自密實混凝土在隧道襯砌施工中的應用

顧永智

摘 ?要：隧道襯砌施工是為了防止圍巖變形或坍塌，采用鋼筋混凝土等材料對隧道洞身周邊進行永久性支護結構。常用的襯砌材料有混凝土、鋼筋混凝土、混凝土預制塊等。在采用普通混凝土澆筑過程中，由于受到施工環境和條件的影響，往往會出現振搗不足等情況，從而產生空洞、蜂窩、麻面、露筋等質量缺陷，影響混凝土的力學性能、耐久性，乃至安全可靠性。因此，在隧道襯砌施工中能夠保證不離析、不泌水，同時獲得很好均質性，并且不需要附加振動的混凝土—自密實混凝土得到廣泛的應用。

關鍵詞：自密實混凝土;隧道襯砌施工

自密實混凝土（Self Compacting Concrete，簡稱SCC），也稱高流態混凝土，是指在自身重力作用下，能夠流動、密實，在不振搗的情況下能夠自流平且充滿模板和鋼筋空隙的混凝土，屬于高性能混凝土的一種，是混凝土技術發展的重要方向。

一、在隧道襯砌中采用自密實混凝土的必要性

由于自密實混凝土無需振搗既能密實成型，能夠在自重作用下自動穿越鋼筋密集處并且仍保持混凝土拌合物的均勻性，避免了混凝土在施工振搗過程的加水、振搗不實或過度振搗的現象，使傳統混凝土的施工技術產生質的飛躍，適應了當代混凝土工程超大規模化、復雜化的要求;同時由于自密實混凝土采用高性能外加劑和大摻量礦物外摻料，使低水膠比、低水泥用量的混凝土配制成為可能，從而在提高了硬化混凝土的力學性能基礎上提升了混凝土結構物耐久性。

在隧道襯砌應用中，自密實混凝土的自密實性能主要包括流動性、抗離析性和填充性。其之所以能夠得到廣泛應用，和其自身的特點是密不可分的，其主要特點有：

1.能夠保證隧道襯砌混凝土良好地密實;

2.大大提高了隧道施工效率。由于不需要振搗，混凝土澆筑需要的時間大幅度縮短，施工人員勞動強度大幅度降低，施工效率有較大提高;

3.改善了混凝土的表面質量。不會出現表面氣泡或蜂窩麻面，不需要進行表面修補，極大地改善了混凝土表面質量;

4.增加了結構設計的自由度。不需要振搗，可以澆筑成型形狀復雜、薄壁和密集配筋的結構;

5.避免了振搗對模板產生的磨損;

6.減少混凝土對攪拌機的磨損。

二、自密實混凝土的配制

在隧道襯砌施工中采用的自密實配比需要根據結構環境、施工工藝等作出調整。自密實混凝土配合比的突出特點是：高砂率、低水膠比、高礦物摻合料摻量。

· 原材料的技術要求

依據《普通混凝土配合比設計規程》JGJ55—2000、《自密實混凝土設計與施工指南》CCES02—2004和《自密實混凝土應用技術規程》JGJ/T283—2012等規范規定，對自密實混凝土原材料的要求如下：

1.膠凝材料

（1）配制自密實混凝土宜采用硅酸鹽水泥泥，并應符合現行國家標準《通用硅酸鹽水泥》GB175的規定;

（2）配制自密實混凝土可采用粉煤灰、粒化高爐礦渣粉等礦物摻和料，粉煤灰應符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596的規定。

2.粗骨料

粗骨料宜采用連續級配或2個以上單粒級配搭配使用，最大公稱粒徑不宜大于20mm為宜，盡可能選用圓形且不含或少含針、片狀顆粒的骨料。

3.細骨料

細骨料宜選用級配Ⅱ級的中砂。天然砂的含泥量應≤3.0%，泥塊含量應≤1.0%。，細骨料的其他性能及試驗方法應符合現行行業標準《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》的規定。

4.外加劑

自密實混凝土具備的高流動性、抗離析性、間隙通過性和填充性這四個方面都需要以外加劑的手段來實現。因此對外加劑的主要要求為：與水泥的相容性好;減水率大;緩凝、保塑。應符合《混凝土外加劑》GB8076和《混凝土外加劑應用技術規范》GB50119的規定。

（二）配合比設計

配制自密實混凝土時應首先確定混凝土配制強度、水膠比、用水量、砂率、粉煤灰、膨脹劑等主要參數，再經過混凝土性能試驗強度檢驗，反復調整各原材料參數來確定混凝土配合比的方法。應在考慮混凝土自密實性能、強度、耐久性及其他性能要求的基礎上，計算初始配合比，經試驗室試配、調整得出滿足自密實性能要求的基準配合比，經強度、耐久性復核得出設計配合比。

下面以隧道襯砌中采用的自密實混凝土配合比為例，說明其應用。

1.原材料

（1）水泥：P.O32.5水泥，密度3.09g/cm3，比表面積330㎡/kg，標準稠度用水量為28.5%，初凝時間160min，終凝時間225min，安定性合格，7d和28d抗壓強度分別為19.5MPa和37.5MPa;

（2）粉煤灰：Ⅱ級粉煤灰，密度2.36g/cm3，細度15%，需水量比103%，燒失量1.26;

（3）細骨料：河砂，細度模數2.8，堆積密度1.40g/cm3;

（4）粗骨料：級配為（0～5）mm的石灰石碎石和（16～26.5）mm的石灰石碎石1∶1互配;

（5）外加劑：萘系高效減水劑和隧道專用抗滲劑;

（6）拌合水：地下水，經檢驗各項指標符合《混凝土拌合用水》JGJ63—2006要求。

2.配合比

隧道用自密實混凝土配合比及性能測試結果。考慮自密實混凝土的性能要求，采用摻加優質粉煤灰配制，通過多次反復試驗，最終確定了第3組作為其配合比。

其工作性及強度測試結果見表2

（三）自密實混凝土的配制技術要求

為了達到不振動能自行密實，硬化后具有常態混凝土一樣的良好物理力學性能，配制的自密實混凝土在流態下必須滿足以下要求：

1.黏性適度

在流經稠密的鋼筋后，仍保持成分均勻。如果黏性太大，滯留在混凝土中的大氣泡不容易排除。黏度用混凝土的擴展度表示，要求在500mm～700mm范圍內。如黏性過大即擴展度小于500mm時，則流經小間隙和充填模板會帶來一定的困難;如果黏性太小即擴展度大于700mm后，則容易產生離析。因此，自密實混凝土要求粉體含量有足夠的數量，粗骨料應采用5mm～15mm或5mm～25mm的粒徑，且含量也比普通混凝土少。絕對體積應在0. 28m3～0. 33m3之間。含砂率應在50%左右。

2.良好的穩定性

澆筑前后均不離析、不泌水，粗細骨料均勻分布，保持混凝土結構的勻質性，使水泥石與骨料、混凝土與鋼筋具有良好的黏結，保持混凝土的耐久性。

3.適當的水灰比

如果加大水灰比，增加用水量，雖然會增大流動度，但黏性降低。混凝土的用水量應控制在150kg/m3～200kg/m3之間。要保持混凝土的黏性和穩定性，只能依靠摻加高效減水劑來實現。采用聚羧酸類減水劑比較好，也可采用氨基磺酸鹽，摻量為0.8%～1.2%。

4.控制粉體含量

要保持混凝土具有良好的穩定性，粉體含量是關鍵。當水泥用量較多時，可以摻用粉煤灰、礦渣粉或石灰石粉取代一部分水泥，以降低水化熱量。必要時，可以采取減少水泥用量、摻用少量的增黏劑，以保持適度的黏性。

三、自密實混凝土的應用

（一）施工準備

1.技術準備

自密實混凝土施工前應根據工程結構類型和特點、工程量和材料供應情況、施工條件和進度計劃等確定施工方案，并對施工作業人員進行技術交底。

2.材料準備

（1）模板

1）模板及其支架設計應符合現行國家標準《混凝土結構工程施工規范》GB50666規定;

2）成型的模板應拼裝緊密，不得漏漿，應保證構件尺寸、形狀。

（2）水泥

應按品種、強度等級及生產廠家分別貯存，并應防止受潮和污染;

（3）摻合料

應按品種、質量等級和產地分別貯存，并應防雨和防潮;

（4）骨料

宜采用倉儲或帶棚堆場貯存，不同品種、規格的骨料應分別貯存，堆料倉應設有分隔區域;

（5）外加劑

應按品種和生產廠家分別貯存，采取遮陽、防水等措施。粉狀外加劑應防止受潮結塊，液態外加劑應貯存在密閉容器內，并應防曬和防凍，使用前應攪拌均勻。

（二）施工要點

1.自密實混凝土攪拌

（1）隧道襯砌用自密實混凝土宜采用集中攪拌方式生產，生產過程應符合現行國家標準《預拌混凝土》 GB /T14902的規定;

（2）自密實混凝土在攪拌機中的攪拌時間不應少于60s，應比普通混凝土適當延長;

（3）高溫施工時，生產自密實混凝土原材料最高人機溫度應符合要求，必要時應對原材料采取溫度控制措施;

（4）冬期施工時，宜對拌合水、骨料進行加熱，但拌合水溫度不宜超過60℃、骨料不宜超過40℃;水泥、外加劑、摻合料不得直接加熱;

（5）泵送自密實輕骨料混凝土所用的輕粗骨料在使用前，宜采用浸水、灑水或加壓預濕等措施進行預濕處理。

2.混凝土運輸

（1）自密實混凝土運輸應采用混凝土攪拌運輸車，并宜采取防曬、防寒等措施。運輸車在接料前應將車內殘留的混凝土清洗干凈，并應將車內積水排盡;

（2）自密實混凝土運輸過程中，攪拌運輸車的滾筒應保持勻速轉動，速度應控制在3r/ min ～5r/min，并嚴禁向車內加水;

（3）運輸車從開始接料至卸料的時間不宜大于120min;

（4）卸料前，攪拌運輸車罐體宜高速旋轉20s以上;

（5）自密實混凝土的供應速度應保證施工的連續性。

3.混凝土澆筑

（1）高溫施工時，自密實混凝土人模溫度不宜超過35℃;冬期施工時，自密實混凝土人模溫度不宜低于5℃。在降雨、降雪期間，不宜在露天澆筑混凝土;

（2）大體積自密實混凝土人模溫度宜控制在30℃以下;混凝土在人模溫度基礎上的絕熱溫升值不宜大于50℃，混凝土的降溫速率不宜大于2.0℃/ d ;

（3）澆筑自密實混凝土時，應根據澆筑部位的結構特點及混凝土自密實性能選擇機具與澆筑方法;

（4）澆筑自密實混凝土時，現場應有專人進行監控，當混凝土自密實性能不能滿足要求時，可加人適量的與原配合比相同成分的外加劑，外加劑摻人后攪拌運輸車滾筒應快速旋轉，外加劑摻量和旋轉攪拌時間應通過試驗驗證;

（5）自密實混凝土泵送施工應符合現行行業標準《混凝土泵送施工技術規程》 JGJ / T 10的規定;

（6）自密實混凝土泵送和澆筑過程應保持連續性;

（7）大體積自密實混凝土采用整體分層連續澆筑或推續澆筑時，應縮短間歇時間，并應在前層混凝土初凝之前況筑伏層混凝土，同時應減少分層澆筑的次數;

（8）自密實混凝土澆筑最大水平流動距離應根據施工部位具體要求確定，且不宜超過7m。布料點應根據混凝土自密實性能確定，并通過試驗確定混凝土布料點的間距;

4.混凝土養護

（1）制定養護方案時，應綜合考慮自密實混凝土性能、現場條件、環境溫濕度、構件特點、技術要求、施工操作等因素;

（2）自密實混凝土澆筑完畢，應及時采用覆蓋、蓄水、薄膜保濕、噴涂或涂刷養護劑等養護措施，養護時間不得少于14d;

（3）大體積自密實混凝土養護措施應符合設計要求，無具體要求時，應符合現行國家標準《大體積混凝土施工》的有關規定。對裂縫有嚴格要求的部位應適當延長養護時間;

（4）對于平面結構構件，混凝土初凝后，應及時采用塑料薄膜覆蓋，并應保持塑料薄膜內有凝結水。混凝土強度達到1.2N/ mm 后，應覆蓋保濕養護，條件許可時宜蓄水養護;

（5）垂直結構構件拆模后，表面宜覆蓋保濕養護，也可涂刷養護劑;

（6）冬期施工時，不得向裸露部位的自密實混凝土直接澆水養護，應用保溫材料和塑料薄膜進行保溫、保濕養護，保溫材料的厚度應經熱工計算確定;

（7）采用蒸汽養護的預制構件，養護制度應通過試驗確定。

（三）質量檢驗與驗收

自密實混凝土拌合物檢驗項目除應符合現行國家標準《混凝土結構工程施工質量驗收規范》 GB 50204的規定外，還應檢驗自密實性能，并應符合下列規定：

1.混凝土自密實性能指標檢驗應包括坍落擴展度和擴展時間;

2.出廠檢驗時，坍落擴展度和擴展時間應每100m3相同配合比的混凝土至少檢驗1次;當一個臺班相同配合比的混凝土不足100m3時，檢驗不得少于1次;

3.交貨時坍落擴展度和擴展時間檢驗批次應與強度檢驗批飲一致;

4.實測坍落擴展度應符合設計要求，混凝土拌合物不得出現外沿泌漿和中心骨料堆積現象;

5.對摻引氣型外加劑的自密實混凝土拌合物應檢驗其含氣量，含氣量應符合國家現行相關標準的規定。

隨著工程建設任務的進一步發展，對自密實混凝土研發及應用會越來越重視，對于自密實混凝土在生產使用過程中出現的問題會進一步得到跟進及解決，自密實混凝土必將在建筑工程領域中發揮越來越重要的作用，也勢必會推動自密實混凝土的進一步發展和應用。