曾昌洪 陳 誠 蒲 鯤

（重慶華西易通建設(shè)股份有限公司技術(shù)研發(fā)中心， 重慶 400000）

0 前言

重慶北站位于重慶市江北新區(qū)，在既有重慶北站南站房北側(cè)，新建站房建筑面積79945 平方米，商業(yè)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(chǔ)，單次澆筑混凝土3000m3以上，屬大體積混凝土，且工程設(shè)計(jì)為自密實(shí)混凝土，混凝土和易性要求極高。

自密實(shí)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(nèi)任何角落和鋼筋間隙的高性能混凝土[1]。本文在堅(jiān)持大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)原則的條件下設(shè)計(jì)自密實(shí)混凝土配合比，混凝土配合比滿足自密實(shí)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(jí)粉煤灰，重慶祥眾S95 級(jí)礦粉，貴州弘富貴硅灰。膨脹劑：武漢三源特種建材有限責(zé)任公司某鎂質(zhì)膨脹劑、重慶森軒建材有限公司某鈣質(zhì)膨脹劑。細(xì)骨料：結(jié)合材料情況，選用幾種有代表性的機(jī)砂進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。粗骨料選用5-10mm 和10-20mm 兩級(jí)配按比例搭配而成，筏板基礎(chǔ)梁板結(jié)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(jí)配較好，滿足5-20mm 連續(xù)級(jí)配要求。

1.2 測試方法

砂石粗細(xì)骨料檢測按照J(rèn)GJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行檢測，T500、V 漏斗通過時(shí)間、U 形箱高度按照CECS 203-2006《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》測試，坍落度、擴(kuò)展度、倒筒時(shí)間參照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行檢測，收縮實(shí)驗(yàn)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(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T 23439-2017《混凝土膨脹劑》進(jìn)行，大體積混凝土溫度裂縫控制參照《建筑施工計(jì)算手冊(cè)》、《大體積混凝土施工規(guī)范》GB50496-2018 進(jìn)行計(jì)算，泵送施工參照J(rèn)GJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行。

2 C45 大體積自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.1 技術(shù)指標(biāo)及測試方法

自密實(shí)微膨脹鋼管混凝土作為一種高性能混凝土，除滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要求的強(qiáng)度和耐久性能外，更要滿足良好的施工性，即高流動(dòng)性、高粘聚性、坍落度損失小，免振達(dá)到自密實(shí)[3]。除對(duì)混凝土拌合物上述性能進(jìn)行測試外，由于自密實(shí)混凝土的大流動(dòng)性，容易在澆筑后造成泌水和離析現(xiàn)象，因此還需對(duì)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(jìn)行測試。根據(jù)工程特點(diǎn)及CECS 203-2006《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，該自密實(shí)混凝土具體性能指標(biāo)要求如下：擴(kuò)展度（mm）：600＜SF≤680；T500(S)：2≤T500≤5；倒筒時(shí)間（S）：2～5；V 漏斗通過時(shí)間（S）：3～15；U 型箱高度(Bh)(mm)：≥320。

2.2 配合比方案設(shè)計(jì)

經(jīng)過大量的試配，現(xiàn)將C45 自密實(shí)混凝土較有代表性的配合比及試驗(yàn)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(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

配合比設(shè)計(jì)重點(diǎn)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(shè)計(jì)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(yàn)結(jié)果差異很大。高水泥用量、低礦物摻合料的編號(hào)1、2 試驗(yàn)組，坍落度、擴(kuò)展度、抗壓強(qiáng)度能夠達(dá)到要求，但是V 漏斗通過時(shí)間、T500 以及U 形箱高度等指標(biāo)不合格，說明該配合比填充性差、粘度太大流動(dòng)速度不足、自密實(shí)性能達(dá)不到要求。中等摻量和高礦物摻合料的3-10 組，各項(xiàng)性能指標(biāo)都能夠滿足要求，其中，高礦物摻合料試驗(yàn)組的粘性更低，流動(dòng)性更佳，自密實(shí)性能最好，但是由于礦物摻合料太高，抗壓強(qiáng)度富裕值較小。

砂率對(duì)自密實(shí)混凝土流動(dòng)性、粘聚性、保水性以及填充性、抗離析性自密實(shí)性能有重大影響，隨著砂率的增加擴(kuò)展時(shí)間T500、V 漏斗通過時(shí)間逐漸先減小再增大，當(dāng)砂率為0.49 時(shí)最??；隨著砂率的增大，U 形箱高度、28d 抗壓強(qiáng)度先增大再減小，在0.49 砂率時(shí)U 形箱高度最大，抗壓強(qiáng)度最大。所以，當(dāng)砂率為0.49時(shí)自密實(shí)混凝土流動(dòng)性、間隙通過性、抗離析性、抗壓強(qiáng)度值等均達(dá)到最優(yōu)性能指標(biāo)。

綜上所述，得到最終確定的基準(zhǔn)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(xì)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(nèi)部散熱困難，往往會(huì)引起結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差太大，最終導(dǎo)致溫度裂縫的產(chǎn)生，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全。因此，大體積混凝土需控制溫度裂縫的產(chǎn)生。

根據(jù)《建筑施工計(jì)算手冊(cè)》、《大體積混凝土施工規(guī)范》GB50496-2018 中關(guān)于大體積混凝土施工中各理論溫度計(jì)算公式，可分別計(jì)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(yīng)力等數(shù)值。具體計(jì)算過程比較繁瑣，文本只列舉計(jì)算結(jié)果。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)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(shù)，取K=1.15；

σz——自約束應(yīng)力

σx——外約束應(yīng)力

ftk(t)——混凝土抗拉強(qiáng)度

經(jīng)計(jì)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(yīng)力，最大外約束拉應(yīng)力σx=0.28MPa，ftk(9)/K=2.11MPa，滿足控制溫度裂縫條件。

綜上計(jì)算，該自密實(shí)配合比滿足大體積混凝土各項(xiàng)控制指標(biāo)要求，不會(huì)生成溫度裂縫。

4 結(jié)語

（1）粗集料級(jí)配較差，以1：1 比例搭配大小石子基本滿足連續(xù)級(jí)配要求。

（2）自密實(shí)混凝土宜適當(dāng)提高砂率以增加砂漿層厚度，提高混凝土流動(dòng)性。

（3）自密實(shí)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(zhì)膨脹劑補(bǔ)償收縮性能明顯優(yōu)于鈣質(zhì)膨脹劑，可以滿足大體積自密實(shí)混凝土收縮裂縫控制；通過計(jì)算，自密實(shí)配合比滿足大體積混凝土各項(xiàng)溫度裂縫控制條件。