【工程檔案】自密實(shí)混凝土在南水北調(diào)二襯結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第3期

自密實(shí)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(qiáng)

［摘 要］本文主要以北京市南水北調(diào)配套工程?hào)|干渠亦莊調(diào)節(jié)池?cái)U(kuò)建工程第四標(biāo)段工程項(xiàng)目二襯結(jié)構(gòu)為例，通過(guò)優(yōu)化混凝土配合比，使其具備混凝土流動(dòng)度 2 小時(shí)無(wú)損失、免振搗澆筑的工作性能來(lái)解決從出口至澆筑點(diǎn)約 550m，因運(yùn)距長(zhǎng)需采取小罐車(chē)二次倒運(yùn)泵送施工的難題。依據(jù)自密實(shí)混凝土的主要技術(shù)指標(biāo)，制定出使用優(yōu)選原材料進(jìn)行生產(chǎn)，來(lái)提高混凝土工作性和減少澆筑時(shí)間保證質(zhì)量的技術(shù)路線。經(jīng)過(guò)原材料選優(yōu)和嚴(yán)格的反復(fù)比對(duì)試驗(yàn)最終配制的自密實(shí)混凝土完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和施工現(xiàn)場(chǎng)的要求。優(yōu)化后的自密實(shí)混凝土配合比在南水北調(diào)二襯結(jié)構(gòu)中進(jìn)行應(yīng)用，保質(zhì)保量地順利完成了四標(biāo)段二襯結(jié)構(gòu)工程任務(wù)，為以后在建筑工程中自密實(shí)混凝土的應(yīng)用積累了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

［關(guān)鍵詞］自密實(shí)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(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(duì)我國(guó)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(shí)混凝土得到了深度擴(kuò)展，其中主要應(yīng)用了大量的抗凍抗?jié)B自密實(shí)混凝土。為了保證水利工程主要輸水線路結(jié)構(gòu)的密實(shí)度，提高長(zhǎng)期抗凍抗?jié)B等耐久性，延長(zhǎng)使用壽命起到了至關(guān)重要作用，同時(shí)對(duì)自密實(shí)混凝土的工作性提出了新的要求，需要同時(shí)解決混凝土流動(dòng)性、抗離析性、填充性與二次倒運(yùn)坍落度損失快而容易造成實(shí)體外觀質(zhì)量缺陷的矛盾。在南水北調(diào)這類(lèi)水利工程中不僅從混凝土配合比設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化，還需盡可能的通過(guò)外加劑調(diào)整降低混凝土坍落度損失，來(lái)實(shí)現(xiàn)自密實(shí)混凝土的良好工作性和長(zhǎng)期耐久性。本文通過(guò)自密實(shí)混凝土在南水北調(diào)水利工程中的應(yīng)用實(shí)踐，進(jìn)一步豐富自密實(shí)混凝土在建筑工程中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概述

北京市南水北調(diào)配套工程?hào)|干渠亦莊調(diào)節(jié)池?cái)U(kuò)建工程施工第四標(biāo)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(wàn) m

第四標(biāo)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(shí)混凝土來(lái)滿(mǎn)足施工技術(shù)要求和進(jìn)度周期。

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

2.1 自密實(shí)混凝土主要性能

在我國(guó)混凝土高速發(fā)展的過(guò)程中，具有功能性的混凝土建筑日漸突出，自密實(shí)混凝土更是得到了廣泛應(yīng)用，其本身具有均勻性、密實(shí)性和免振搗的特點(diǎn)，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(shí)混凝土的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合南水北調(diào)的工程施工特點(diǎn)，滿(mǎn)足二次倒運(yùn)、免振搗的自密實(shí)混凝土主要性能如下：

（1）工作性能：混凝土出機(jī)坍落度220～260mm；擴(kuò)展度650～750mm；T₅₀坍落擴(kuò)展時(shí)間3～20s；V漏斗通過(guò)時(shí)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(dòng)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(shí)性。

（2）倒運(yùn)性能：要求2h內(nèi)混凝土沒(méi)有損失，2～3h擴(kuò)展度不小于650mm。自密實(shí)混凝土通過(guò)大罐車(chē)自卸3m3進(jìn)入小罐車(chē)，小罐車(chē)進(jìn)入隧洞行駛450mm（隨著工程進(jìn)度會(huì)逐步縮短），通過(guò)小型泵車(chē)進(jìn)行泵送（倒運(yùn)時(shí)間5～8分鐘），混凝土未出現(xiàn)石子下沉現(xiàn)象，流動(dòng)性良好。

（3）力學(xué)性能：滿(mǎn)足C30W6F150自密實(shí)混凝土配制強(qiáng)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(dá)到結(jié)構(gòu)防水抗?jié)B等級(jí)W6要求，耐久性良好。

2.2 自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)技術(shù)路線

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工特點(diǎn)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(jì)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(dòng)性、提高了混凝土的耐久性，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)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?yè)搅浚怪疂M(mǎn)足自密實(shí)混凝土現(xiàn)場(chǎng)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(jì)及選定

3.1 原材料選用

依據(jù)《自密實(shí)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(shí)混凝土的經(jīng)驗(yàn)，需要各項(xiàng)原材料的性能穩(wěn)定、適應(yīng)性良好，才能保證自密實(shí)混凝土的良好工作性及實(shí)體拆模光滑密實(shí)。

（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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可提高混凝土的延伸性和控制堿含量。水泥要求強(qiáng)度富余系數(shù)大、活性好、標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(dòng)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(shì)及環(huán)保特點(diǎn)。本工程外加劑更需要具備包坍性好、與水泥適應(yīng)性強(qiáng)、混凝土收縮小等特點(diǎn)。選用了YG-1聚羧酸高性能減水劑標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)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(biāo)高，可提高混凝土的耐久性，同時(shí)混凝土的強(qiáng)度和耐磨性會(huì)有所降低。自密實(shí)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(zhǎng)工程使用壽命。但對(duì)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(guò)程中是必不可少的重要原材料。優(yōu)質(zhì)的F類(lèi)I級(jí)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(qiáng)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(qiáng)的潤(rùn)滑作用可改善自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性，提高密實(shí)度，填充在水泥顆粒之間，減少填充水增加混凝土的強(qiáng)度。出于對(duì)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(lèi)I級(jí)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(kuò)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(duì)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(dá)開(kāi)元建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的S95級(jí)礦渣粉。

（5）骨料

依據(jù)《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 52—2006的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，粗骨料優(yōu)先選用5～16mm的低堿連續(xù)級(jí)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(dòng)性，所以所選用的石子形狀圓潤(rùn)均勻最好。細(xì)骨料選用質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好的B類(lèi)低堿活性天然中砂。通過(guò)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(xì)度模數(shù)：2.3～3.1。這些指標(biāo)對(duì)混凝土的流動(dòng)性和耐久性至關(guān)重要。

（6）拌合用水

來(lái)自生活用自來(lái)水廠的飲用水，符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 63—2006 規(guī)定和要求。

3.2 配合比的設(shè)計(jì)及選定

北京市南水北調(diào)配套工程的主要特點(diǎn)是蓄水量大對(duì)混凝土抗?jié)B性能有很高的要求，實(shí)體表面不能出現(xiàn)裂縫。自密實(shí)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(xì)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(duì)自密實(shí)混凝土免振搗的特點(diǎn)，從材料和混凝土和易性及較好的流動(dòng)密實(shí)度相關(guān)技術(shù)指標(biāo)來(lái)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(huì)增大流動(dòng)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(jiàn)表1。依據(jù)《自密實(shí)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(jì)規(guī)程》DL/T 5330—2015，我們從材料本身性質(zhì)和已有經(jīng)驗(yàn)考慮，對(duì)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(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，砂率根據(jù)工作性調(diào)整，調(diào)整減水劑用量使出機(jī)擴(kuò)展度保持在650～750mm，并監(jiān)測(cè)損失情況，結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2可以看出，3組配合比都具有很好的流動(dòng)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(dòng)，對(duì)自密實(shí)混凝土的外觀質(zhì)量會(huì)有影響；A3出機(jī)狀態(tài)不錯(cuò)，但是2h經(jīng)時(shí)損失嚴(yán)重，相對(duì)現(xiàn)場(chǎng)2～3小時(shí)的施工時(shí)間，混凝土工作性不好，實(shí)體質(zhì)量無(wú)法保證。最后優(yōu)選出水膠比0.42的A2配合比作為自密實(shí)的基準(zhǔn)配合比。

4 自密實(shí)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(biāo)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(jiàn)圖1所示。在整個(gè)澆筑過(guò)程中混凝土入模后的坍落度控制在240～ 260mm，擴(kuò)展度控制在 650～750mm， 流動(dòng)快、流面廣，澆筑全過(guò)程免振搗，在底部和中部用橡膠棒適當(dāng)敲打模板，以使整個(gè)二襯的光滑、密實(shí)。若坍落度太小，混凝土容易堆積在兩邊，造成底部不密實(shí)，形成孔洞。所以混凝土的流動(dòng)性、填充的密實(shí)性，以及坍落度損失小顯得格外重要，成為澆筑過(guò)程的核心。

混凝土質(zhì)量生產(chǎn)控制：首先試驗(yàn)員對(duì)砂石及粉料進(jìn)行批量入場(chǎng)檢查；其次由質(zhì)檢開(kāi)盤(pán)和試驗(yàn)員進(jìn)行首盤(pán)自密實(shí)混凝土的工作性能試驗(yàn)，為了節(jié)省時(shí)間可同時(shí)進(jìn)行兩項(xiàng)或三項(xiàng)試驗(yàn)，在此過(guò)程中發(fā)現(xiàn)混凝土工作性指標(biāo)不能滿(mǎn)足要求時(shí)，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整并反饋給質(zhì)檢部長(zhǎng)，性能試驗(yàn)合格后出廠，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程控制在10～15分鐘完成。

現(xiàn)場(chǎng)施工主要分三部分：首先混凝土到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行混凝土性能試驗(yàn)（圖2），記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)為后期配合比優(yōu)化和施工程序簡(jiǎn)化都有重要的指導(dǎo)作用，現(xiàn)場(chǎng)混凝土試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)項(xiàng)目嚴(yán)重未達(dá)到技術(shù)指標(biāo)范圍需進(jìn)行退場(chǎng)，并通知攪拌站進(jìn)行調(diào)整。其次小罐車(chē)裝載混凝土，需倒車(chē)進(jìn)入隧道。小型罐車(chē)到達(dá)指定泵送位置用小型車(chē)載泵進(jìn)行澆筑，需轉(zhuǎn)罐15～20s，防止運(yùn)輸過(guò)程中因道路不平而導(dǎo)致石子有部分下沉。混凝土進(jìn)入料斗后，技術(shù)人員觀察工作狀態(tài)并記錄運(yùn)輸時(shí)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(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工人員用橡皮錘分段進(jìn)行敲打，防止局部有大氣泡。在澆筑過(guò)程中要觀察臺(tái)車(chē)是否上浮偏移，控制澆筑速度，通過(guò)端頭模滲水情況判斷倉(cāng)內(nèi)液面高度，流動(dòng)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(mǎn)度，并要注意止水帶附近的混凝土振搗。

從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體拆模后的情況看，表面未出現(xiàn)大量氣泡，實(shí)體表面平整度12mm，蜂窩孔洞深度不超過(guò)20mm，未出現(xiàn)漏筋現(xiàn)象，鋼筋保護(hù)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(shí)體部分圖見(jiàn)圖 3。

5 結(jié)論

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

（2）自密實(shí)混凝土在現(xiàn)代建筑中的廣泛應(yīng)用，對(duì)其工作性要求越來(lái)越高，應(yīng)通過(guò)嚴(yán)格反復(fù)試驗(yàn)來(lái)確定最優(yōu)配合比，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的特殊性，對(duì)混凝土工作性能進(jìn)行調(diào)整，才能保證實(shí)體質(zhì)量。

（3）從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，優(yōu)質(zhì)原材料滿(mǎn)足工程的高標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)創(chuàng)精品工程的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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供稿人：陳龍，李洪萍，郭強(qiáng)

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》行標(biāo)

《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(shuō)明書(shū)》團(tuán)標(biāo)

《砂漿和混凝土用石屑》團(tuán)標(biāo)

《預(yù)拌混凝土產(chǎn)品質(zhì)量追溯規(guī)范》團(tuán)標(biāo)

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《新技術(shù)在混凝土中的應(yīng)用》圖書(shū)

《常見(jiàn)預(yù)拌混凝土質(zhì)量事故分析百例》圖書(shū)

《預(yù)拌混凝土企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)室建設(shè)指南》圖書(shū)

混凝土技術(shù)發(fā)展中心（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中心”）隸屬建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，主要職能是跟蹤分析和研究國(guó)內(nèi)外混凝土行業(yè)科技前沿動(dòng)態(tài)，為全國(guó)混凝土行業(yè)開(kāi)展技術(shù)服務(wù)工作，包括出版技術(shù)期刊、研究制定標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)展技術(shù)咨詢(xún)、舉辦技術(shù)會(huì)議、承擔(dān)行業(yè)培訓(xùn)、從事認(rèn)證評(píng)價(jià)和開(kāi)發(fā)研究等，中心是建材情報(bào)所主要業(yè)務(wù)部門(mén)之一。中心擁有員工10人，其中博士3人，正高職稱(chēng)3人，副高職稱(chēng)4人。中心掛靠的行業(yè)協(xié)會(huì)分支機(jī)構(gòu)包括中國(guó)散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會(huì)混凝土專(zhuān)業(yè)委員會(huì)、中國(guó)散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會(huì)預(yù)制建筑產(chǎn)業(yè)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)、中國(guó)砂石協(xié)會(huì)建筑固廢利用分會(huì)、建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所雙碳研究中心。依托中心成立的平臺(tái)有預(yù)拌混凝土質(zhì)量追溯公共服務(wù)平臺(tái)、混凝土行業(yè)數(shù)字化服務(wù)平臺(tái)、中國(guó)商品混凝土行業(yè)企業(yè)專(zhuān)家委員會(huì)（擁有200余名行業(yè)一線專(zhuān)家）、北京砼享未來(lái)工程技術(shù)研究院（會(huì)員制技術(shù)和管理服務(wù)）。

中心每年參與多個(gè)混凝土技術(shù)咨詢(xún)和技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目，包括雄安新區(qū)混凝土項(xiàng)目咨詢(xún)、河北省多個(gè)高速公路高性能混凝土技術(shù)咨詢(xún)、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(gè)混凝土企業(yè)的技術(shù)服務(wù)工作。開(kāi)展預(yù)拌混凝土綠色產(chǎn)品認(rèn)證和科技成果評(píng)價(jià)工作。

咨詢(xún)電話(huà)：孫繼成 焦素芳 李海亮 13520073698 13521286915

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