C45 大体积自密实混凝土性能研究及应用

曾昌洪 陈 诚 蒲 鲲

（重庆华西易通建设股份有限公司技术研发中心， 重庆 400000）

0 前言

重庆北站位于重庆市江北新区，在既有重庆北站南站房北侧，新建站房建筑面积79945 平方米，商业夹层8510 平方米，城市通廊10320 平方米，南站房改造面积5200 平方米。新建站房基础，单次浇筑混凝土3000m3以上，属大体积混凝土，且工程设计为自密实混凝土，混凝土和易性要求极高。

自密实混凝土(Self-Compacting Concrete,简称SCC)，是指在浇筑过程中无需施加任何振捣，仅依靠混凝土自重就能完全填充至模板内任何角落和钢筋间隙的高性能混凝土[1]。本文在坚持大体积混凝土配合比设计原则的条件下设计自密实混凝土配合比，混凝土配合比满足自密实性能后还需满足抗裂要求。

1 原材料及测试方法

1.1 原材料

本工程选用海螺P.O42.5R 水泥，重庆綦江珞璜Ⅱ级粉煤灰，重庆祥众S95 级矿粉，贵州弘富贵硅灰。膨胀剂：武汉三源特种建材有限责任公司某镁质膨胀剂、重庆森轩建材有限公司某钙质膨胀剂。细骨料：结合材料情况，选用几种有代表性的机砂进行实验。粗骨料选用5-10mm 和10-20mm 两级配按比例搭配而成，筏板基础梁板结合部位钢筋极密，最小间距22mm，因此必须控制骨料粒径。5-10mm和10-20mm 粗骨料按5：5 比例搭配后级配较好，满足5-20mm 连续级配要求。

1.2 测试方法

砂石粗细骨料检测按照JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》进行检测，T500、V 漏斗通过时间、U 形箱高度按照CECS 203-2006《自密实混凝土应用技术规程》测试，坍落度、扩展度、倒筒时间参照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行检测，收缩实验方法参照GB/T 50082—2016《普通混凝土长期性能和耐久性性能试验方法标准》和GB/T 23439-2017《混凝土膨胀剂》进行，大体积混凝土温度裂缝控制参照《建筑施工计算手册》、《大体积混凝土施工规范》GB50496-2018 进行计算，泵送施工参照JGJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技术规程》进行。

2 C45 大体积自密实混凝土配合比设计

2.1 技术指标及测试方法

自密实微膨胀钢管混凝土作为一种高性能混凝土，除满足结构设计所需要求的强度和耐久性能外，更要满足良好的施工性，即高流动性、高粘聚性、坍落度损失小，免振达到自密实[3]。除对混凝土拌合物上述性能进行测试外，由于自密实混凝土的大流动性，容易在浇筑后造成泌水和离析现象，因此还需对表征混凝土抗离析性的拌合物离析率和表征拌合物间隙通过性的U 型箱高度Bh进行测试。根据工程特点及CECS 203-2006《自密实混凝土应用技术规程》，该自密实混凝土具体性能指标要求如下：扩展度（mm）：600＜SF≤680；T500(S)：2≤T500≤5；倒筒时间（S）：2～5；V 漏斗通过时间（S）：3～15；U 型箱高度(Bh)(mm)：≥320。

2.2 配合比方案设计

经过大量的试配，现将C45 自密实混凝土较有代表性的配合比及试验方案表示如下，为防止大体积混凝土收缩开裂，膨胀剂按推荐掺量掺加。

表1 配合比方案

2.3 配合比方案选择

表2 工作性能及强度试验结果

配合比设计重点考虑了高矿物掺合料、中矿物掺合料以及低矿物掺合料的3大主要胶凝体系，在不同胶凝体系中设计了不同砂率大小的配合比。由表1、表2可见，不同掺量的矿物掺合料的试验结果差异很大。高水泥用量、低矿物掺合料的编号1、2 试验组，坍落度、扩展度、抗压强度能够达到要求，但是V 漏斗通过时间、T500 以及U 形箱高度等指标不合格，说明该配合比填充性差、粘度太大流动速度不足、自密实性能达不到要求。中等掺量和高矿物掺合料的3-10 组，各项性能指标都能够满足要求，其中，高矿物掺合料试验组的粘性更低，流动性更佳，自密实性能最好，但是由于矿物掺合料太高，抗压强度富裕值较小。

砂率对自密实混凝土流动性、粘聚性、保水性以及填充性、抗离析性自密实性能有重大影响，随着砂率的增加扩展时间T500、V 漏斗通过时间逐渐先减小再增大，当砂率为0.49 时最小；随着砂率的增大，U 形箱高度、28d 抗压强度先增大再减小，在0.49 砂率时U 形箱高度最大，抗压强度最大。所以，当砂率为0.49时自密实混凝土流动性、间隙通过性、抗离析性、抗压强度值等均达到最优性能指标。

综上所述，得到最终确定的基准配合比如下：水：162kg/m3；水泥：310kg/m3;粉煤灰：65kg/m3;矿粉：95kg/m3膨胀剂：30kg/m3;细骨料：857kg/m3;粗骨料：891kg/m3;外加剂：9.9kg/m3.

3 裂缝控制

由于水泥水化引起混凝土温度升高以及大体积混凝土内部散热困难，往往会引起结构内外温差太大，最终导致温度裂缝的产生，严重影响结构的质量和安全。因此，大体积混凝土需控制温度裂缝的产生。

根据《建筑施工计算手册》、《大体积混凝土施工规范》GB50496-2018 中关于大体积混凝土施工中各理论温度计算公式，可分别计算出混凝土的最大绝热温升、混凝土中心温度、混凝土表层温度、弹性模量、最大温度应力等数值。具体计算过程比较繁琐，文本只列举计算结果。

标准规定：混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜大于50℃；混凝土浇筑块体的里表温差不宜大于25℃；混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于20℃。其中，控制温度裂缝的条件为：

式中：K——防裂安全系数，取K=1.15；

σz——自约束应力

σx——外约束应力

ftk(t)——混凝土抗拉强度

经计算，该配合比：混凝土最大绝热温升T(t)=37.81℃＜50℃；里表温差19.31℃＜25℃；表面与大气温差15.17＜20℃；最大自约束应力，最大外约束拉应力σx=0.28MPa，ftk(9)/K=2.11MPa，满足控制温度裂缝条件。

综上计算，该自密实配合比满足大体积混凝土各项控制指标要求，不会生成温度裂缝。

4 结语

（1）粗集料级配较差，以1：1 比例搭配大小石子基本满足连续级配要求。

（2）自密实混凝土宜适当提高砂率以增加砂浆层厚度，提高混凝土流动性。

（3）自密实混凝土宜提高矿物掺合料用量，改善混凝土和易性。

（4）本文中镁质膨胀剂补偿收缩性能明显优于钙质膨胀剂，可以满足大体积自密实混凝土收缩裂缝控制；通过计算，自密实配合比满足大体积混凝土各项温度裂缝控制条件。