机制砂自密实片石混凝土配合比设计及工程应用

邓重阳 王利 吴利静

摘 要：对凯里经济开发区汽车城附近的碎石、机制砂、水泥、减水剂等原材料进行检测，根据检测结果进行搭配及优化设计，配制出设计强度等级为C20、坍落度为（200±20）mm、坍落扩展度在550～650 mm、T500流出时间≥2 s、7 d抗压强度为20 MPa、28 d抗压强度为26.6 MPa的机制砂自密实片石混凝土并应用于凯里经济开发区汽车城挡土墙施工实践。

关键词：机制砂；配合比设计；自密实片石混凝土；挡土墙

1 机制砂自密实片石混凝土的定义与特点

机制砂自密实片石混凝土是在自密实混凝土的基础上发展起来的一种新型混凝土，其原理是将满足一定粒径要求的块片石预先放入施工仓，形成有一定自热空隙的片石体。然后，在块片石表面浇筑超流态机制砂自密实混凝土，混凝土依靠自身重力，完全填充片石空隙。超流态机制砂自密实混凝土硬化后与片石形成完整、密实、低水化热的混凝土结构，其强度可满足不同的工程设计要求[1-2]。

机制砂自密实片石混凝土具有非常好的工作性，黏度低、流动性好、黏聚性好、保水性好、水化热低、水化温升慢、温度容易控制，不易产生温度裂缝，施工速度快，取材方便，造价较低[3]。

2 自密实混凝土技术发展概要

在国际上，1986年，日本東京大学岗村甫教授首先提出自密实混凝土的建议，前川宏一与小泽一雅着手研究。1988年第一批自密实混凝土开发成功，1990年在日本开始应用于实体工程，1996年在欧洲开始研究与应用，1998年第一届自密实混凝土国际会议在日本高知举行[4]。

我国于1995年开始自密实混凝土技术研究，2003年清华大学自密实混凝土技术取得突破，2006年第一本SCC规范《自密实混凝土应用技术规程》颁布，2008年第一本SCC专著《自密实混凝土技术手册》出版，从此以后，自密实混凝土被广泛应用于工程实体[1]。

3 机制砂自密实片石混凝土应用的背景

挡土墙是用来支撑填筑材料或山坡土体，防止填筑材料或山体变形失稳的一种构造物。贵州地区地形条件差，滑坡、塌方等路基危害风险大。因此，挡土墙被广泛使用。贵州地区山多平地少，地形起伏较大，原材料运输不方便，大多数工程都是就地炸山取材。因此，在贵州地区挡土墙施工中采用机制砂自密实片石混凝土，可以就地取材，节约成本，降低工程造价[5]。

本研究结合贵州凯里经济开发区汽车城二期土地收储整理工程的挡土墙施工，通过专项试验确定了机制砂自密实片石混凝土的主要配合比参数，并应用于该工程施工实践。

4 机制砂自密实片石混凝土配合比设计

4.1 原材料及生产厂家

（1）水泥：采用普通硅酸盐水泥P.O42.5级，生产厂家为贵定海螺盘江水泥有限责任公司。

（2）粉煤灰：采用F类95级优质粉煤灰，生产厂家为贵州黔东电力有限公司黔东火电厂 。

（3）机制砂：采用质地坚硬、水洗、级配良好、石粉质量分数不超过10.0%、含泥量≤3.0%、泥块质量分数≤1.0%的机制砂粗砂，生产厂家为别炸山砂石厂 。

（4）碎石：采用反击破5～10 mm、10～20 mm，两级合成连续级配5～20 mm，针片状颗粒质量分数≤8.0%，含泥量≤1.0%，泥块质量分数≤0.5%，生产厂家为别炸山砂石厂 。

（5）减水剂：采用DJ-1聚羧酸系列高效减水剂，生产厂家为凯里市鼎坚混凝土外加剂有限公司。

（6）片石：采用质地坚硬、密实、耐久、无裂纹、无缝化、含泥量和泥块质量分数均小于0.5%、粒径在15～300 mm的爆破片石，岩石类别为微风化白云岩，抗压强度≥50 GPa。

4.2 机制砂自密实混凝土性能要求

机制砂自密实拌合物除了满足普通混凝土拌合物黏聚性和保水性等要求外，还应当满足自密实性能求，如坍落扩展度在550～650 mm、扩展时间T500≥2 s等。

4.3 机制砂自密实混凝土试验方法

机制砂自密实混凝土配制及性能检测按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T 50081—2016[6]和《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T 50081—2019[7]等相关规定执行，重点检测混凝土坍落度、混凝土扩展度和混凝土坍落度筒流出时间。

4.4 机制砂自密实混凝土配合比设计中的技术要求

（1）根据设计结构形式、施工工艺以及施工环境进行配合比设计，在综合考虑混凝土自密实性能、强度、耐久性及其他性能要求的基础上，计算初步配合比，经过试验室试配调整基准配合比，经过强度、耐久性复核得出试验配合比，根据施工实际材料的含水率转换施工配合比。

（2）配合比设计宜采用绝对体积法，水胶比宜小于0.45，胶凝材料用量控制在400～550 kg/m3。

（3）应确定拌合物中粗骨料体积、砂浆中砂的体积分数、水胶比、胶凝材料用量、矿物掺合料的比例等参数。

5 机制砂自密实混凝土配合比试验结果

原材料检测数据如表1所示。

经检测，粉煤灰掺量不同，配合比设计不同，现将机制砂自密实混凝土配合比汇总，如表2所示。

经检测，该机制砂自密实混凝土配合比选取胶凝材料为400 kg，水胶比为0.43，粉煤灰掺量为40%，砂率为45%，碎石5～10 mm、10～20 mm比为20∶80，配合比水泥∶粉煤灰∶5～10 mm碎石∶10 ～20 m m碎石∶水∶减水剂=240∶160∶196∶776∶800∶4.8，坍落度为220 mm，扩展度为600 mm，T500流动时间为3 s，7 d极限抗压强度为21.8 MPa，28 d极限抗压强度为27.9 MPa，各项指标均满足配合比设计要求。

6 工程应用

贵州凯里经济开发区汽车城二期土地收储整理工程F区重力式挡土墙长125 m，底宽2.55～7.25 m，顶宽1.20～3.50 m，高3.0～15.0 m，设计总浇筑方量为4 259.8 m3。为验证机制砂自密实片石混凝土各项性能，选取底宽为7.25 m、桩号为FK0+50～FK0+60挡土墙区段作为混凝土浇筑的试验段。试验段分层浇筑高1.5 m，在浇筑混凝土之前将片石按照技术要求摆放，然后采用溜槽浇筑机制砂自密实混凝土，在浇筑过程中混凝土随着溜槽迅速流入片石空隙中，填充整个重力式挡土墙施工仓，经过现场检测，和易性满足要求，坍落度为220 mm，扩展度为600 mm，T500为4 s，满足自密实混凝土浇筑各项技术指标。在施工现场随机抽取混凝土制件两组，进行7 d及28 d混凝土极限抗压强度检测，检测抗压强度值分别为19.4 MPa和26.0 MPa，滿足设计要求。

根据实际施工条件，按照以往施工方法，在浇筑混凝土过程中摆放片石或抛石，这样增加了现场施工的难度与工人的劳动强度，同时，也增加了工人施工交叉作业的安全风险。采用机制砂自密实片石混凝土技术，工人可以提前在浇筑仓面按技术要求摆放片石，然后浇筑自密实混凝土，这样避免了浇筑与抛石交叉作业，极大地降低了工人劳动强度，同时，也加快了浇筑施工速度，降低了工程造价，是值得推广的一项施工技术。根据试验段获得的数据与经验，贵州凯里经济开发区汽车城二期土地收储整理工程F区重力式挡土墙全部采用机制砂自密实片石混凝土技术进行浇筑施工，后期检测与验收资料数据显示，完全满足设计要求。

7 结语

机制砂自密实片石混凝土以优异的性能，保证了工程质量，加快了施工速度，简化了施工流程，降低了工程造价，符合当前社会发展的需求。

[参考文献]

[1] 陈雷.自密实片石混凝土挡墙技术简介[EB/OL].（2015-12-10）[2020-08-08].https：//wenku.baidu.com/view/787af9710508763230121289.html.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.自密实混凝土应用技术规程[EB/OL].（2015-03-15）[2020-08-08].https：//www.doc88.com/ p-648858792101.html.

[3] EFNARC.Specification and guidelines for Self-compacting concrete[EB/OL].（2020-02-26）[2020-08-08].https：//max. book118.com/html/2017/0902/131373440.shtm.

[4] OKAMURA H，OUCHI M.Self-compacting concrete development present use and future[C]//Stockholm：International RILEM Symposium on Self-compacting Concrete，1999.

[5] 张朝华.关于挡土墙施工的分析[J].建材发展导向，2001（2）：75-76.

[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.普通混凝土拌合物性能试验方法标准[EB/ OL].（2016-08-18）[2020-08-08].https：//max.book118.com/ html/2018/0514/166310665.shtm.

[7] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.普通混凝土力学性能试验方法标准[EB/ OL].（2003-01-10）[2020-08-08].https：//max.book118.com/ html/2019/0525/7066141014002030.shtm.