顏 劍 秋

(中國水利水電第八工程局有限公司科研設(shè)計(jì)院，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

0 引言

水工構(gòu)筑物一般是大壩、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房、船閘等，大部分是大體積混凝土，某工地水處理系統(tǒng)，其輻流沉淀池、壓濾車間、廊道及渣漿泵房結(jié)構(gòu)鋼筋密度大，施工復(fù)雜，混凝土方量及其澆筑難度大。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況擬采用C25自密實(shí)混凝土澆筑，以下是其設(shè)計(jì)過程。

1 自密實(shí)混凝土性能特點(diǎn)

1.1 自密實(shí)混凝土具有的性能

1)填充性。自密實(shí)混凝土必須能夠流動(dòng)并填滿模板內(nèi)每個(gè)角落，無須振搗，依靠自身重量且能密實(shí)成型。

2)抗離析性。自密實(shí)混凝土在流動(dòng)過程中必須保證不離析、減少泌水。

3)間隙通過性。自密實(shí)混凝土在流過密集鋼筋或狹窄空間時(shí)不能產(chǎn)生堵塞，為此應(yīng)減少粗骨料的粒徑和用量，適當(dāng)增大膠凝材料比例。

1.2 原材料選擇

1)水泥。

選用低熱硅配鹽水泥，品種和選擇確定于混凝土工作性、強(qiáng)度、耐久性等的要求，水泥用量一般為200 kg/m3～400 kg/m3，水泥用量過大會(huì)增大混凝土的收縮及開裂風(fēng)險(xiǎn)，且不經(jīng)濟(jì)。當(dāng)水泥用量低于350 kg/m3，一般須同時(shí)使用其他粉體摻合料，膠材用量不宜超過500 kg/m3，本工程選用華新低熱水泥。

2)粉煤灰。

摻加粉煤灰不但能代替部分水泥，節(jié)省工程造價(jià)，還可以降低初期水化熱，減少干縮，改善新拌混凝土的和易性，增加混凝土的后期強(qiáng)度。本工程選用四川珙縣Ⅰ級(jí)粉煤灰。

3)細(xì)骨料。

自密實(shí)混凝土的砂率一般比較高，若采用細(xì)砂，將會(huì)增大拌和物用水量，并對(duì)拌和物工作性及混凝土力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響；粗砂則會(huì)降低混凝土拌和物黏聚性，流動(dòng)性變差；宜選用級(jí)配良好的中砂，質(zhì)地均勻潔凈砂，細(xì)度模數(shù)2.3～2.8，本工程人工砂石系統(tǒng)生產(chǎn)的人工砂根據(jù)要求細(xì)度模數(shù)控制在2.5～2.7，屬于級(jí)配良好的中砂。

4)粗骨料。

骨料的選擇對(duì)于自密實(shí)混凝土的物理力學(xué)性能和耐久性非常重要。骨料粒徑越大，混凝土抗離析性和自密實(shí)性能越差，粗骨料選用本工程大型人工砂石系統(tǒng)生產(chǎn)的人工粗骨料，粒形好，質(zhì)地均勻，壓碎指標(biāo)小的潔凈人工碎石，最大粒徑為20 mm。

5)外加劑。

對(duì)外加劑的要求為：與水泥適用性好、減水率大、緩凝、保塑。該配合比擬選用龍游五強(qiáng)外加劑廠生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑ZB-1C800，進(jìn)廠時(shí)已進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合要求。

2 自密實(shí)混凝土配合比初始設(shè)計(jì)

2.1 自密實(shí)混凝土性能設(shè)計(jì)要求

性能要求：SF1(擴(kuò)展度550 mm～655 mm),擴(kuò)展時(shí)間VS1(2 s～6 s)，障礙高差BS1(20～40),SR離析率l≤20。

設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)：C25。

2.2 原材料性能

1)水泥：華新低熱42.5硅酸鹽水泥，28 d強(qiáng)度48.3 MPa,密度3.27 g/cm3；

2)粉煤灰：四川珙縣Ⅰ級(jí)煤灰，密度2.52 g/cm3；

3)骨料：玄武巖生產(chǎn)的人工粗細(xì)骨料，粗骨料最大粒徑20 mm,表觀密度2.83 g/cm3，針片狀含量3.2%，壓碎指標(biāo)6.2%。細(xì)骨料飽和面干表觀密度2.81 g/cm3，細(xì)度模數(shù)2.63，0.08以下粉體含量6.0%；

4)外加劑：龍游五強(qiáng)聚羧酸高性能減水劑ZB-1C800，減水率28.1%，推薦摻量0.5%～0.8%。引氣劑采用長(zhǎng)安育才GB-9K，推薦摻量(0.4～1.0)1/萬。

2.3 初始配合比參數(shù)計(jì)算選擇

1)粗骨料最大粒徑和單位體積用量。

a.粗骨料粒徑據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)計(jì)要求最大粒徑20 mm。

b.單位體積混凝土中粗骨料體積用量按規(guī)范DL/T 5720—2015水工自密實(shí)混凝土技術(shù)規(guī)程中規(guī)定，在0.280 m3～0.350 m3,初選為0.330 m3。

2)單位體積用水量、水粉比和單位體積粉體量。

a.單位體積混凝土中用水量，骨料最大粒徑為20 mm，DL/T 5720—2015水工自密實(shí)混凝土技術(shù)規(guī)程規(guī)范要求為155 kg～185 kg,初選為177 kg。

b.水粉比按體積比，宜取0.80～1.15，初選為1.06。

c.單位體積粉體量宜取0.13 m3～0.23 m3，根據(jù)單位體積用水量和水粉比計(jì)算為0.167 m3，符合范圍。

3)本配合比選擇含氣量為3.0%。

4)自密實(shí)混凝土單位體積漿體量宜為0.29 m3～0.40 m3。計(jì)算為0.344 m3，符合范圍。

5)單位體積細(xì)骨料用量。

根據(jù)單位體積粗骨料用量、用水量、粉體量、含氣量確定，因細(xì)骨料中含有6%的粉體，絕對(duì)體積經(jīng)計(jì)算為0.315 m3，占骨料總體積的49%，符合范圍45%～55%。

6)確定單位體積膠凝材料體積用量。

單位體積膠材用量等于單位體積粉體量減去砂中所含的小于0.08以下顆料含量，計(jì)算得到為0.148 m3。

7)計(jì)算水膠比和理論單位體積水泥用量。

3 初始配合比設(shè)計(jì)中計(jì)算理論水膠比的探討

1)DL/T 5720—2015里面理論水膠比計(jì)算使用的規(guī)范是原DL/T 5330—2005水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程，新規(guī)程DL/T 5330—2015已有多條款進(jìn)行了修改和說明。

2)DL/T 5720—2015水工自密實(shí)混凝土技術(shù)規(guī)程規(guī)范里面使用原規(guī)范DL/T 5330—2005中的保羅密公式來計(jì)算理論水膠比，但是現(xiàn)行規(guī)范DL/T 5330—2015已取消了保羅密公式，并認(rèn)為強(qiáng)度與膠水比呈非線性關(guān)系，從現(xiàn)行水工混凝土配合比設(shè)計(jì)的理念，還是遵循現(xiàn)行L/T 5330—2015水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程提出的設(shè)計(jì)方法和過程。

筆者認(rèn)為：

1)規(guī)范DL/T 5720—2015在理論計(jì)算水膠比的選用回歸系數(shù)A和B還是有很大的局限性，原規(guī)范沒有低熱硅酸鹽水泥在不同摻合料時(shí)回歸系數(shù)A和B的選擇值，而現(xiàn)在低熱水泥已廣泛用于水工大體積混凝土。

2)初始水灰比選擇。

依據(jù)DL/T 5330—2015水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程7.0.1程序進(jìn)行。初始水膠比選擇參照DL/T 5330—2015條文5表3。

本標(biāo)段工程的保證率(P)均為95%，為此，概率度系數(shù)(t)取1.645。

C25配制強(qiáng)度計(jì)算為31.6 MPa，初始水灰比選擇為0.45。

4 初始配合比基本參數(shù)的確定

1)根據(jù)規(guī)范DL/T 5330—2015水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程條文說明第5款，表3水膠比的參考范圍，選擇初始水膠比0.45。

2)C25配制強(qiáng)度計(jì)算為31.6 MPa,根據(jù)初選的用水量177 kg，計(jì)算理論水泥用量為393 kg/m3，理論單位體積粉體量0.120 m3，小于初選計(jì)算的0.148 m3。

3)當(dāng)單位體積膠凝材料用量大于理論單位體積水泥用量時(shí)，通過試驗(yàn)建立活性摻合料體積摻量與強(qiáng)度的關(guān)系，再由混凝土強(qiáng)度確定活性摻合料體積摻量，計(jì)算出單位體積活性摻合料用量和實(shí)際單位體積水泥用量。初選煤灰體積摻量為25%,30%,35%，初始配合比基本參數(shù)確定如表1所示。

表1 初始配合比基本參數(shù)(三個(gè)不同煤灰體積摻量)

5 配合比的調(diào)整及確定原則

配合比試驗(yàn)通過不同的煤灰摻量，拌和物的性能狀態(tài)，多次調(diào)整試驗(yàn)，再據(jù)28 d強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，復(fù)核得出自施工自密實(shí)混凝土配合比，表2為拌和物性能、表3為施工配合比。

表2 自密實(shí)混凝土拌和物性能

表3 自密實(shí)混凝土施工配合比

6 結(jié)語

1)施工中要注意的是自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性大，對(duì)模板的側(cè)壓力大，制定施工方案時(shí)要考慮周到，另自密實(shí)混凝土對(duì)用水量較為敏感，必須要根據(jù)粗細(xì)骨料含水狀態(tài)及時(shí)檢測(cè)并調(diào)整用水量，其攪拌時(shí)間相對(duì)于普通混凝土要長(zhǎng)，拌和時(shí)間不宜小于120 s,才能保證其良好的和易性和流動(dòng)性。

2)本次配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果，在滿足自密實(shí)混凝土性能的條件下，通過調(diào)整水粉比和粉煤灰摻量來滿足拌和物的性能和混凝土強(qiáng)度。在拌和站生產(chǎn)時(shí)，試驗(yàn)人員認(rèn)真做好相關(guān)檢測(cè)準(zhǔn)備工作，嚴(yán)控混凝土生產(chǎn)拌和狀態(tài)。自密實(shí)混凝土由拌和樓罐車運(yùn)至澆筑點(diǎn)，泵車輸送自然入倉，流動(dòng)性好，沒有進(jìn)行人工振搗，拆模后混凝土表面平整、光滑、無蜂窩麻面，密實(shí)質(zhì)量好。解決了鋼筋密度大結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型污水輻流池混凝土施工?；炷寥釉囼?yàn)一次灌注成型，混凝土28 d強(qiáng)度35.7 MPa。

3)水工施工混凝土配合比首先是考慮強(qiáng)度，通過建立強(qiáng)度與膠水比的關(guān)系曲線，再根據(jù)混凝土配制強(qiáng)度選擇水灰比。而自密實(shí)混凝土其強(qiáng)調(diào)的是混凝土的工作性，材料體積和水粉比，采用了全新的配合比設(shè)計(jì)理念，再兼顧其強(qiáng)度指標(biāo)。