自密实混凝土在厚重结构中的应用

李贺龙，成桂琳，郭建婷，丁旦斌，剡江伟

（中核华辰建筑工程有限公司，西安 712000）

1 引言

厚重结构是工业厂房、桥梁等工程中的基础结构，以现浇结构为例，工业厂房工程设计时，多采用钢筋混凝土墙、柱结构作为建筑承重体系，以提高建筑承重柱的稳定性与实际承载能力，有效承载建筑上部荷载与两侧荷载，保证建筑的整体稳固性。

2 自密实混凝土概述

2.1 原理

混凝土在水泥熟化反应过程中会产生气孔，影响混凝土的密实度，也会导致混凝土固结后形成裂缝、缩孔与缺陷，需要通过人工或机械振捣减少混凝土中的气孔数量、 缩小气孔孔径，从而提高混凝土密实度。浇筑自密实混凝土时，可在自重作用下压缩气孔孔径、控制气孔数量，无须人工或机械振捣实现混凝土的自密实[1]。

2.2 自密实混凝土性能要求

根据T/CECS 203—2021《自密实混凝土应用技术规程》，自密实混凝土拌合物可按照性能分成SF1、SF2、SF3 三个等级。拌合物详细性能指标见表1。

表1 自密实混凝土性能要求

2.3 应用范围

自密实混凝土应用在桥梁工程桥墩、桥面板、桥台等厚重结构承重部位，可利用自密实混凝土的高密实度、高强度等优点保证上述厚重结构的施工质量； 应用在工业厂房建筑工程的墙体、承重柱、梁板等厚重结构承重部位，可利用自密实混凝土的流动性与均匀性省略工业厂房建筑厚重结构混凝土振捣工作，保证厂房建筑厚重结构的施工质量。

3 自密实混凝土在厚重结构中的设计

自密实混凝土良好的流动性使得其在自重作用下均匀流动、有效压缩气孔数量与孔径大小，从而达到高密实度、高强度等目的[2]。良好的流动性是应科学合理设计自密实混凝土的水胶比、砂率、配合比等规格参数，避免在搅拌过程中出现离析或泌水现象，影响混凝土浇筑的稳定性，同时避免自密实混凝土在固结硬化后出现弹性模量低、分布均质性差等质量问题。

3.1 水胶比

厚重结构中的自密实混凝土设计时，应追求低水胶比，通常应将水胶比控制在0.4～0.5，这样不仅可以保证自密实混凝土的流动性较好，在自重作用下均匀流动形成高密市混凝土，还可以保证自密实混凝土的用水量合理控制，保证混凝土的坍落度与扩展度符合施工标准要求。

3.2 坍落度

坍落度与扩展度会影响自密实混凝土在搅拌过程中的质量，以及混凝土浇筑硬化后的稳定性，通常应将自密实混凝土的坍落度控制在230～270 mm。在确保坍落度的基础上，测算扩展度，首先提起坍落度筒，再测定相互垂直的两个方向上的混凝土拌合物，最后测量平面上最终流动宽度的平均值。应合理控制自密实混凝土的扩展度在600～700 mm。

3.3 砂率

自密实混凝土的砂率直接关系到扩展度，考虑到扩展度会影响稳定性与耐久性，自密实混凝土在厚重结构中的应用设计应保证高砂率。经实证研究发现，自密实混凝土的砂率越高，扩展度越大，砂率达到50%后，自密实混凝土的扩展度增加不明显，因此，在实际施工时可控制自密实混凝土的砂率在40%～50%[3]。

3.4 材料

自密实混凝土的配制涉及水泥、骨料、石粉、粉煤灰、外加剂等材料，不同材料的规格要求以及用量不同。以水泥为例，应选用普通硅酸盐水泥，用量在450～500 kg/m3，以免水泥用量过多或过少导致自密实混凝土收缩性与和易性受影响。此外，骨料也是自密实混凝土配置的重要原材料，应严格控制骨料砂的细度模数、细粉含量以及级配标准，保证自密实混凝土的流变性与密实性。自密实混凝土中，需利用矿物掺合料降低混凝土早期水化热，减少自密实混凝土收缩，保证各项性能。矿物掺合料的用量需严格控制在15%～20%。通常应控制外加剂的用量在1%～2%，并根据外加剂类型合理调整使用量。

3.5 配合比设计

对自密实混凝土进行优化设计，考虑粉煤灰矿粉复掺（FA-SP），以及粉煤灰石灰石粉复掺（FA-LP）对混凝土性能的影响，配合比见表2。

表2 优化配合比 kg/m3

FA-SP 为20%矿粉和20%粉煤灰复掺，效果较好，扩展度达到690 mm，T500=4.3 s（混凝土流到刻度为500 mm 的圆环处结束计时读取流动时间即为T500），试验结果如图1 所示。

图1 坍落扩展度（FA-SP 组）

FA-LP 为20%粉煤灰和10%石灰石粉复掺，效果较差，扩展度为670 mm，但J 环堵塞严重，试验结果如图2 所示。

图2 坍落扩展度（FA-LP 组）

试验结果显示，掺入矿粉对于增强自密实混凝土的间隙通过性有较明显效果，而粉煤灰与石灰石粉双掺对比单掺粉煤灰，坍落扩展度有小幅提升，但间隙通过性能下降。表3 为试验混凝土28 d 抗压强度。

表3 抗压强度 MPa

4 自密实混凝土在厚重结构中的施工

4.1 混凝土搅拌

自密实混凝土按照上述配合比选配后，需按顺序投料搅拌，先后顺序分别为细骨料、水泥、掺合料、水、外加剂、粗骨料等。利用搅拌机对上述原料进行充分搅拌，搅拌时长可控制在120 s 内。搅拌过程中，需及时观察混凝土搅拌情况，适量调整加水量保证配制质量。混凝土配制结束后，需对首盘自密实混凝土的性能进行测试，测试方式包括目视检验与参数量化检验。根据检验结果适当调整各原料配合比，提高混凝土配置的合理性与质量[4]。

4.2 混凝土运输

自密实混凝土在运输过程中，应保持车厢内的湿度与温度，同时施工单位应统筹好混凝土配制与混凝土运输的衔接时间，确保混凝土搅拌出料至厚重结构浇筑之间的时长在2 h 以内，以免自密实混凝土因质量问题影响厚重结构的施工质量。

4.3 混凝土浇筑

自密实混凝土浇筑之前需进行坍落度与扩展度检查，在正式浇筑之前，需要在搅拌车内对自密实混凝土进行二次搅拌，以达到最佳工作性能，方便浇筑后自密实成型，保证浇筑质量。此外，厚重结构的自密实混凝土浇筑应分层进行，合理控制每层浇筑高度在800 mm 以下，每层浇筑后留出5 min 用于自密实成型。浇筑时，应合理控制浇筑下料口的高度，尤其是在高层建筑厚重结构施工中，应尽量压低下料口，减小自密实混凝土的自由下落高度。当结构配筋过密，混凝土的黏聚性较大时，为保证混凝土密实性，可在模板外侧通过敲击等辅助振捣方式增加混凝土的流动性和密实性。

5 自密实混凝土在某厚重结构中的应用实例

某厂房建筑共有地上5 层，净高4.5 m，墙厚1 000 mm，板厚2.2 m。考虑到钢筋间距较小，无法插入振捣器进行混凝土振捣，常规混凝土浇筑时，会在自由落体过程中产生离析现象，影响混凝土性能，因此，在本项目中采用C30 自密实混凝土，并根据上述步骤设计自密实混凝土的各项参数与配合比，并在混凝土配制、运输、浇筑与养护过程中抓好上述关键事项。

6 结语

自密实混凝土是有效解决工程结构中混凝土成型过程无法振捣的重要材料，合理设计厚重结构的相关技术参数，重视施工要点，可有效提高自密实混凝土的施工质量。施工单位需根据现场实际的施工条件，综合考虑厚重结构的承载力要求、自密实混凝土性能与经济效益等，合理应用自密实混凝土，保证厚重结构的施工质量。