自密实混凝土在南水北调江都站改造工程中的应用研究

夏 炎邵 林缪树杰戴宜高

（1.江苏省江都水利工程管理处，江苏江都 225200；2.江苏省骆运水利工程管理处，江苏 宿迁 223800）

自密实混凝土（Self Compacting Concrete，简称 SCC），作为高性能混凝土家族的一员，这类拌合物具有良好的工作性，即使在密集配筋条件下，无需振捣仅依靠自重作用也能均匀密实填充成型，为施工操作带来极大方便，同时，兼有提高混凝土质量、改善施工环境、减少噪音和能耗、降低劳动强度、提高劳动生产率、加快施工进度、降低工程费用等技术经济效果，被称为“最近几十年中混凝土建筑技术最具革命性的发展”。自密实混凝土为改善和解决过密配筋、薄壁、复杂形体等振捣困难的工程施工条件带来了极大的方便。

1 工程概况

南水北调东线源头工程江都三站安装10台机组，单机流量10 m3/s，原进水流道为钟形结构，设计改造为弯肘型流道。由于浇筑部分空间狭小、结构断面变化大且呈异型、钢筋密集，肘形部位底部 2.2 m×（3.5～4.5）m，浇筑厚度0.1～0.3 m，混凝土需从肘形流道的侧墙流入，顶板部位浇筑面积为4.8 m×3.5 m、浇筑厚度0.1～0.3 m；除了顶板开洞口附近外，大部分侧面混凝土以及进水流道分水隔墩混凝土浇筑均不易振实。经多方案必选论证，决定采用自密实混凝土进行浇筑施工。

2 配合比设计

2.1 配合比设计思路

影响自密实混凝土流变性能的因素多而复杂，通常需要做大量的试配才能确定其配合比。自密实混凝土配制是要在保证所需性能的前提下，可以不振捣而得到高流动性的混凝土拌合物，关键是通过外加剂的复合、优质掺和物及粗细骨料的选择与搭配，使混凝土拌合物具有很高的流动性，可以自流平而充满模型，并且不泌水，不离析，成型后质量均匀，不会产生像普通混凝土那样由于振捣不当而造成蜂窝、麻面和空洞等内部质量缺陷。

2.2 实验的技术路线及目标

采用正交试验法进行混凝土配合比试验，研究水泥、粉煤灰、砂、碎石等因素对自密实混凝土工作性和强度的影响规律，优化和确定自密实混凝土配合比。

2.2.1 原材料性能指标要求

①水泥：应用于自密实补偿收缩混凝土的水泥必须满足水泥的标准稠度用水量低、水化放热量和放热速度慢、水泥强度等级高等要求。

②骨料：自密实混凝土配制的细集料通常是中砂；由于自密实混凝土常常用于钢筋稠密或薄壁的结构中，粗骨料的最大粒径一般以小于25 mm为宜，尽可能选用圆形且不含或少含针、片状颗粒的骨料。

③掺合料：掺合料是自密实混凝土不可缺少的组成部分之一，在自密实混凝土中，普遍采用粉煤灰和矿渣复掺，有时加上矿粉。

④外加剂：要求与水泥的相容性好、减水率大、缓凝、保塑。

2.2.2 工作性能试验及评定方法

为了使自密实混凝土达到自密实、免振捣的功能，除进行原材料的常规检验、外加剂与水泥的相容性检验以外，还必须检验混凝土的流动性性能、填充和钢筋间隙通过性能以及抗离析性能。分析比较评价自密实混凝土工作性的指标，主要通过流动性试验、充填性及钢筋间隙通过性试验抗离析性试验进行。

参考国外相关标准，并根据国内外大量的研究结果和实际应用效果，普遍认为坍落扩展度比坍落度更能有效地体现拌合物的流动性和填充性；同时，L型仪和U型仪试验不仅可以测得混凝土拌合物的间隙通过性，还能获得更实际（即存在钢筋阻挡）的拌合物抗离析性能，是评定自密实混凝土工作性的核心内容，所以，优先选用L型仪或U型仪结合坍落扩展度测试来综合评价混凝土拌合物的工作性。

2.3 试验结果分析及评价

一般而言，影响自密实混凝土工作性能的主要因素有：水胶比、砂率、骨料、外加剂、矿物掺合料、温度和时间；影响混凝土抗压强度的主要因素有：水泥强度等级和水胶比、骨料、龄期、养护湿度和温度等。试验以水胶比、砂率、粉煤灰体积掺量、膨胀剂、减水剂掺量5个因素，每一因素取4个水平进行正交试验研究。

正交试验考试的指标有：0 min时的坍落度、扩展度、高差比以及7 d和28 d的抗压强度。通过正交试验，得出试验结果，再对试验结果进行直观分析。

3 施工质量控制

3.1 混凝土搅拌

自密实混凝土搅拌应严格采用强制性搅拌机，原材料均按照重量法计量，投料允许偏差如表1。

表1 自密实混凝土各组成部分称量允许偏差（%）

为降低混凝土坍落度损失，先对砂、石洒水湿润，后掺外加剂，投料顺序为：细集料→水泥→掺合料→部分水→外加剂→粗集料→剩余的水，并采用二次投材料拌和工艺。

开盘前需检查砂石的含水率，要求必须对首盘混凝土性能进行测试，并进行适当调整，直至混凝土性能符合要求，而后才能确定混凝土的施工配合比。为保证混凝土拌合物搅拌均匀，可适当延长搅拌时间。

3.2 混凝土运输

混凝土运输道路力求平坦，避免发生离析、漏浆，混凝土运输过程中不得向车内加水，运输时间从混凝土搅拌机搅拌完毕到运至施工现场一般应控制在2 h以内。

3.3 混凝土浇筑

（1）自密实混凝土的流动性较大，设计模板时应考虑模板侧压力，混凝土浇筑中应控制浇筑速度。

（2）混凝土运输至施工现场后，应检查坍落度、扩展度是否满足设计要求，如达不到设计要求，可适当加入外加剂。

（3）混凝土经过运输后可能发生离析，现场需要进行二次搅拌，以满足混凝土均匀性，保证混凝土浇筑质量。

（4）混凝土应分层浇筑，每层高度控制在80 cm以内，应在混凝土沉实时间大于60 min，且不超过混凝土初凝时间时，进行上一层混凝土的浇筑。

（5）当钢筋较密，混凝土粘性较大时，可在模板外侧通过人工敲击等辅助振捣方法提高混凝土的密实性。

3.4 混凝土养护

由于自密实混凝土中掺入矿物掺和料、膨胀剂，水胶比低，必须加强混凝土早期养护，以达到防治出现收缩裂缝、提高混凝土强度的目的。

4 应用与效果

江都三站进水流道混凝土设计强度为C25，根据配合比计算和正交试验的结论，确定混凝土配合比为水∶水泥∶砂∶石∶粉煤灰∶外加剂=180∶321∶797∶903∶44.625∶125，水灰比为0.504，砂率为46.91%，掺入的是江苏博特新材料有限公司生产的JSS自密实混凝土外加剂，坍落度控制值≥250 mm，实测坍落度270 mm，扩展度≥650 mm，实测扩展度700 mm，实测容重为2237 kg/m3。在正交试验过程中发现混凝土坍落度损失较大，故采取了将砂、石预先湿水湿润和后掺外加剂等措施。

混凝土采用现场自拌，由于江都三站流道为环型异型薄壁结构，肘形部位侧墙加固混凝土，进水流道分水隔墩混凝土因沉降和塑性收缩，其与顶板接触部位易产生沉降、收缩裂缝。

采取防止沉降收缩裂缝的技术措施有：①提高入仓混凝土均匀性。二次拌和混凝土，将混凝土由电机层通过滑槽进入水泵层后，再通过串管入仓。②放慢混凝土浇筑速度，使混凝土有足够的时间沉降，各孔混凝土浇筑时间为10 h左右。③通过设置静停等待期、增压、水泵座环部位设排气孔等施工技术措施，保证混凝土均衡上升。

施工结束后，采用回弹法检测了进水流道实体混凝土抗压强度推定值为31.0~36.5 MPa，试块强度平均值为35.6 MPa，均达到设计C25强度要求，新老混凝土界面粘结强度为1.13 MPa；进水流道结构尺寸满足设计要求，混凝土浇筑到位，无蜂窝、麻面、裂缝等缺陷；经过几年的运行，没有发现渗水现象。

5 结束语

泵站进水流道改造采用自流平、自密实、无收缩的高性能混凝土进行施工，在大型水利工程加固改造工程中均属首次应用。自密实混凝土为改善和解决过密配筋、薄壁、复杂形体等振捣困难的工程施工条件带来了极大的方便。江都三站进水流道成功改形，为提高泵站装置效率提供了基本保证，使老泵站的经济及社会效益更为显著，对其他类似工程的改造有很好的借鉴和推广作用。