性，但未對通過性造成較大影響，細骨料不足，提高混凝土流動性，但出現(xiàn)輕微露骨，降低混凝土通過性。

（4） 經上述數據分析，初步選擇基準配合比。選擇最優(yōu)配合比見表5。

表5 室內最終配合比材料用量 （kg/m3）

確定基準配合比后，使用該配合比開展攪拌站的生產性試驗驗證自密實混凝土可生產性。

2.6 全尺寸節(jié)模塊模擬試驗

通過上述試驗后，混凝土性能初步判斷滿足施工要求后開展全尺寸截模塊模擬試驗，試件尺寸截取取CA20模塊中最難澆筑部分，搭建1：1全尺寸模型進行模擬澆筑試驗。模型分為鋼制模型（凸字形內設錨固釘、孔洞、預先埋設雜物）及木模（卜字型內設橫向、縱向鋼筋阻擋物、孔洞等障礙物）開展試驗。澆筑完畢后，進行切割，鉆芯觀察硬化混凝土內部孔洞及槽鋼、鋼筋的密實情況。

經養(yǎng)護后對模擬件進行切割，得出模擬試驗結論：

（1）模擬試驗中拌合物流動性較好，能夠快速通過鋼筋密集區(qū)及路徑障礙物，能夠快速填充并包裹模擬件內設槽鋼及鋼筋（澆筑目測）。（2）對模擬件進行切割，骨料分布較為均勻，未存在任何分層線、砂層等不良結構。（3）對模擬件進行切割，混凝土填充性能較好，內部鋼筋包裹及槽鋼填充密實，未出現(xiàn)較大危害性孔洞。

3 結論

（1）通過此次配合比試驗，拓展了配合比設計思路，健全配合比的設計流程，對本公司核電領域配合比的設計具有重要參考意義；通過此次試驗，提高了試驗室配合比技術能力和技術儲備，為核電專用配合比開發(fā)打下基礎。（2）通過此次模擬試驗，不良的施工條件未對沖擊試件強度、表觀質量、骨料分布造成任何不良影響，證明該配合比在極端環(huán)境下足以滿足現(xiàn)場的施工要求。