自密实混凝土配合比优化及应用

[摘要] 本文介绍了自密实混凝土的研制思路，分析影响自密实混凝土性能主要因素，并根据实际工程特点，优化配合比。列举工程应用中有代表性的工程，供同类工程作为参考。

[关键词] 自密实混凝土水平钢管研制优化配合比工程应用

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

1 引 言

本文介绍自密实混凝土的研制思路，使用多因素正交分析方法，确定影响自密实混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的主要因素，根据实际工程特点，选取其中合适组合的配合比，并介绍佛山市世纪莲体育中心、游泳馆跳台及佛山科技学院的试验台座工程中有代表性的工程中应用。

2 自密实混凝土研制与配合比验证

2.1自密实混凝土研制思路

由于自密实混凝土在施工中能够保持较好均匀性和抗离析，依靠自重作用自由流淌充分填充模型内的空间形成均匀密实的结构，达到充分密实，需要混凝土有优良的工作性能，如高流动性，抗材料离析性，参考一些文献资料，坍落度一般要求大于240mm，扩展度大于540 mm。我们在配合比设计思路方面，主要采用在过去研究高强高性能混凝土的基础上，使用常用混凝土原材料，采用低水胶比、富浆、多组分、高砂率、大外加剂掺量等技术措施。为解决自密实混凝土收缩较大，在配合比设计中优化胶结料总量及掺合料比例、骨料级配，掺加一定量的自选掺合料。选用多种外加剂单掺和复掺进行对比试验，采用L27（313）正交设计方法，摸索各组分的影响和选择最佳配合比。

2.2混凝土配合比研制

在过去试验研究高强高性能混凝土的基础上，结合我司十多个自密实混凝土工程的成功经验，首先选用五种外加剂单掺和复掺进行对比试验，然后采用L27(313)正交设计，摸索各组分的影响和选择最佳配合比。

正交试验材料：湖南韶峰牌42.5P.O水泥；广东韶钢产S95级细磨矿渣粉；珠海电厂Ⅱ级粉煤灰；外加剂1#和 2#为广东佛山市某公司的专为自密实混凝土特配的高效减水剂；广东江门建材公司的U型膨胀剂；河砂：花岗岩碎石；自来水。因素水平表如下表1：

序号 因素 水平1 水平2 水平3

A 胶结料总量(kg/m3) 430 450 520

B 水泥在胶结料中的比例（%） 40 50 60

C 矿渣粉在胶结料中的比例（%） 15 20 25

D 外加剂1#掺量（%） 2.0 1.6 1.4

E 外加剂2#掺量（%） 1.0 1.2 1.4

F 膨胀剂掺量(%) 4 8 10

G 砂率（%） 40 42 45

H 砂的细度模数 2.5 2.7 3.0

I 石子粒径(mm) 5～20 5～25 5～31.5

J 用水量(kg/m3) 138 145 150

通过正交试验后，我们选取其中三个较好组合的配合比再进行验证试验，验证并确定设计配合比。试验考核技术指标有：3d、7d、28d、60d的立方体抗压强度和干缩值；初始坍落度、扩展度，流动速度和泌水量；经时坍落度、扩展度、中边差，流动速度和泌水量。

3主要工程应用实例

3.1佛山世纪莲体育馆下压环钢管

佛山市世纪莲体育中心位于广东省佛山市顺德区，占地41.9公顷，投资8.5亿元人民币，是广东省省运会的主赛场。该体育场建筑方案由德国GMP完成，国内配合设计单位为华南理工大学，上海宝冶建设集团公司承建，自密实混凝土由广东省六建集团公司研制。其体育场采用钢管砼组成的闭合外倾圆形桁架支撑屋面索膜结构，设有上、下压环；下压环直径276m，分为40个单元。每个单元用长度21.638m，外径1400mm、内径1344mm，钢管壁厚28mm的水平大管径钢管组成；钢管顶部开启一个注浆口、一个出浆口和五个排气孔；为了加强钢管刚性，钢管内部有加劲板6块，分布在二端头各三块，加劲板中间开孔直径744mm，作为混凝土通道。按设计要求，拟在下压环管内浇灌C50高强与自密实混凝土，共计1226m3，分单元浇灌混凝土，钢管单元示意图如图1：

C50自流平混凝土施工历时10天，实际使用了1348.5m3混凝土。混凝土拌合物到达现场后的一小时内都卸料完毕，外观性能均符合方案要求。留取了63组试件，其28天龄期进行抗压强度平均值58.3MPa，最大值72.8MPa，最小值53.5MPa，标准差3.86MPa；混凝土后期抗压强度高，60天平均值为66.4MPa，90天平均值为70.4MPa。

40个独立单元钢管，有36个单元达到设计要求，4个单元的混凝土不充盈。不充盈的4个单元采用压力灌浆后达到设计要求。

3.2佛山世纪莲体育中心游泳馆跳台

佛山世纪莲体育中心游泳馆跳台也是省运会比赛设施，有1、3m 跳板，5、7.5、10m 跳台共7个。混凝土设计等级为C40自密实混凝土，坍落度要求大于250mm，扩展度大于600mm。跳台的特点要求结构具有薄壁、高配筋、钢筋间距小且形状较复杂。由于跳台施工时游泳跳水馆已封顶，无法采用泵送方式施工，只能使用人工方式远距离将混凝土放进施工部位，每小时仅能浇筑1m3 混凝土。这就要求混凝土不但具有高工作性、高耐久性，为了防止施工冷缝的出现，还要求新拌混凝土的初凝时间必须在6h时以上。本工程采用配合比3，5～20mm粗骨料，同时加大外加剂掺量至3.2%，以达到高工作性、高耐久性和初凝时间长的要求。施工过程中每个跳台分段施工，在每段留混凝土灌注口。先进行跳台最下段施工，在模板外辅以振动棒振动，下段浇筑完毕后，将灌注口封住，进行上一段混凝土施工。在混凝土终凝后带模淋水养护14d。

7个跳台分7次浇筑，共浇筑90m3混凝土。施工坍落度250～265mm，扩展度610～655mm，初凝时间8～11h。现场留取21组试件，28d龄期抗压强度平均值46.1MPa，收缩率35.0×10-6。拆模检查未发现孔洞、裂缝，至今使用良好。

3.3佛山科技学院试验台座工程

佛山科技学院的试验台座工程呈“L”型，试验台座分为：动力台座、静力台座、反力墙。动力台座长10.0m，宽7.0m，高1.5m；静力台座长10.0 m，宽7.0m，高2.0m；反力墙尺寸为6.6m×1.8m×6.0m。反力墙钢筋间距最小35mm。由于钢筋间距小，采用自密实混凝土浇筑，坍落度要求大于230mm，扩展度大于600mm。混凝土设计等级为C50。本工程属于大体积、大流动性混凝土结构，要求混凝土拌合物具有低水化热、高流动，且混凝土结构耐久性好等特性，故选用早期强度较低的验证配合比1，用60d强度取代28d强度评定混凝土强度；在施工座混凝土分3 层浇筑，反力墙混凝土分5层浇筑，每层浇筑间隔时间1.5h；成型后，用薄膜和麻袋覆盖保温21d，在浇筑的每层均匀布置9个温度计，加强混凝土内外温差的测量跟踪。有效地防止混凝土早期水化热大引起内外温差大，减缓混凝土构件内部应力集中而开裂。动力台座、静力台座、反力墙分3次浇筑，共计401m3 混凝土。施工坍落度255～275mm，扩展度675～720mm。施工性能良好。现场留取26组试件，28d龄期抗压强度平均值50.8MPa，60d平均值为60.3MPa，最大值75.6MPa，最小值54.9MPa，标准差4.22MPa，90d平均值为63.4MPa；收缩率30.4×10-6；在混凝土浇筑后4d结构内部最高温度达到64.5℃，同截面温差最大为21℃，随后缓慢降低，至17d时温度降至常温。经过两年的使用未出现裂缝，使用状况良好。

4 结语

（1）自密实混凝土的性能会受到原材料质量、生产控制水平、设备等因素波动的影响，这是一个重要的课题。应通过优选原材料、提高生产控制和设备水平来解决。

（2）采用多因素的正交试验能实现混凝土材料多组分的优化，且能减少试验量、缩短试验周期。

（3）在水平钢管中灌注自密实混凝土是可行的。

（4）自密实混凝土的材料由多组分组成，采用多因素的正交试验的优化配合比，再进行验证的方法是比较有效。

参 考 文 献

（1）廉慧珍，张青，张耀凯.国内外自密实高性能混凝土研究及应用现状[J].施工技术，2004.

（2）李统彬 ，冼伟华.高流态自密实混凝土的研制和应用第三届全国高性混凝土学术研讨会论文集.

（3）冯乃谦.高性能混凝土结构[M].北京：机械工业出版社，2006.