自密實混凝土在厚重結構中的應用

李賀龍，成桂琳，郭建婷，丁旦斌，剡江偉

（中核華辰建筑工程有限公司，西安 712000）

1 引言

厚重結構是工業(yè)廠房、橋梁等工程中的基礎結構，以現澆結構為例，工業(yè)廠房工程設計時，多采用鋼筋混凝土墻、柱結構作為建筑承重體系，以提高建筑承重柱的穩(wěn)定性與實際承載能力，有效承載建筑上部荷載與兩側荷載，保證建筑的整體穩(wěn)固性。

2 自密實混凝土概述

2.1 原理

混凝土在水泥熟化反應過程中會產生氣孔，影響混凝土的密實度，也會導致混凝土固結后形成裂縫、縮孔與缺陷，需要通過人工或機械振搗減少混凝土中的氣孔數量、 縮小氣孔孔徑，從而提高混凝土密實度。澆筑自密實混凝土時，可在自重作用下壓縮氣孔孔徑、控制氣孔數量，無須人工或機械振搗實現混凝土的自密實[1]。

2.2 自密實混凝土性能要求

根據T/CECS 203—2021《自密實混凝土應用技術規(guī)程》，自密實混凝土拌合物可按照性能分成SF1、SF2、SF3 三個等級。拌合物詳細性能指標見表1。

表1 自密實混凝土性能要求

2.3 應用范圍

自密實混凝土應用在橋梁工程橋墩、橋面板、橋臺等厚重結構承重部位，可利用自密實混凝土的高密實度、高強度等優(yōu)點保證上述厚重結構的施工質量； 應用在工業(yè)廠房建筑工程的墻體、承重柱、梁板等厚重結構承重部位，可利用自密實混凝土的流動性與均勻性省略工業(yè)廠房建筑厚重結構混凝土振搗工作，保證廠房建筑厚重結構的施工質量。

3 自密實混凝土在厚重結構中的設計

自密實混凝土良好的流動性使得其在自重作用下均勻流動、有效壓縮氣孔數量與孔徑大小，從而達到高密實度、高強度等目的[2]。良好的流動性是應科學合理設計自密實混凝土的水膠比、砂率、配合比等規(guī)格參數，避免在攪拌過程中出現離析或泌水現象，影響混凝土澆筑的穩(wěn)定性，同時避免自密實混凝土在固結硬化后出現彈性模量低、分布均質性差等質量問題。

3.1 水膠比

厚重結構中的自密實混凝土設計時，應追求低水膠比，通常應將水膠比控制在0.4～0.5，這樣不僅可以保證自密實混凝土的流動性較好，在自重作用下均勻流動形成高密市混凝土，還可以保證自密實混凝土的用水量合理控制，保證混凝土的坍落度與擴展度符合施工標準要求。

3.2 坍落度

坍落度與擴展度會影響自密實混凝土在攪拌過程中的質量，以及混凝土澆筑硬化后的穩(wěn)定性，通常應將自密實混凝土的坍落度控制在230～270 mm。在確保坍落度的基礎上，測算擴展度，首先提起坍落度筒，再測定相互垂直的兩個方向上的混凝土拌合物，最后測量平面上最終流動寬度的平均值。應合理控制自密實混凝土的擴展度在600～700 mm。

3.3 砂率

自密實混凝土的砂率直接關系到擴展度，考慮到擴展度會影響穩(wěn)定性與耐久性，自密實混凝土在厚重結構中的應用設計應保證高砂率。經實證研究發(fā)現，自密實混凝土的砂率越高，擴展度越大，砂率達到50%后，自密實混凝土的擴展度增加不明顯，因此，在實際施工時可控制自密實混凝土的砂率在40%～50%[3]。

3.4 材料

自密實混凝土的配制涉及水泥、骨料、石粉、粉煤灰、外加劑等材料，不同材料的規(guī)格要求以及用量不同。以水泥為例，應選用普通硅酸鹽水泥，用量在450～500 kg/m3，以免水泥用量過多或過少導致自密實混凝土收縮性與和易性受影響。此外，骨料也是自密實混凝土配置的重要原材料，應嚴格控制骨料砂的細度模數、細粉含量以及級配標準，保證自密實混凝土的流變性與密實性。自密實混凝土中，需利用礦物摻合料降低混凝土早期水化熱，減少自密實混凝土收縮，保證各項性能。礦物摻合料的用量需嚴格控制在15%～20%。通常應控制外加劑的用量在1%～2%，并根據外加劑類型合理調整使用量。

3.5 配合比設計

對自密實混凝土進行優(yōu)化設計，考慮粉煤灰礦粉復摻（FA-SP），以及粉煤灰石灰石粉復摻（FA-LP）對混凝土性能的影響，配合比見表2。

表2 優(yōu)化配合比 kg/m3

FA-SP 為20%礦粉和20%粉煤灰復摻，效果較好，擴展度達到690 mm，T500=4.3 s（混凝土流到刻度為500 mm 的圓環(huán)處結束計時讀取流動時間即為T500），試驗結果如圖1 所示。

圖1 坍落擴展度（FA-SP 組）

FA-LP 為20%粉煤灰和10%石灰石粉復摻，效果較差，擴展度為670 mm，但J 環(huán)堵塞嚴重，試驗結果如圖2 所示。

圖2 坍落擴展度（FA-LP 組）

試驗結果顯示，摻入礦粉對于增強自密實混凝土的間隙通過性有較明顯效果，而粉煤灰與石灰石粉雙摻對比單摻粉煤灰，坍落擴展度有小幅提升，但間隙通過性能下降。表3 為試驗混凝土28 d 抗壓強度。

表3 抗壓強度 MPa

4 自密實混凝土在厚重結構中的施工

4.1 混凝土攪拌

自密實混凝土按照上述配合比選配后，需按順序投料攪拌，先后順序分別為細骨料、水泥、摻合料、水、外加劑、粗骨料等。利用攪拌機對上述原料進行充分攪拌，攪拌時長可控制在120 s 內。攪拌過程中，需及時觀察混凝土攪拌情況，適量調整加水量保證配制質量。混凝土配制結束后，需對首盤自密實混凝土的性能進行測試，測試方式包括目視檢驗與參數量化檢驗。根據檢驗結果適當調整各原料配合比，提高混凝土配置的合理性與質量[4]。

4.2 混凝土運輸

自密實混凝土在運輸過程中，應保持車廂內的濕度與溫度，同時施工單位應統籌好混凝土配制與混凝土運輸的銜接時間，確保混凝土攪拌出料至厚重結構澆筑之間的時長在2 h 以內，以免自密實混凝土因質量問題影響厚重結構的施工質量。

4.3 混凝土澆筑

自密實混凝土澆筑之前需進行坍落度與擴展度檢查，在正式澆筑之前，需要在攪拌車內對自密實混凝土進行二次攪拌，以達到最佳工作性能，方便澆筑后自密實成型，保證澆筑質量。此外，厚重結構的自密實混凝土澆筑應分層進行，合理控制每層澆筑高度在800 mm 以下，每層澆筑后留出5 min 用于自密實成型。澆筑時，應合理控制澆筑下料口的高度，尤其是在高層建筑厚重結構施工中，應盡量壓低下料口，減小自密實混凝土的自由下落高度。當結構配筋過密，混凝土的黏聚性較大時，為保證混凝土密實性，可在模板外側通過敲擊等輔助振搗方式增加混凝土的流動性和密實性。

5 自密實混凝土在某厚重結構中的應用實例

某廠房建筑共有地上5 層，凈高4.5 m，墻厚1 000 mm，板厚2.2 m。考慮到鋼筋間距較小，無法插入振搗器進行混凝土振搗，常規(guī)混凝土澆筑時，會在自由落體過程中產生離析現象，影響混凝土性能，因此，在本項目中采用C30 自密實混凝土，并根據上述步驟設計自密實混凝土的各項參數與配合比，并在混凝土配制、運輸、澆筑與養(yǎng)護過程中抓好上述關鍵事項。

6 結語

自密實混凝土是有效解決工程結構中混凝土成型過程無法振搗的重要材料，合理設計厚重結構的相關技術參數，重視施工要點，可有效提高自密實混凝土的施工質量。施工單位需根據現場實際的施工條件，綜合考慮厚重結構的承載力要求、自密實混凝土性能與經濟效益等，合理應用自密實混凝土，保證厚重結構的施工質量。