自密實混凝土澆筑振搗施工

摘要：本文闡述了橋梁結構中配筋較多、振搗空間小、澆筑困難構件采用自密實混凝土施工的施工方法，并介紹自密實混凝土的原材料及配合比。

關鍵詞：自密實混凝土；配合比；澆筑；振搗

自密實混凝土由高性能混凝土發展而來，是高性能混凝土的一個分支。由于自密實混凝土可以不用振搗，靠拌合物自重就可以通過鋼筋等障礙物填充到模板的各個角落，因而在工業發達國家節約了價格較貴的專業技術工人工資，節約了振搗設備和電力，特別是大大降低了施工噪聲污染；因而發展很快，在日本及歐洲許多國家，自密實混凝土的澆筑量都已超過全部混凝土施工量的50％以上。

我國近十年來，已經在一些工程上有所應用。我們經過在橋梁構件中的試驗研究，探討自密實混凝土配合比的設計及施工澆筑振搗方法，供業界參考。

一、概況

1、工程概況

本工程主橋上部結構采用132m單跨預應力混凝土系桿拱，拱肋采用啞鈴型鋼管混凝土截面，系桿采用箱型斷面。其中混凝土系桿拱拱腳，由于其內部鋼筋比較密，拱腳內澆搗操作空間小、混凝土澆搗困難、施工質量難以得到保證等原因，經過業主、設計、監理、施工承包四方協調，確定采用自密實混凝土澆搗。

橋梁上部的跨徑布置為（3×25）m+ 132m+（3×20）m，其中主跨為下承式預應力混凝土系桿拱橋，東側引橋為25m跨徑后張法預應力混凝土空心板梁，西側引橋為20m跨徑先張法預應力混凝土空心板梁。

二、自密實混凝土原材料及其性能

與普通混凝土采用機械振搗時因觸變作用令骨料與砂漿之間的屈服剪切應力大幅減小，使振動影響區內的混凝土呈液化而流動并密實成型的道理相似，制備自密實混凝土的原理是通過外加劑、膠凝材料和粗細骨料的選擇搭配和配合比設計，使剪切應力減小到適宜范圍，同時又具有足夠的塑性與粘度，使骨料懸浮于水泥漿中，不出現離析和泌水問題，能自由流淌充分填充模型內的空間，形成密實且均勻的結構。自密實混凝土拌和物的特點是高流動性而無離析，因此流動性和抗離析性是互相矛盾的。如何達到流動性、抗離析性的平衡，是自密實混凝土配合比設計的關鍵。

自密實混凝土拌合物不僅要求有較大的流動性，而且還要求有較好的粘聚性。自密實混凝土的膠結材漿體要能充分包裹與分隔砂石的每一個顆粒，使砂、石懸浮在膠結材漿體中。因而自密實混凝土工作性就要求同時具備（1）流動性（2）抗離析性（3）間隙通過性⑷自填充性，這四種性能又稱自密實性。

1、自密實混凝土原材料的選擇

水泥：通過試驗及有關資料驗證，普通硅酸鹽水泥配制的自密實混凝土，較礦渣水泥、粉煤灰水泥配制的混凝土和易性、勻質性好，混凝土硬化時間短，混凝土外觀質量好，便于拆模，因此，水泥品種的選擇應優先選擇普通硅酸鹽水泥。一般水泥用量為350～450kg/m³。水泥用量超過500kg/m³會增大混凝土的收縮，如低于350kg/m³，則需摻加其它礦物摻合料，如粉煤灰、磨細礦渣等來提高混凝土的和易性。

礦物摻合料：自密實混凝土漿體總量較大，如單用純水泥會引起混凝土早期水化熱較大、混凝土收縮較大，不利于混凝土的體積穩定性和耐久性，摻入適量的礦物摻合料可彌補以上缺陷，并且可改善混凝土的工作性能。礦物摻合料包括如下幾種：

（1）石粉：石灰石、白云石、花崗巖等的磨細粉，粒徑小于0.125mm 或比表面積在250～800m²/kg，可作為惰性摻合料，用于改善和保持自密實混凝土的工作性能；

（2）粉煤灰：火山灰質摻合料，選用優質Ⅱ級以上磨細粉煤灰，能有效改善自密實混凝土的流動性和穩定性，有利于硬化混凝土的耐久性；

（3）磨細礦渣：火山灰質摻合料，用于改善和保持自密實混凝土的工作性，有利于硬化混凝土的耐久性；

（4）硅灰：高活性火山灰質摻合料，用于改善自密實混凝土的流變性和抗離析能力，可提高硬化混凝土的強度和耐久性。

細骨料：自密實混凝土的砂漿量大，砂率較大，如選用細砂，則混凝土的強度和彈性模量等力學性能將會受到不利影響，同時，細砂的比表面積較大將增大拌合物的需水量，也對拌合物的工作性產生不利影響，如果選用粗砂則會降低混凝土的粘聚性，故一般選用中砂或偏粗中砂，砂細度模數在2.5～3.0 為宜，砂中所含粒徑小于0.125mm的細粉對自密實混凝土的流變性能非常重要，一般要求不低于10%。

粗骨料：各種類型的粗骨料都可使用，最大粒徑一般不超過20mm。碎石有助于改善混凝土強度，卵石有助于改善混凝土流動性。對于自密實混凝土，一般要求石子為連續級配，可使石子獲得較低的空隙率。同時，生產使用的粗骨料顆粒級配保持穩定非常重要，一般選用5～20mm級配石灰巖機碎石。

外加劑：配制自密實混凝土常使用各類高效減水劑。摻入適量外加劑后，混凝土可獲得適宜的粘度、良好的粘聚性、流動性、保塑性。一般可選用如下幾種外加劑：

（1）萘系高效減水劑：較氨基磺酸系高效減水劑穩定性好，與水泥適應性廣泛，因此選取減水率在25%以上萘系高效減水劑或以其為主要組分的外加劑；

（2）增稠劑：二醇、酰胺、丙烯酸、多糖、纖維素等聚合物，一般用于低強度等級自密實混凝土，可適當增加混凝土粘度，提高混凝土的抗離析能力；

（3）引氣劑：當自密實混凝土要求抗凍時，需使用引氣劑，來提高混凝土的抗凍能力；

（4）膨脹劑：考慮到自密實混凝土因粗骨料粒徑小，砂率高，膠凝材料用量大，易導致混凝土自身收縮量大，因此宜加入8%~10%的膨脹劑，補充混凝土的收縮，減少混凝土開裂的可能性。

（5）水：采用潔凈的自來水。

2、配合比

（1）單位粗集料用量的選擇

流變性良好的自密實混凝土拌和物配合比應當有關鍵的兩個要素：較小的骨料體積含量和足夠粘度的砂漿，尤其粗骨料體積含量是控制新拌流動性混凝土離析的一個重要因素。具有較少粗骨料含量的拌和物對流動堵塞有較高的抵抗力，但粗骨料含量過小的混凝土，會使彈性模量下降，進而產生較大的收縮。因此應當在滿足流變性要求的前提下，盡量增加粗骨料用量。但粗骨料用量大時，拌和物間隙通過性能差而易堵塞，如圖1所示。試驗表明，普通混凝土的粗骨料用量（松堆體積）一般為0．600～0．700 ／ ，而自密實混凝土粗骨料的松堆體積為配合比設計的關鍵之一。0．500～0．600 ／ 時則可解決上述矛盾。上述粗骨料體積含量的確定是整個配合比設計的關鍵之一。

（2）砂率的控制

大量的試驗表明，自密實混凝土的砂率一般在45％～55％范圍內取值比較適宜，粗細骨料比以0．85～1．20較為合適。對于砂率的控制，根據美國混凝土專家P．K．Me—hta和P．C．Aitcin的觀點，高性能混凝土同時達到最佳的施工和易性和強度性能，其水泥漿與骨料的體積比應為35：65。

（3）試驗表明，砂子在砂漿中的體積含量超過42％以上，堵塞隨砂體積含量的增加而增加；當砂體積含量達到44％時，堵塞機率為100％。故砂漿中砂體積含量不能超過44％。小于42％時，可完全不堵塞，但砂漿的收縮隨砂體積含量的減小而增大，故砂子在砂漿中的體積應不低于42％，膠凝材料在漿體中的體積含量不高于58％。

（4）膠凝材料和水

首先要根據強度要求確定水膠比。由有關文獻可知，對摻加摻合料如粉煤灰、強度等級不超過C50的高強自密實混凝土，混凝土強度與水膠比 有線性關系的假設仍是成立的，根據混凝土配制強度可導出水灰比（或水膠比）的近似計算公式：

式中： 為混凝土的配制強度； 為水泥的實測強度’ 為水灰比[或水膠比]； 為回歸系數，對碎石混凝土， =0．48， =0．52；對卵石混凝土， =0．50， =0．61。

要滿足自密實混凝土的流動性要求，水膠比一般根據經驗在0．30-0．40之間取值，且用水量不宜超過200 kg／ 。可用礦物摻合料調節混凝土強度和拌物的粘度。

為保證澆筑過程中混凝土能穿過窄小的空隙，自密實混凝土采用中粗砂、顆粒級配5～20mm的石子、高效減水外加劑和活性細摻合料等配制（見配合比表）。

自密實砼的擴展度如能保持在550±75mm就能保持砼的高流淌性，使砼有自平衡能力去填充模內空間，僅加輔助振搗即可達到砼密實的要求。施工中混凝土的擴展度不宜過大，能有效流動填充拱腳內空間即可。

配合比

原材料

水泥

砂

石

水

粉煤灰

外加劑

礦粉

每立方砼用量（kg）

423

705

970

50

50

7.45

100

重量比

1.00

1.67

2.29

0.34

0.12

1.76%

0.24

擴展度

550±75

砂率

42%

說

明

水" 泥：PO 42.5 海螺牌

粉煤灰：""" 二級灰

黃" 砂：""" 中砂

外加劑：""nbsp; RP325

石" 子：5～20" mm連續級配顆粒

礦" 粉：""" S95

水 ：""" 水

當原材料品種規格發生變化，本配合比無效。

3、自密實混凝土的工作性能

1）自密實混凝土工作性能

自密實混凝土（Self-Compacying"Concrete，簡稱SCC）是高性能混凝土的一種，也有人稱為高流態混凝土。自密實混凝土拌和物工作性包括以下四個方面：流動性、抗離析性、間隙通過性和自填充性。它的主要性質是混凝土拌和物具有很高的流動性而不離散，不泌水，能靠自重自行填充模板內空間，且對于密集的鋼筋和形體復雜的結構都具有良好的填充性，能在不經振搗（或略作插搗）的情況下，形成密實的混凝土結構，并且還具有良好的力學性能和耐久性能。

2）抗滲性和抗凍性

自密實混凝土的水膠比小，自填充性好，結構很致密，因此其抗滲性和抗凍性等級高，耐久性好。

3）干燥收縮性

自密實混凝土由于粗骨料用量較一般混凝土少，粉體材料用量大，用水量也大，干燥收縮會比普通強度等級混凝土的收縮要大，但差距不大。

4）抗碳化性

在自密實混凝土中，由于摻入了大量的外摻料，將降低混凝土結構的堿度，從這方面講，它的抗碳化性能將降低。但由于其水膠比低，結構致密，就大大增強了其抗碳化性能。因此其混凝土結構總體來講，它的抗碳化性良好。

5）拱腳澆筑成果

自密實混凝土從80年代在日本開始應用于建筑工程施工后，90年代我國就開始引進，在建筑工程施工應用后，已有一整套自密實混凝土配制、施工的經驗，使用后效果能夠滿足設計和使用功能要求。

系桿拱拱腳由于鋼筋過密、難以保證澆筑質量，通過各方認證采用自密實混凝土澆筑工藝施工，施工簡便，實體無孔洞、無縫隙、無裂紋、表面光潔、感官質量符合要求（見下圖），證明自密實混凝土用于本工程施工是可行的，在復雜環境下是可操作的，只要通過精心和合理的施工操作，質量是能夠得到保證的。

三、自密實混凝土的施工方法

1、自密實混凝土試拌

確定出自密實混凝土的配合比后，應進行試拌，每盤混凝土的最小攪拌量不宜小于25L，同時應檢驗拌合物工作性，工作性能檢測包括坍落度、坍落擴展度，必要時可采用模型及配筋模型試驗等方法測評拌合物的流動性、抗分離性、填充性和間隙通過能力。選擇拌合物工作性滿足要求的3個基準配比，每種配合比。

制作兩組以上試塊，標養至7d、28d進行試壓，以28d強度為標準檢驗強度。

根據試配結果對配合比進行調整，選擇混凝土工作性、強度指標、耐久性都能滿足相應規定的配合比。

2、模板和設備準備

由于自密實混凝土流動性大，混凝土凝結以前可持續對模板產生較大的側壓力，所以模板要有足夠的強度、剛度和穩定性來滿足流態混凝土所產生的側壓力，不得有低于最高澆筑表面的開放部分或缺口，模板間的縫隙不得大于2mm。施工前攪拌站及施工單位技術人員應檢驗模板直立、鋼筋及保護層厚度等情況，對影響混凝土澆筑的問題及時處理。

根據現場情況合理布置混凝土泵，保證混凝土澆筑順利和均勻布料的需要。

3、施工工藝

（1）自密實混凝土生產

生產自密實混凝土必須使用強制式攪拌機?；炷猎牧暇粗亓坑嬃?，每盤混凝土計量允許偏差為水泥±1%，礦物摻合料±1%，粗細骨料±2%，水±1%，外加劑±1%。

攪拌機投料順序為先投細骨料、水泥及摻合料，然后加水、外加劑及粗骨料。應保證混凝土攪拌均勻，適當延長混凝土攪拌時間，攪拌時間宜控制在90~120s 內。加水計量必須精確，應充分考慮骨料含水率的變化，及時調整加水量。

砂、石骨料級配要穩定，供應充足，篩砂系統用孔徑不超過20mm的鋼絲網，濾除其中所含的卵石、泥塊等雜物，每班不少于兩次檢測級配和含水率，并及時調整含水率。骨料露天堆放情況下，雨天不宜生產施工，防止含水率波動過大，混凝土性能不易控制。

每次混凝土開盤時，必須對首盤混凝土性能進行測試，并進行適當調整，直至混凝土性能符合要求，而后才能確定混凝土的施工配合比。

在自密實混凝土生產過程中，除按規范規定取樣試驗外，對每車混凝土應進行目測檢驗，不合格混凝土嚴禁運至施工現場。

（2）自密實混凝土運輸

自密實混凝土的長距離運輸應使用混凝土攪拌車，短距離運輸可利用現場的一般運輸設備。必須嚴格控制非配合比用水量的增加。攪拌車在裝入混凝土前必須仔細檢查，筒體內應保持干凈、潮濕，不得有積水、積漿。

在運輸過程中嚴禁向車筒內加水，應確?；炷良皶r澆筑與供應，合理調配車輛并選擇最佳線路盡快將混凝土運送到施工現場，對超過120min 的混凝土，司機必須及時將情況反映給技術人員對混凝土進行檢查。

（3）自密實混凝土的泵送和澆筑

混凝土輸送管路應采用支架、氈墊、吊具等加以固定，不得直接與模板和鋼筋接觸，除出口外其他部位不宜使用軟管和錐形管。

混凝土攪拌車卸料前應高速旋轉60～90s，再卸入混凝土泵，以使混凝土處于最佳工作狀態，有利于混凝土自密實成型。

泵送時應連續泵送，必要時降低泵送速度，當停泵超過90min，則應將管中混凝土清除，并清洗泵機。泵送過程中嚴禁向泵槽內加水。

在非密集配筋情況下，混凝土的布料間距不宜大于10m，當鋼筋較密時布料間距不宜大于5m。每次混凝土生產時，必須由有專業技術人員人在施工現場進行混凝土性能檢驗，主要檢驗混凝土坍落度和坍落擴展度，并進行目測，判定混凝土性能是否符合施工技術要求，發現混凝土性能出現較大波動，及時與攪拌站技術人員聯系，分析原因及時調整混凝土配合比。

采用塔吊或泵送卸料時，在墻體附近搭設架子，采用可供卸料的專用料斗放料，不宜直接入料，防止對模板的沖擊太大，出現模板移位。

澆筑時下料口應盡可能的低，盡量減少混凝土的澆筑落差，在非密集配筋情況下，混凝土垂直自由落下高度不宜超過5m，從下料點水平流動距離不宜超過10m。對配筋密集的混凝土構件，垂直自由落下高度不宜超過2.5m。

混凝土應采取分層澆筑，在澆筑完第一層后，應確保下層混凝土未達到初凝前進行第二次澆筑。

自密實混凝土本身具有高流動、抗離析、間隙通過和自填充密實的性能，不需震搗就能自流平填充密實，為防止在澆灌時有氣泡裹入不易排出產生空洞或縫隙，在現實施工過程中，加以輕微震搗能使混凝土的質量有所提高。根據我司以往對自密實混凝土的施工經驗，以“易于澆搗、密實而不離析和安全有效”為原則，確定采用以下方法施工：

①拱腳柱體模板采用定型鋼模板拼裝，用槽鋼加固。模板表面涂刷脫模劑，模板接縫處貼雙面膠。

②選擇無雨天氣澆筑混凝土。澆筑前拱底用砂漿接漿，砂漿所用水泥、細骨料、外加劑的配合比必須與自密實混凝土所用相同。

③拱腳采用泵送自密實商品混凝土澆搗。澆搗時把輸送管出口放置與拱腳頂模板內測，沿勁性拱腳邊均勻灌筑混凝土，灌入一半以后用振動棒插入底部邊拔邊振，稍作振搗排出混凝土中的氣泡；振搗后拔出振動棒再澆灌上半部混凝土，拱體灌滿后在插入振動棒至中間部位以下500~800mm邊拔邊振搗，使混凝土中的氣泡排出。

④對振動棒無法插入的部位，用木槌敲擊模板、鋼柱、鋼筋或外置震動器等輔助手段，使拱腳內混凝土體產生震動波，促使氣泡排出即可（見下圖）。

⑤清除拱腳頂部浮漿，用土工布或塑料布覆蓋。

⑥澆筑速度不要過快，防止卷入較多空氣，影響混凝土外觀質量。在澆筑后期應適當加高混凝土的澆筑高度以減少沉降。

⑦自密實混凝土應在其高工作性能狀態消失前完成泵送和澆筑，不得延誤時間過長，應在120min內澆筑完成。

（4）自密實混凝土的養護

自密實混凝土澆筑完畢后，應及時加以覆蓋防止水分散失，并在終凝后立即灑水養護，灑水養護時間不得少于7d，以防止混凝土出現干縮裂縫。

冬季澆筑的混凝土初凝后，應及時用塑料薄膜覆蓋，防止水分蒸發，塑料薄膜上應覆蓋保溫材料。

模板應在混凝土達到規定強度后方可拆除，拆除模板后應在混凝土表面涂刷養護劑進行養護。

4、自密實混凝土質量標準

自密實混凝土的質量檢驗包括混凝土拌合物工作性檢驗和硬化后混凝土的質量檢驗。

（1）自密實混凝土拌合物的工作性檢驗

混凝土拌合物現場質量驗收應優先選用坍落擴展度和L型儀或坍落擴展度和U型儀的檢測方法進行綜合測試評價?？梢罁礼B/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行混凝土取樣，并檢測混凝土坍落度和坍落擴展度，同時觀察混凝土的粘聚性和保水性，是否離析和泌水，根據拌合物性能進行混凝土配合比調整。

自密實混凝土坍落擴展度與屈服應力有關，反映了拌和物的變形能力和流動性。坍落擴展速度反映了拌和物的粘性，與塑性粘度相關；坍落擴展快，反映粘度小，反之，粘度大。擴展度應控制在550±75mm，坍落擴展速度一般在3-12秒；坍落擴展后，粗骨料應不偏于擴展混凝土的中心部位，漿體和游離水不偏于擴展混凝土的四周。施工中自密實混凝土的擴展度不宜過大，能有效流動填充柱內空間即可。

（2）硬化混凝土質量檢驗

①試塊制作方法：強度、抗滲、收縮、抗凍等試塊制作所用試模與普通混凝土相同；試塊制作過程中，成型時無需振搗，分兩次裝入，中間間隔30s，每層裝入試模高度的1/2，裝滿后抹平靜置24h，轉入標養室養護到28d 齡期即可。

②硬化混凝土的力學性能應按現行國家標準GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行檢驗，并按現行國家標準GBJ107-1987《混凝土強度檢驗評定標準》進行合格評定。

③硬化混凝土的長期性能和耐久性應按GBJ82-1985《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》進行檢驗。

四、質量控制

1、自密實砼具有高流淌性，坍落度大，施工期間的模板側壓力大，因此外模板須保證較高強度和抗變形能力，以免出現脹模，施工中確定采用定型鋼模施工。施工中對每根柱子的模板尺寸、保護層、平整度、拼縫、脫模劑使用等均須認真檢查，防止外形尺寸變化、漏漿和脫模劑涂刷不均勻導致混凝土的離析。

2、定型鋼模進場后先對模板尺寸和質量進行驗收，軸線尺寸、垂直度、表高等是否符合要求，拱腳模板接縫、拱腳根部應接縫嚴密并塢腳。

3、由于混凝土水固化后溫度較高，需水量和收縮比較大，必須加強前期養護，澆搗后柱頂用土工布或塑料布遮蓋，并適當灑水，適當延長拆模時間，以防止混凝土中的水蒸汽流失和保證拆模時混凝土有一定的強度，以免出現混凝土表面開裂和損壞混凝土表面及棱角。拆模后應立即灑水用薄膜包裹養護

4、混凝土攪拌機和運輸車在工作前應清洗干凈，防止混凝土離析；混凝土運輸車進入現場時應審查隨車技術資料，并抽測擴展度，符合要求方可使用。

5、為防止混凝土下落后離散無漿和新老混凝土接觸處不粘接，澆搗前拱腳下層底必須接漿，接漿厚度50mm左右。

6、澆搗時選用直徑30～50振搗棒振搗，對能進行機械振搗的部位，均按規程稍微振搗；對振搗棒無法達到的部位可用木錘敲擊側模和鋼柱、鋼筋輔助振搗，以幫助排除砼內氣泡，防止過分震搗造成混凝土離析。

7、從砼的攪拌到澆筑必須在2小時以內完成，超過初凝期的砼禁止澆灌。

8、由于自密實混凝土坍落度大，為保證混凝土質量、防止混凝土離析，柱模內有水以及下雨天氣禁止澆筑。

五、施工安全

1、夜晚施工必須有足夠的照明。

2、無電工證的人員不得亂接電器設備。

3、工前對施工機械設備進行檢查，不得帶病操作。

4、崗前對作業工人進行安全技術交底，在掌握技術要領后方可上崗施工。

5、作業工人工作中必須穿好防滑、隔電膠鞋，帶好隔電橡膠手套，預防觸電事故的發生。

6、酒后不得上崗，高空作業必須遵守高空作業的安全規定。

六、結語

1、提出自密實混凝土工作性的特點，除要求大流動性外，還要求具備一定的粘聚性。具體體現為：（a）流動性（b）抗離析性（c）間隙通過性（d）自填充性。

2、解決拌合物流動性與粘聚性的主要方法為：（a）選擇優質高效減水劑；（b）增加粉體量與漿體量；（c）必要時選用增稠劑。

3、通過砂石選擇，明確了配制自密實混凝土漿體量、砂率與石子量的關系，并強調配制自密實性混凝土必須要求砂石有較好的粒形與級配。

4、介紹了合理設計自密實混凝土配合比的方法及步驟。

5、自密實混凝土現廣泛應用于工業與民用建筑工程中，配制自密實混凝土首先應從配制原理入手，優選適宜的原材料，進行混凝土試配工作。當確定出合適的配合比后，應密切關注生產、運輸、澆筑過程，這樣才能夠保證自密實混凝土的工作性能和硬化后力學性能，從而滿足施工要求。

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