大體積自密實混凝土在地下變電站工程中的應用

焦賀軍

上海建工材料工程有限公司 上海 200086

1 工程概況

上海虹楊500 kV輸變電及管理用房工程地下室為地下連續墻與鋼筋混凝土內襯墻兩墻合一的疊合墻，采用全逆作法工藝施工，施工難度大。北側工井位置內襯結構墻厚1 400 mm，其余內襯結構墻厚1 000 mm，為大體積混凝土，支模后需在墻體上層樓板開槽開孔灌注混凝土，對混凝土的石子粒徑和工作性要求非常高。針對這一情況，決定采用大體積自密實混凝土的方案。

2 技術路線

自密實混凝土的技術難點在于既要滿足混凝土流動性的要求，也要有一定的黏聚性和保水性[1-4]。另外，配比設計還要兼顧大體積混凝土的設計要求。最終確定混凝土技術方案為：外圍內襯墻混凝土采用C40自密實混凝土，抗滲等級P10，設計齡期45 d，擴展度650 mm±75 mm，粗骨料采用粒徑5～20 mm碎石。為配制性能優良的大體積自密實混凝土，主要采用以下4種技術措施：

1）通過礦粉和粉煤灰的雙摻改善混凝土的流變性能。

2）采用聚羧酸高效外加劑，配制大流動性混凝土。同時外加劑復配了適量的增稠組分，可以有效降低混凝土離析泌水的風險。

3）確定合適的砂石體積，讓骨料在漿體內均勻分布，并完全被漿體包裹，砂石可以通過漿體潤滑層流動，均勻地充滿模板的各個角落。

4）在膠凝材料中使用大摻量的摻合料取代水泥，盡可能減少水泥用量，降低混凝土的絕熱溫升。

綜合應用以上4種技術措施，配制出大體積自密實混凝土，主要著力解決了自密實混凝土大流動性與黏聚性和保水性之間的矛盾、大體積混凝土的溫升和裂縫控制兩個方面的問題。

3 大體積自密實混凝土的原材料選擇

1）水泥：采用德清南方水泥有限公司生產的P.O 42.5水泥，技術指標為細度1.5%、標準稠度用水量27.2%、初凝時間110 min、終凝時間190 min、3 d抗壓強度26.5 MPa、28 d抗壓強度51.2 MPa、3 d抗折強度5.7 MPa、28 d抗折強度9.1 MPa。并按現行的國家標準GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》進行驗收。

2）礦粉：采用上海寶田新型建材有限公司生產的S95級礦粉，該礦粉28 d活性指數大于95%，并按現行國家標準GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》進行驗收。

3）粉煤灰：采用上海電橋實業有限公司生產的Ⅱ級磨細粉煤灰，并按現行國家標準GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》進行驗收。

4）黃砂：采用安徽蕪湖產中砂，細度模數2.3以上，屬于Ⅱ區，含泥量不大于3.0%。質量指標按JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》的要求進行驗收。黃砂的技術指標為細度模數2.4、含泥量2.2%、泥塊含量0.2%、表觀密度2 660 kg/m3、堆積密度1 540 kg/m3、孔隙率42%。

5）碎石：采用福建產5～20 mm連續粒級碎石，針片狀顆粒含量不大于8%，含泥量不大于1.0%，泥塊含量不大于0.5%。質量指標按JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》的要求進行驗收。碎石的技術指標為顆粒粒級5～20 mm、含泥量0.3%、泥塊含量0.1%、表觀密度2 720 kg/m3、堆積密度1 530 kg/m3、孔隙率44%、針片狀顆粒含量7%、壓碎指標6%。

6）外加劑：采用上海建工材料工程有限公司生產的TX600型聚羧酸高效外加劑，混凝土減水率25%左右，其質量符合GB 8076—2008《混凝土外加劑》的要求。

7）水：采用自來水。

4 大體積自密實混凝土配合比設計

配合比設計計算中依據JGJ/T 283—2012《自密實混凝土應用技術規程》，采用固定砂石體積法。自密實混凝土膠凝總量一般在400～550 kg/m3，要達到C40強度配制要求，基準配合比的膠凝總量取值450 kg/m3。大體積混凝土中提高摻合料比例可以降低混凝土絕熱溫升，但是作為墻板，摻合料不宜太高，初步確定摻合料比例不超過45%。單摻礦粉混凝土容易離析泌水，保水性差，若再摻入一定量的粉煤灰，混凝土的流變性能、和易性都可以得到改善。綜合考慮，礦粉摻量取22%，粉煤灰摻量取20%，設計擴展度為650 mm±75 mm，確定每立方米混凝土中粗骨料體積取值為0.33，外加劑摻量取1.2%?；炷临|量配合比為：水∶水泥∶黃砂∶碎石∶粉煤灰∶外加劑∶礦粉=160∶260∶865∶900∶90∶6.3∶100。

將基準配合比的水膠比上下調整0.02，得到另外2組配合比，進行混凝土小試試拌。對于自密實混凝土與普通混凝土的區別就是要詳細考察混凝土的流變性能，本試驗主要通過混凝土坍落度、擴展度以及倒錐試驗來表征。3組配合比的混凝土性能如表1所示。

表1 3組配合比混凝土性能

石子在漿體中均勻分布，漿體對石子的包裹性良好，邊緣沒有泌漿，無離析泌水現象。將坍落度筒翻轉做倒錐試驗，將混凝土一次性裝滿坍落度筒，緩慢提起，用秒表計時，混凝土均在10 s以內自由下落排空。

3次試拌的混凝土中，基準配合比滿足試配強度要求且符合經濟性原則，故確定為最終配比。

5 大體積自密實混凝土絕熱溫升計算

混凝土絕熱溫升會產生溫度應力引發溫度裂縫，計算混凝土絕熱溫升對控制溫度裂縫很有指導意義。依據GB 50496—2009《大體積混凝施工規范》計算大體積自密實混凝土的最大絕熱溫升為49.6 K。混凝土內部最高溫度預計在56.9～61.9 ℃，施工現場實測最高溫度55 ℃。

6 混凝土質量控制技術措施

大體積自密實混凝土要取得好的效果，主要遵循材料優選、配合比精心設計、小試反復驗證、生產過程嚴格控制的原則。

1）優選混凝土原材料，選用普通硅酸鹽水泥，黃砂用細度模數2.3以上的中砂，采用5～20 mm連續粒級石子，并嚴格控制砂石含泥量。

2）生產過程中采用電腦控制計量，其具備的計量超標報警功能，能有效保證計量的準確性。

3）大體積自密實混凝土生產采用專料專用、定機生產的措施。按照混凝土計劃要求，提前做好各種材料的備料、專用材料的翻倉、上料等準備工作。

4）試驗室強化生產過程質量跟蹤。首車取樣檢測擴展度指標，出廠擴展度控制在700 mm左右，對混凝土的工作性指標進行評價，如砂、石發生質量波動，再根據實際情況進行砂石料的計量復配、砂率調整、外加劑的摻量調整等，并在調整后繼續取樣跟蹤驗證實施效果，確保出廠混凝土各項性能指標滿足設計要求。

5）生產過程中結合視頻監控系統，對混凝土出料狀態進行全過程監控，并適時調整砂石含水率，確保出廠混凝土的穩定性。

6）工地現場派專職人員進行跟蹤，信息及時反饋。

7 工程效果評價

虹楊500 kV工程內襯墻C40P10R45大體積自密實混凝土，累計完成混凝土供應近4 000 m3，共成型60組試塊，45 d強度平均值49.5 MPa，最大值57.1 MPa，最小值46.3 MPa，標準差3.62 MPa。拆模后，墻體表面光滑，顏色均勻發亮，無蜂窩麻面、露石、露筋現象，沒有出現溫度收縮裂縫?；炷量傮w質量穩定，實施效果良好。