點擊藍字關(guān)注我們

本文選自《商品混凝土》雜志2024年第3期

自密實混凝土在南水北調(diào)二襯結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

陳龍，李洪萍，郭強

［摘 要］本文主要以北京市南水北調(diào)配套工程東干渠亦莊調(diào)節(jié)池擴建工程第四標段工程項目二襯結(jié)構(gòu)為例，通過優(yōu)化混凝土配合比，使其具備混凝土流動度 2 小時無損失、免振搗澆筑的工作性能來解決從出口至澆筑點約 550m，因運距長需采取小罐車二次倒運泵送施工的難題。依據(jù)自密實混凝土的主要技術(shù)指標，制定出使用優(yōu)選原材料進行生產(chǎn)，來提高混凝土工作性和減少澆筑時間保證質(zhì)量的技術(shù)路線。經(jīng)過原材料選優(yōu)和嚴格的反復(fù)比對試驗最終配制的自密實混凝土完全滿足設(shè)計和施工現(xiàn)場的要求。優(yōu)化后的自密實混凝土配合比在南水北調(diào)二襯結(jié)構(gòu)中進行應(yīng)用，保質(zhì)保量地順利完成了四標段二襯結(jié)構(gòu)工程任務(wù)，為以后在建筑工程中自密實混凝土的應(yīng)用積累了寶貴的實踐經(jīng)驗。

［關(guān)鍵詞］自密實混凝土；二襯；抗凍抗?jié)B；南水北調(diào)；施工技術(shù)

0 引言

隨著近幾十年來我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，出現(xiàn)了很多更具規(guī)模和功能性的建筑工程。對我國民生有較大影響力的建筑工程中，南水北調(diào)工程所起的作用毋庸置疑。在南水北調(diào)的工程建設(shè)中，自密實混凝土得到了深度擴展，其中主要應(yīng)用了大量的抗凍抗?jié)B自密實混凝土。為了保證水利工程主要輸水線路結(jié)構(gòu)的密實度，提高長期抗凍抗?jié)B等耐久性，延長使用壽命起到了至關(guān)重要作用，同時對自密實混凝土的工作性提出了新的要求，需要同時解決混凝土流動性、抗離析性、填充性與二次倒運坍落度損失快而容易造成實體外觀質(zhì)量缺陷的矛盾。在南水北調(diào)這類水利工程中不僅從混凝土配合比設(shè)計上進行優(yōu)化，還需盡可能的通過外加劑調(diào)整降低混凝土坍落度損失，來實現(xiàn)自密實混凝土的良好工作性和長期耐久性。本文通過自密實混凝土在南水北調(diào)水利工程中的應(yīng)用實踐，進一步豐富自密實混凝土在建筑工程中的應(yīng)用經(jīng)驗。

1 工程概述

北京市南水北調(diào)配套工程東干渠亦莊調(diào)節(jié)池擴建工程施工第四標段位于北京市東南部南海子郊野公園東側(cè)，調(diào)節(jié)池總調(diào)節(jié)容積260萬 m

第四標段主要包括調(diào)節(jié)池池體工程、池體擋墻工程、2#退水溢流口工程、2#退水溢流管工程（分為管線明挖段和淺埋暗挖段）、2#退水溢流管出口結(jié)構(gòu)、灌溉工程等施工內(nèi)容。經(jīng)研究決定，在淺埋暗挖段澆筑自密實混凝土來滿足施工技術(shù)要求和進度周期。

2 南水北調(diào)自密實混凝土的主要性能和配合比設(shè)計技術(shù)路線

2.1 自密實混凝土主要性能

在我國混凝土高速發(fā)展的過程中，具有功能性的混凝土建筑日漸突出，自密實混凝土更是得到了廣泛應(yīng)用，其本身具有均勻性、密實性和免振搗的特點，方便了有較大施工難度的結(jié)構(gòu)工程。混凝土的性能是決定施工質(zhì)量效果的內(nèi)在因素和前提條件。根據(jù)我公司以往生產(chǎn)自密實混凝土的經(jīng)驗，結(jié)合南水北調(diào)的工程施工特點，滿足二次倒運、免振搗的自密實混凝土主要性能如下：

（1）工作性能：混凝土出機坍落度220～260mm；擴展度650～750mm；T₅₀坍落擴展時間3～20s；V漏斗通過時間7～25s；U型箱320mm。要求混凝土具有良好的保水性、抗離析性、填充性，黏聚性適中，富有光澤感，呈現(xiàn)均勻、大流動性狀態(tài)，易于泵送，保證在免振搗狀態(tài)下混凝土的自流、密實性。

（2）倒運性能：要求2h內(nèi)混凝土沒有損失，2～3h擴展度不小于650mm。自密實混凝土通過大罐車自卸3m3進入小罐車，小罐車進入隧洞行駛450mm（隨著工程進度會逐步縮短），通過小型泵車進行泵送（倒運時間5～8分鐘），混凝土未出現(xiàn)石子下沉現(xiàn)象，流動性良好。

（3）力學性能：滿足C30W6F150自密實混凝土配制強度38.2MPa的要求。

（4）耐久性能：含氣量控制在(5.0±1.0)%內(nèi)，混凝土氯離子含量＜0.06%，單方混凝土堿含量3.0kg；硬化混凝土的電通量＜1000C，混凝土的體積收縮小，達到結(jié)構(gòu)防水抗?jié)B等級W6要求，耐久性良好。

2.2 自密實混凝土配合比設(shè)計技術(shù)路線

根據(jù)現(xiàn)場施工特點和圖紙技術(shù)要求，配制的混凝土精心選擇了高品質(zhì)混凝土原材料。配合比設(shè)計采用優(yōu)質(zhì)礦物摻合料粉煤灰、礦渣粉+聚羧酸高性能減水劑+引氣劑的方法，提高單位用水量，降低外加劑摻量，高水粉比改善了混凝土流動性、提高了混凝土的耐久性，通過試驗對比選定合適的水膠比，確定聚羧酸高性能減水劑和引氣劑的最佳摻量，以及粉煤灰和礦渣粉的合理摻量，使之滿足自密實混凝土現(xiàn)場施工要求和質(zhì)量保證。

3 原材料的選擇和配合比的設(shè)計及選定

3.1 原材料選用

依據(jù)《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 283—2012要求優(yōu)選原材料，結(jié)合我公司以往生產(chǎn)自密實混凝土的經(jīng)驗，需要各項原材料的性能穩(wěn)定、適應(yīng)性良好，才能保證自密實混凝土的良好工作性及實體拆模光滑密實。

（1）水泥

選用水泥需要顏色均勻穩(wěn)定、堿含量小于 0.6%，CA含量、游離的CaO和MgO量較低，符合《通用硅酸鹽水泥》GB 175—2017的現(xiàn)行國家標準，可提高混凝土的延伸性和控制堿含量。水泥要求強度富余系數(shù)大、活性好、標準稠度用水量低并且與外加劑的適應(yīng)性良好。本工程選用的是唐山弘也水泥有限公司的PO42.5普通硅酸鹽低堿水泥。

（2）減水劑

聚羧酸減水劑是迄今為止技術(shù)性能最好的減水劑，對混凝土的工作性能起到可調(diào)節(jié)的作用，能防止混凝土坍落度損失快而出現(xiàn)快速初凝的現(xiàn)象，低摻量下發(fā)揮較高的塑化效果，流動性保持性好，能降低混凝土收縮，具有良好的綜合技術(shù)性能優(yōu)勢及環(huán)保特點。本工程外加劑更需要具備包坍性好、與水泥適應(yīng)性強、混凝土收縮小等特點。選用了YG-1聚羧酸高性能減水劑標準型。

（3）引氣劑

特殊混凝土中摻入適量引氣劑，可改善混凝土拌合物和易性、保水性和黏聚性，提高混凝土流動性。其中引入的大量小氣泡均勻分布在混凝土結(jié)構(gòu)中，因其結(jié)構(gòu)好、半徑小、抗凍指標高，可提高混凝土的耐久性，同時混凝土的強度和耐磨性會有所降低。自密實混凝土中摻入適量引氣劑，可減少混凝土泌水和離析現(xiàn)象，提高混凝土的勻質(zhì)性，延長工程使用壽命。但對混凝土含氣量的控制很重要。選用了北京市建筑工程研究院有限公司的ANI型引氣劑。

（4）摻合料

優(yōu)質(zhì)的摻合料在配制特殊混凝土過程中是必不可少的重要原材料。優(yōu)質(zhì)的F類I級粉煤灰，不僅可以減少混凝土中水泥用量及減少水化熱、熱能膨脹性，而且可以改善混凝土的和易性，增強混凝土的可泵性，減少混凝土的徐變，提高混凝土的抗?jié)B能力。粉煤灰中的微珠顆粒具有較強的潤滑作用可改善自密實混凝土的流動性，提高密實度，填充在水泥顆粒之間，減少填充水增加混凝土的強度。出于對節(jié)能環(huán)保的考慮，選用天津軍糧城發(fā)電有限公司生產(chǎn)的F類I級粉煤灰。

較好的礦渣粉活性可提高混凝土的抗?jié)B性能和抗氯離子擴散性能，并可提高混凝土耐硫酸鹽侵蝕性能，降低混凝土水化熱，抑制混凝土堿骨料反應(yīng)，這對于有抗?jié)B抗凍要求的混凝土很重要。本工程優(yōu)選三河興達開元建材有限責任公司生產(chǎn)的S95級礦渣粉。

（5）骨料

依據(jù)《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》JGJ 52—2006的現(xiàn)行標準，粗骨料優(yōu)先選用5～16mm的低堿連續(xù)級配的山碎石。含泥量不大于 0.3%，泥塊含量為0%，針狀和片狀顆粒含量不大于10%。因考慮到混凝土的流動性，所以所選用的石子形狀圓潤均勻最好。細骨料選用質(zhì)地堅硬、級配良好的B類低堿活性天然中砂。通過0.300mm篩孔的砂不少于 15%，其含泥量不大于2.8%，泥塊含量為0%，氯離子含量不大于0.06%，細度模數(shù)：2.3～3.1。這些指標對混凝土的流動性和耐久性至關(guān)重要。

（6）拌合用水

來自生活用自來水廠的飲用水，符合《混凝土用水標準》JGJ 63—2006 規(guī)定和要求。

3.2 配合比的設(shè)計及選定

北京市南水北調(diào)配套工程的主要特點是蓄水量大對混凝土抗?jié)B性能有很高的要求，實體表面不能出現(xiàn)裂縫。自密實混凝土具有良好的穩(wěn)定性，澆筑前后均不離析、不泌水，粗細骨料均勻分布，保持了混凝土結(jié)構(gòu)的勻質(zhì)性，使水泥石與骨料、混凝土與鋼筋具有良好的黏結(jié)，保持混凝土的耐久性。本文主要是針對自密實混凝土免振搗的特點，從材料和混凝土和易性及較好的流動密實度相關(guān)技術(shù)指標來選用最佳配合比。要保持混凝土具有良好的穩(wěn)定性，粉體含量是關(guān)鍵。水膠比控制上，增加用水量，雖然會增大流動度，但黏性降低?；炷恋挠盟繎?yīng)控制在150～200kg/m之間。具體配合比見表1。依據(jù)《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 283—2012和《水工混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》DL/T 5330—2015，我們從材料本身性質(zhì)和已有經(jīng)驗考慮，對水膠比0.40、0.42和0.44，不同的膠材總量，不同的粉煤灰、礦渣粉摻量，進行對比試驗，砂率根據(jù)工作性調(diào)整，調(diào)整減水劑用量使出機擴展度保持在650～750mm，并監(jiān)測損失情況，結(jié)果見表2。

從表2可以看出，3組配合比都具有很好的流動性，但是從整體性能上看A1的填充性能弱，混凝土底部有粘黏，不利于混凝土流動，對自密實混凝土的外觀質(zhì)量會有影響；A3出機狀態(tài)不錯，但是2h經(jīng)時損失嚴重，相對現(xiàn)場2～3小時的施工時間，混凝土工作性不好，實體質(zhì)量無法保證。最后優(yōu)選出水膠比0.42的A2配合比作為自密實的基準配合比。

4 自密實混凝土在二襯中的質(zhì)量控制

南水北調(diào)配套工程第四標段的淺埋暗挖段隧洞二襯在模板頂部、斜上方45預(yù)留澆筑口。施工分為兩部分，先澆筑二襯中上部，待另一邊45預(yù)留小口出漿后，關(guān)閉兩端澆筑預(yù)留口，接著澆筑頂部，待頂部預(yù)留口出漿后停止?jié)仓６r結(jié)構(gòu)鋼筋剖析圖見圖1所示。在整個澆筑過程中混凝土入模后的坍落度控制在240～ 260mm，擴展度控制在 650～750mm， 流動快、流面廣，澆筑全過程免振搗，在底部和中部用橡膠棒適當敲打模板，以使整個二襯的光滑、密實。若坍落度太小，混凝土容易堆積在兩邊，造成底部不密實，形成孔洞。所以混凝土的流動性、填充的密實性，以及坍落度損失小顯得格外重要，成為澆筑過程的核心。

混凝土質(zhì)量生產(chǎn)控制：首先試驗員對砂石及粉料進行批量入場檢查；其次由質(zhì)檢開盤和試驗員進行首盤自密實混凝土的工作性能試驗，為了節(jié)省時間可同時進行兩項或三項試驗，在此過程中發(fā)現(xiàn)混凝土工作性指標不能滿足要求時，及時進行調(diào)整并反饋給質(zhì)檢部長，性能試驗合格后出廠，整個試驗過程控制在10～15分鐘完成。

現(xiàn)場施工主要分三部分：首先混凝土到達現(xiàn)場進行混凝土性能試驗（圖2），記錄試驗數(shù)據(jù)為后期配合比優(yōu)化和施工程序簡化都有重要的指導(dǎo)作用，現(xiàn)場混凝土試驗過程中發(fā)現(xiàn)試驗項目嚴重未達到技術(shù)指標范圍需進行退場，并通知攪拌站進行調(diào)整。其次小罐車裝載混凝土，需倒車進入隧道。小型罐車到達指定泵送位置用小型車載泵進行澆筑，需轉(zhuǎn)罐15～20s，防止運輸過程中因道路不平而導(dǎo)致石子有部分下沉。混凝土進入料斗后，技術(shù)人員觀察工作狀態(tài)并記錄運輸時間。最后從斜上方45澆筑，另一側(cè)預(yù)留口出漿后，關(guān)閉澆筑預(yù)留口，同時現(xiàn)場施工人員用橡皮錘分段進行敲打，防止局部有大氣泡。在澆筑過程中要觀察臺車是否上浮偏移，控制澆筑速度，通過端頭模滲水情況判斷倉內(nèi)液面高度，流動情況。隨后接著澆筑頂部，待頂部預(yù)留口出漿后，停止?jié)仓?，監(jiān)督混凝土灌注飽滿度，并要注意止水帶附近的混凝土振搗。

從現(xiàn)場實體拆模后的情況看，表面未出現(xiàn)大量氣泡，實體表面平整度12mm，蜂窩孔洞深度不超過20mm，未出現(xiàn)漏筋現(xiàn)象，鋼筋保護層均在規(guī)定范圍內(nèi)，混凝土結(jié)構(gòu)重要部位未出現(xiàn)缺損掉角現(xiàn)象。實體部分圖見圖 3。

5 結(jié)論

（1）在自密實混凝土大坍落度、免振搗的施工過程中，將混凝土黏聚性和流動性做到平衡是配合比設(shè)計中的另一個特殊指標，有利于提高施工效率，降低生產(chǎn)成本。

（2）自密實混凝土在現(xiàn)代建筑中的廣泛應(yīng)用，對其工作性要求越來越高，應(yīng)通過嚴格反復(fù)試驗來確定最優(yōu)配合比，并根據(jù)現(xiàn)場施工的特殊性，對混凝土工作性能進行調(diào)整，才能保證實體質(zhì)量。

（3）從技術(shù)和經(jīng)濟角度來看，優(yōu)質(zhì)原材料滿足工程的高標準要求，在工程施工中還需要各環(huán)節(jié)保持同等匹配的高品質(zhì)施工，才能實現(xiàn)創(chuàng)精品工程的目標。

參考文獻

[1] JGJ 52—2011．普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程[S]．

[2] DL/T 5330—2015．水工混凝土配合比設(shè)計規(guī)程[S]．

[3] JGJ/T 283—2012．自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S]．

[4] DL/T 5144—2015．水工混凝土施工規(guī)范[S]．

[5] JGJ 52—2006．普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準[S]．

供稿人：陳龍，李洪萍，郭強

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標準規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》行標

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術(shù)規(guī)程》CECS

《預(yù)拌混凝土使用說明書》團標

《砂漿和混凝土用石屑》團標

《預(yù)拌混凝土產(chǎn)品質(zhì)量追溯規(guī)范》團標

【會議培訓】

2025全國混凝土行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與廢棄物資源再生技術(shù)交流大會

第十屆全國建筑固廢和余泥渣土處理及資源化利用大會暨中國砂石協(xié)會建筑固廢利用分會年會

2025第二十一屆全國商品混凝土可持續(xù)發(fā)展論壇暨2025中國商品混凝土年會

預(yù)拌（商品）混凝土應(yīng)用技術(shù)和工藝技能線上培訓

混凝土（砂漿）試驗檢測方法實操教學線上培訓

【咨詢服務(wù)】

科技成果評價

預(yù)拌混凝土質(zhì)量追溯研究

高速公路及橋涵高性能混凝土技術(shù)咨詢

課題研究

研發(fā)中心建設(shè)

產(chǎn)品檢測

綠色建材產(chǎn)品認證

[綠滿庭院]《HJ建筑圍護結(jié)構(gòu)自保溫技術(shù)體系》推廣等

【建材“雙碳”業(yè)務(wù)】

低碳膠凝材料研發(fā)與制備

復(fù)合摻合料和再生復(fù)合摻合料研發(fā)與制備

建筑垃圾處置與資源化利用

建筑垃圾再生砂粉應(yīng)用技術(shù)

建筑垃圾再生輕粗骨料技術(shù)

碳化再生骨料制備技術(shù)

【期刊著作】

《新技術(shù)在混凝土中的應(yīng)用》圖書

《常見預(yù)拌混凝土質(zhì)量事故分析百例》圖書

《預(yù)拌混凝土企業(yè)標準化試驗室建設(shè)指南》圖書

混凝土技術(shù)發(fā)展中心（以下簡稱“中心”）隸屬建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所，主要職能是跟蹤分析和研究國內(nèi)外混凝土行業(yè)科技前沿動態(tài)，為全國混凝土行業(yè)開展技術(shù)服務(wù)工作，包括出版技術(shù)期刊、研究制定標準、開展技術(shù)咨詢、舉辦技術(shù)會議、承擔行業(yè)培訓、從事認證評價和開發(fā)研究等，中心是建材情報所主要業(yè)務(wù)部門之一。中心擁有員工10人，其中博士3人，正高職稱3人，副高職稱4人。中心掛靠的行業(yè)協(xié)會分支機構(gòu)包括中國散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會混凝土專業(yè)委員會、中國散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會預(yù)制建筑產(chǎn)業(yè)專業(yè)委員會、中國砂石協(xié)會建筑固廢利用分會、建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所雙碳研究中心。依托中心成立的平臺有預(yù)拌混凝土質(zhì)量追溯公共服務(wù)平臺、混凝土行業(yè)數(shù)字化服務(wù)平臺、中國商品混凝土行業(yè)企業(yè)專家委員會（擁有200余名行業(yè)一線專家）、北京砼享未來工程技術(shù)研究院（會員制技術(shù)和管理服務(wù)）。

中心每年參與多個混凝土技術(shù)咨詢和技術(shù)服務(wù)項目，包括雄安新區(qū)混凝土項目咨詢、河北省多個高速公路高性能混凝土技術(shù)咨詢、固廢基膠凝材料和再生復(fù)合摻合料研發(fā)和制備技術(shù)，以及數(shù)十個混凝土企業(yè)的技術(shù)服務(wù)工作。開展預(yù)拌混凝土綠色產(chǎn)品認證和科技成果評價工作。

咨詢電話：孫繼成 焦素芳 李海亮 13520073698 13521286915

聲明：本文系轉(zhuǎn)載自互聯(lián)網(wǎng)，請讀者僅作參考，并自行核實相關(guān)內(nèi)容。若對該稿件內(nèi)容有任何疑問或質(zhì)疑，請立即與鐵甲網(wǎng)聯(lián)系，本網(wǎng)將迅速給您回應(yīng)并做處理，再次感謝您的閱讀與關(guān)注。