赖承光 黄 亮
某半地下油库结构形式为钢筋混凝土钢板贴壁式,地下2.0 m,地上1.7 m,容积10 000 m3。平面布置如图1所示。
根据设计,油库混凝土壁厚200 mm,内壁贴8 mm厚钢板。原方案先浇混凝土池壁,再贴钢板。为了缩短工期,节约经费,先制作钢罐体,利用罐体作模板,再进行混凝土浇筑。由于混凝土壁厚较小,钢筋密集,振捣困难,为保证混凝土质量,决定采用自密实混凝土进行浇筑。
自密实混凝土是一种高流动性且具有适当粘度的混凝土,它不离析,能够通过钢筋填满模板内的任何空隙,在重力作用下自行密实,属于高性能混凝土的一种。其突出特点是拌合物具有良好的工作性能,即使在密集配筋和复杂形状的条件下,仅依靠自重而无需振捣便能均匀密实填充成型,为施工操作带来极大方便。同时,兼有提高混凝土质量、改善施工环境、加快施工进度、提高劳动生产率、降低工程费用等技术经济效果,被称为“最近几十年中混凝土技术最具革命性的发展”[1]。
与普通混凝土相比较,自密实混凝土具有几个方面的优势:
1)高流动性:保证能绕过障碍物,充分填充模板内每个角落。2)高稳定性:保证混凝土质量均匀一致,即不泌水,不离析。3)不易堵塞:保证混凝土通过钢筋网或狭窄空间时不发生堵塞[2]。4)混凝土施工强度低,浇筑时间短,降低噪声。
自密实混凝土的配合比设计,需要充分考虑自密实混凝土流动性、抗离析性、自填充性、浆体用量和体积稳定性之间的相互关系及其矛盾。
根据设计文件,池壁混凝土强度等级为C30,竖向配筋为φ14@100,水平配筋φ12@150,按CECS 203∶2006自密实混凝土应用技术规程要求,选用自密实混凝土等级二级。
水泥:P.O42.5,fce=51.5 MPa,表观密度 3.1 g/cm3。
粉煤灰:Ⅰ级粉煤灰,表观密度2.3 g/cm3。
S95粒化高炉矿渣粉,表观密度2.8 g/cm3。
砂:中砂,表观密度2.67 g/cm3,含泥量3%。
碎石:5 mm~20 mm连续级配,针片状含量小于5%,含泥量0.3%,压碎指标 9.8%,表观密度 2.7 g/cm3。
外加剂:聚羧酸系高性能减水剂。
性能指标:
坍落度:240 mm~260 mm。
坍落扩散度:650 mm~700 mm。
3.2.1 计算水灰比(W/C)
fcu,0≥fcu,k+1.645σ =30+1.645 ×5=38.2 MPa。其中,fcu,0为混凝土配制强度;fcu,k为混凝土立方体抗压强度标准值;σ为混凝土强度标准差。
用水量:W=180 kg/m3,水泥用量:C=305。
3.2.2 计算胶凝材料用量
采用Ⅰ级粉煤灰取代水泥20%,超量系数1.5,S95矿渣粉取代水泥30%,超量系数1.5,通过计算得水泥C=153 kg(49 L),粉煤灰用量F=92 kg(40 L),矿渣粉K=137 kg(49 L),胶凝材料总质量为351 kg(138 L)。
对比CECS 203∶2006自密实混凝土应用技术规程要求,单位体积粉体量160 L~230 L,水粉比 0.8~1.15,单位体积浆体量320 L~400 L。粉体量比最低推荐值160 L少22 L。水粉比1.30比最大推荐值1.15大0.15。浆体量318 L较最小推荐值330 L小12 L。为达到自密实性能,增加10 L粉煤灰,12 L矿渣粉,总粉体量为160 L。
3.2.3 计算骨料用量
按《自密实混凝土应用技术规程》要求,碎石用量为330 L,重量为891 kg。
设计含气量为3%,则单位体积用砂量为300 L,重量为801 kg。自密实混凝土初步配合比设计见表1。
表1 自密实混凝土初步配合比设计
通过坍落扩展度试验,对流动性进行验证:坍落扩展度为665 mm。T50=6.4 s。
可采用Ⅴ形漏斗试验或T50试验方法验证新拌混凝土抗离析性。本工程混凝土可采用Ⅴ形漏斗试验验证。Ⅴ形漏斗内混凝土全部流出时间t0=14.2 s。
采用U形箱(格栅障碍2型)试验验证新拌混凝土通过钢筋间隙和填充至模板每个角落的性能,填充高度Bh=336 mm。
标准养护混凝土批强度值见表2。
表2 标准养护混凝土批强度值 MPa
通过各种试验验证,自密实混凝土满足规定要求。
1)由于自密实混凝土水胶比较低,因此必须准确控制混凝土用水量。生产过程中应测定骨料的含水率,依据检测结果及时调整用水量和骨料用量。模板清洗湿润后,不得留有剩余水,以免影响混凝土配合比。
2)为保证自密实混凝土均匀性,搅拌时间应比普通混凝土稍长。由于添加聚羧酸系高性能减水剂,搅拌时间不能过长,否则导致自密实混凝土流动性损失。
3)混凝土入模后人工用钢钎辅助插捣,并用锤子轻敲模板,帮助混凝土流动和密实。
4)为了充分发挥混凝土自重的作用,在满足模板刚度和施工工艺要求的前提下,尽可能增加分层的厚度,减少分层。
5)由于自密实混凝土具有较好的流动性,对模板拼缝的要求较高,防止漏浆。
由于自密实混凝土具有普通混凝土不具备的诸多优点,其应用前景非常广阔,但由于自密实混凝土应用的时间较短,对施工工艺要求较高,从原材料选取、配合比设计、外加剂选用、生产过程、工作性能检验评价、施工质量控制要点及硬化后混凝土的性能等方面都需要进一步研究。
[1]祝 叶,陈 竣.自密实混凝土的发展应用与展望[J].中华建设科技,2009(9):35-38.
[2]赵 筠.自密实混凝土的研究和应用[J].混凝土,2003(6):53-55.
[3]CECS 203∶2006,自密实混凝土应用技术规程[S].
[4]JGJ 55-2000,普通混凝土配合比设计规程[S].