C20 自密实混凝土在工程中的应用

邬锦斌，林汉池

（1. 广州市广泓混凝土有限公司，广州 511462；2. 东莞市建业混凝土有限公司，东莞 441900）

0 自密实混凝土的定义

混凝土拌合物具有高流动性、均匀性和稳定性，浇筑时无需外力振捣，能够在自重作用下流动并充满模板空间的高性能混凝土。

在 20 世纪 80 年代以前，人们就开始研究自密实混凝土，并应用在一些工程中。但由于当时对高效外加剂和矿物掺合料等的性能认识不够深入，使得自密实混凝土的应用推广较为困难。20 世纪 80 年代以后，人们对外加剂和矿物掺合料的研究越来越深入，高性能混凝土的研究与应用得到迅速发展，在此背景下，人们重新研究自密实混凝土技术，并取得重大突破。因此新一代自密实混凝土是以高性能混凝土技术为背景研究开发的无需振捣、仅靠自重作用就能密实填充模板的各个角落的混凝土。

自密实混凝土技术的发展已有 20 多年的历史，在国内也已应用了 10 多年。近几年自密实混凝土在我国发展应用速度加快，应用领域也进一步拓展，越来越多的工程使用自密实混凝土，国内不少高等院校、科研与施工单位也对自密实混凝土技术进行了系统深入的理论分析、试验研究和推广应用工作。典型工程有深圳赛格广场钢筋混凝土柱（C40），长沙市洪山庙浏阳河大桥（C50），长沙市妇女儿童活动中心综合楼加固工程（C40），湖南郴州市某高层宿舍（C50），厦门集美历史风貌建筑保护工程（C35），福建莆田哑铃形钢管混凝土拱桥（C40），山西大学0号学生公寓，广州国际金融中心（C100）等工程均应用了自密实混凝土，并取得良好的施工效果，自密实混凝土的应用及发展起了促进作用。

1 工程概况

东莞水道特大桥是连通西部干道和松山湖大道、东部快速路的东莞大道延长线的工程。三个标段道路总长 4.76 公里，总投资达6.6 亿元。延长线的建设按城市快速路标准设计，沥青路面，全宽约 61.5～65 米，主车道设双向六车道，两侧设有辅道。业主单位东莞市公路桥梁开发建设总公司，由山东省公路建设（集团）有限公司承建。

根据设计要求：东莞水道特大桥的承台封底将采用 C20自密实混凝土进行施工，因为所有混凝土均在水中浇筑，所以给施工增加了一定的难度，通过混凝土的自重，无需振捣，把整个沉箱的底部封住，并填满所有空隙。该施工方法跟水下混凝土的灌注有些相似，同时借鉴利用混凝土导管的方法，用泵车输送混凝土，使混凝土顺利浇灌到沉箱的底部，然后通过自密实混凝土自流平的特性慢慢把空隙填满，当混凝土的流动距离及高度达到一定的位置后，在下一地方继续连接导管进行浇灌，从而把空隙填满，并把整个沉箱的底部封住。当混凝土达到一定的设计强度后，就可以把沉箱里的水抽走，进行承台上部的施工。

2 C20 自密实混凝土的研制过程

2.1 材料的选择

（1）水泥：配制自密实混凝土宜采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐并符合现行国家标准 GB175—2007《通用硅酸盐水泥》的规定。本次试验采用的是广东英德海螺水泥有限责任公司“海螺牌”P·O42.5R 水泥，其物理性能见表 1。

（2）掺合料：配制自密实混凝土可采用粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰等矿物掺合料，且粉煤灰符合国家现行标准GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定，粒化高炉矿渣粉符合现行国家标准 GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的规定。

本次试验采用的粉煤灰是广州黄埔发电厂Ⅱ级粉煤灰，其性能见表 2。

表 2 粉煤灰性能 %

本次试验用的矿渣粉是广东韶钢嘉羊新型材料有限公司S95 级矿渣粉，其性能见表 3。

表 3 矿渣粉性能

（3）细骨料宜采用级配Ⅱ区的中砂，性能指标符合现行行业标准 JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》的规定，本次试验采用的是东江砂，其性能见表 4。

表 4 砂性能

（4）粗骨料宜采用连续级配或两个及以上单粒级配搭配使用，最大公称粒径不宜大于 20mm；性能指标符合现行行业标准 JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》的规定，本次试验用的石子是广东增城石场碎石，其性能见表 5。

表 5 石子性能

（5）外加剂：采用广东省东莞市埃富地恩建材有限公司生产的聚羧酸系高性能减水剂 SP1000，其性能指标符合GB8076—2008《混凝土外加剂》和 GB50119—2003《混凝土外加剂应用技术规范》的有关规定。其性能见表 6。

表 6 外加剂性能

2.2 自密实混凝土的设计思路

根据相关技术标准，自密实混凝土的胶凝材料总用量宜控制在 450～550kg/m3，但高的胶凝材料用量或者水泥用量过多，将导致混凝土一系列不可避免的缺陷。将胶结料用量控制在 450kg/m3以下，水泥用量降到 160～220kg/m3左右，关键是使用性能优异的混凝土外加剂和大掺量矿物掺合料，增加浆体体积，改善浆体的粘聚性和流动性，配制出坍落度达240～250mm，坍落扩展度达 600mm，T500＜5s，U 型仪的填充高度超过 300mm 的自密实混凝土；通过大掺量矿物掺合料及使用性能优异的外加剂，使混凝土的性能得到提高，并把成本控制在合理的范围内，取得良好的经济效益。

2.3 部分试验记录

本试验历时一年，经过大量的试验，仅在此摘录主要内容，见表 7 和图 1。

表 7 部分试验数据

图 1 C20 自密实混凝土试验

2.3 C20自密实混凝土试验结果

2.3.1 新拌混凝土特性测定与分析

（1）混凝土和易性、工作性，见表 8。

表 8 混凝土工作性能

（2）不同混凝土流动过 U 型仪格栅、L 仪的性能，见表9。

表 9 混凝土流动性能

2.3.2 混凝土力学性能

将混凝土制成两种尺寸：150mm×150mm×150mm和100mm×100mm×100mm ，测量各龄期抗压强度，试验结果见表 10。

表 10 混凝土力学性能试验 MPa

通过上面的试验可以看出，我们可以在合理的成本范围内，达到相应的效果，混凝土的强度是绝对可以保证的，并有一定的富余值，而自密实混凝土最主要的性能指标是要保证良好的工作性。自密实混凝土应根据工程应用特点着重对其中一项或者几项指标作为主要要求，一般不需要每个指标都达到最高要求。填充性是自密实混凝土的必控指标，间隙通过性和抗离析性可根据建筑物的结构和施工特点进行选择。

坍落扩展度值描述非限制状态下新拌混凝土的流动性，是检验新拌混凝土自密实性能的主要指标之一。T500时间是自密实混凝土的抗离性和填充性综合指标，同时，可以用来评估流动速率，建议控制在 2～8s 范围内。间隙通过性用来描述新拌混凝土流过具有狭口的有限空间（比如密集的加筋区），而不会出现分离、失去黏性或者堵塞的情况。本次C20 自密实混凝土承台封底，因水下施工未有钢筋分布，所以间隙通过性可不作为主要要求。抗离析性是保证自密实混凝土均匀性和质量的基本性能。

通过以上的试验结果及技术要求，我们设计的 C20 自密实混凝土基本上可以达到国内有关自密实混凝土规范的要求，证明我们的试验方案是可行的。

3 C20 自密实混凝土的生产应用

我公司对自密实混凝土的实际生产运用，同样做了大量的工作。具体分两步走：

（1）在自密实混凝土试验配方成功的基础上，用预拌混凝土生产楼多次进行试生产。从优选胶凝材料、严格控制粗骨料粒径和级配、利用高效外加剂降低水灰比及提高混凝土流动性、严格控制投料及运输，加强监控频率及加强对产品的后期养护等各方面。

（2）进行自密实混凝土的实际生产。在对东莞大道延长线承台封底施工中，我们采用了 C20 自密实混凝土的生产配方。为了能科学地监控混凝土实际生产情况，以达到设计要求，对每一车混凝土都进行严格的生产控制和抽检。具体有以下几个步骤：① 原材料优选；② 石子经过粗细碎石按预定比例搭配，以达到要求的连续级配；③ 混凝土搅拌机每槽生产 3m3混凝土，保证搅拌时间不少于 60s；④ 检查每车混凝土配合比投料量；⑤ 计量每车混凝土坍落度；不符合要求时；随即退货；⑥ 每 50m3混凝土抽检一组试件；⑦ 委派试验室人员 1～2 人/台班进驻工地对砼质量进行实时监控。

（3）对使用后情况进行跟踪。混凝土达到一定的设计强度后，就可以把沉箱里的水抽走，进行承台上部的施工。在承台施工前，我们对 C20 自密实混凝土的使用情况进行了跟踪，沉箱里的水抽干净后，我们在现场观察，整个沉箱的底部都被混凝土封住，没有外界的水入侵，但混凝土表面不是很平整，施工单位在进行承台施工前将会进行找平处理，实践证明 C20 自密实混凝土使用效果是成功的。

C20 自密实混凝土生产及施工时的注意事项：

（1）应保证施工的连续性。因施工面积较阔，一次性浇筑混凝土方量较大，所以必须保证混凝土施工的不间断性。

（2）应控制好混凝土的凝结时间。C20 自密实混凝土的初凝结时间一般可达 10h 以上，才可满足施工要求，因施工是采用连续浇筑，并应保持混凝土的流动性，而且施工时间较长，在施工过程有很多不可预见的问题发生，所以一般都有要求混凝土初凝时间达 10h 以上。

（3）在水中施工时，必须使用导管法施工，隔水处理，以保证自密实混凝土水下施工的不分散性。

（4）应合理控制好生产成本，提倡使用掺合料。C20 自密实混凝土本身就是一个比较矛盾的概念，强度等级较低，但又要达到自密实的效果，符合高性能混凝土的要求，所以必须从技术及经济角度合理控制生产成本，朝着绿色、健康的方向发展。

4 总结

自密实混凝土的主要优点有：

（1）可用于难以浇筑甚至无法浇筑的结构，能解决传统混凝土施工中的漏振、过振以及钢筋密集难以振捣等问题，可保证钢筋、预埋件、预应力孔道的位置不因振捣而移位。

（2）增加了结构设计的自由度。不需振捣，可以浇注成形状复杂、薄壁和密集配筋的结构。

（3）大幅降低工人劳动强度，减少人工数量。

（4）有效地提高了混凝土的品质，具有良好的密实性、力学性能和耐久性。

（5）降低环境噪声，改善工作环境。

（6）能大量利用工业废料做矿物掺合料，有利于环境保护。

（7）施工自动化程度高，能促进工业化的施工与管理。

（8）节省电力能源。

总之，自密实混凝土是一种省资源、省能源、省力气、便于施工及环境友好型的高性能混凝土，是未来混凝土发展的趋势。

[1] CCES 02—2004.自密实混凝土设计与施工指南[S].

[2] CECS 203—2006.自密实混凝土应用技术规程[S].

[3] JGJ/T283—2012.自密实混凝土应用技术规程[S].