自密实混凝土在福州电厂三期工程中的应用

自密实混凝土在福州电厂三期工程中的应用

吴侃

中国水利水电第十二工程局有限公司（科研所）浙江建德311600

摘要：本文介绍了华能福州长乐电厂模块化施工中自密实混凝土的技术要求，自密实混凝土原材料的选择，设计原则，测试方法，试配过程。

关键词：自密实，引气，设计，测试，试配

1工程概况及设计要求

华能福州长乐电厂三期由于采用模块化施工，每个辅助厂房模块和汽机支柱的高度达15m左右，且配筋密集，正常的振捣无法进行。因此设计采用强度等级C50，骨料粒径4.75～9.5mm，扩展度610±50mm，含气量6±1.5％，满足中度暴露的要求，VSI≤1的自密实混凝土进行施工。

2原材料选择与技术指标

1.1水泥：P.II42.5级硅酸盐水泥，3d水化热201kJ/kg，7d水化热289kJ/kg，碱含量0.5％，28d抗压强度为51.1Mpa，配置自密实混凝土应优先选用C3A，碱含量，标准稠度用水量低的水泥，水泥最主要的问题是与外加剂的相容性问题，使用前应进行水泥与外加剂的匹配性试验。

2.2粉煤灰：II级粉煤灰，烧失量2.7％，需水量比96％。粉煤灰具有“活性效应”“界面效应”“减水效应”。但粉煤灰的烧失量过大，表明其未燃烧的碳过多，碳一般为≥45um的蜂窝状颗粒，会吸附水和外加剂，在使混凝土达到相同的工作性的情况下，所需要的水和外加剂的量会增大。

2.3磨细矿渣：比表面积424m2/kg，需水量比99％，28d活性指数118％。

2.4砂：细度模数为2.7，低于0.135mm的比例≥15％。由于自密实混凝土的砂所占的体积很大，所以砂不宜过细，宜采用中砂。

2.5碎石：4.75～9.5mm，碎石经检验无潜在碱骨料反应；颗粒级配良好；针片状含量为4％；含泥量0.2％，泥块含量0.1％。碎石的粒形很重要，粒径过大、针片状过多会导致间隙通过时堵塞。

2.6外加剂：聚羧酸类高效减水剂，ZWL-A-IX引气减水剂，ZWL-A-IX减水剂，减水率23％，28d抗压强度比115％。自密实对外加剂的主要要求包括：与水泥的相容性好；减水率大；缓凝、保塑。

3设计原则和步骤

3.1根据控制泌水和离析的方式，自密实混凝土可以分为两种：

3.1.1高粉体含量的自密实混凝土

混凝土设计是指确定其合适的原材料组成及其比例，使其达到预定目标性能的设计方法。与普通混凝土相比，自密实混凝土的关键是在新拌阶段能够依靠自重作用充模、密实，而不需额外的人工振捣，也就是所谓的自密实性它包括流动性或填充性、间隙通过性以及抗离析性3个方面的内容。自密实混凝土是指通过外加剂、胶凝材料、粗细骨料的选择和精心的配合比设计，将混凝土的屈服应力减小到足以被因自重产生的剪应力克服，使混凝土的流动性增大，同时优具有足够的塑性粘度，令骨料悬浮于水泥浆体中，不出现泌水和离析现象，能自由流淌并充分填充模板内的空间，形成密实且均匀的胶凝结构。

3.1.2掺加黏性改善剂（VMA）如文莱粉，水解淀粉，硅粉等的自密实混凝土

典型的VMA的分子结构通过物理吸附有利于移走大量水分，但是，由于物理吸附水分的释放，当搅拌，泵送或振捣时，会又快速的流动，不过，一旦剪切作用停止，混凝土的黏性又再次增大。

3.2考虑到搅拌站生产如加入黏性控制剂需要额外的质量控制要求，所以采用第一种方法来配置。通过单掺粉煤灰，单掺磨细矿渣，双掺粉煤灰，磨细矿渣的试验进行对比，确认符合设计要求的、性能最佳的自密实混凝土配合比。由于自密实混凝土为高流态混凝土，不宜使用单一方法进行判定，在试验中综合采用以下方法来进行自密实混凝土性能的判定。

3.3自密实混凝土的配合比设计采用绝对体积法。

3.4首先根据实际要求的混凝土强度等级和耐久性的要求选择合适的水灰比，根据外加剂的性能进行试验确定用水量，然后计算出胶凝材料用量。

3.5根据相关文献自密实混凝土的粉体量为160L～240L才能达到自密实的效果。在设计过程中，计算出粉体量，如不符合160L～240L的要求，把粉煤灰或磨细矿渣当填充料以确保混凝土的粉体量。

3.6设定粗骨料所占的体积，1m3减去粗骨料，水，粉体的体积即为砂的体积。

3.7至此得出所有原材料的用量。试拌，检测混凝土的流动性或填充性，间隙通过率，抗离析性。主要测试方法如下：

4主要性能测试方法

4.1测试坍落扩展度及T50时间

坍落扩展度测试是一种基于坍落度测试来评价无障碍条件下自密实混凝土在水平面上自由流动能力的方法。可通过测定坍落流动度来评价自密实混凝土的流动性和充填能力，也可以用来判断抗离析能力。测试过程简单快速，适合试验室和现场，测得的坍落扩展度越大，其流动能力和充填能力越好。另外，通过测定T50（即从试验开始到坍落扩展度到平均为50Omm时的时间）来评价自密实混凝土的充填能力，对特定新拌自密实混凝土，T50越小，充填能力越好。

4.2VSI（视觉稳定指数）

在坍落扩展度测试的基础上，美国ASTMC1611/C1611M标准还介绍了视觉观察的方法，对测试完扩展度的混凝土的外围进行观测。

不过这种方法带有很大的主观性，不能作为最终判定混凝土性能的标准。

4.3U型箱法：

U型箱检测：用来测定自密实混凝土拌合物的间隙通过能力。分为A型和B型两种，由两个箱体合并而成，中间开口处布置隔栅型障碍，并用活动门隔开两个空间，先关闭活动门，用自密实混凝土拌合物将A室浇满，静置1min后迅速地将间隔门向上拉起，混凝土边通过隔栅型障碍边向B室流动，直至流动停止为止，以钢制卷尺量测B室混凝土填充的高度（测量时应沿容器宽的方向量取两端及中央等三个位置的填充高度，取其平均值），计算A，B的高度差，当差值≤30mm，表明其间隙通过能力越好。

4.4J-RING法（ASTM标准）：J－RING的尺寸见下图：

J－RING试验：用来测定自密实混凝土的间隙通过能力。通过比较坍落扩展度与J－RING扩展度，计算其差值，差值在0～25mm表明其通过性能良好，＞50mm表明通过性差。

通过U型箱和J-RING的测试结果进行综合比较，确定自密实混凝土的性能。

5试验及性能测试

在试验过程中，首先对含气量对混凝土性能的影响进行了试验。

5.1引气剂的加入对混凝土性能的影响

由上述数据可以看出，引气剂的加入对混凝土的流动性、粘聚性有很大的改善，特别是对低强混凝土。但气泡的引入对混凝土的抗压强度的下降也是很明显的。

5.2单掺粉煤灰

粉煤灰的加入，大大改善了混凝土混凝土的流动性和粘聚性，但当胶凝材料超过550kg/m3后，加大粉煤灰的掺量（超过30％），将导致混凝土的黏性过大，间隙通过是很容易堵塞，配制高强自密实混凝土时，不宜单掺粉煤灰。

5.3单掺磨细矿渣

磨细矿渣对混凝土的和易性有很大的改善，且掺量可以很高（达到40％），有利于减少水化热。不过磨细矿渣的缺点是保水性不佳，掺量很大时，边缘泌浆比较多。

5.4双掺磨细矿渣＋粉煤灰

粉煤灰和磨细矿渣同时加入，混凝土的间隙通过率，流动性，填充性，抗离析性都良好，所以最终选定双掺粉煤灰和磨细矿渣进行自密室混凝土的试验和生产。

6结果分析及结论

通过上述试验结果，我们可以得出：

6.1混凝土中引入气泡，将大大改善混凝土的和易性，减少离析和泌水，配置的混凝土很容易达到自密实混凝土所要求的性能，但引入的气泡对混凝土的强度的影响也是很大的，配置高强自密实混凝土时要特别注意。

6.2单掺一种矿物外加剂，配置低强自密实混凝土是可行的，单高强自密实混凝土时，掺量过大会导致混凝土的自密实性能变差，掺量过小会导致混凝土的水化热过大，所以配置自密实混凝土时，应优先选用矿物外加剂的复合采用。

参考文献：

【1】自密实混凝土的配合比设计傅沛兴贺奎

【2】自密实混凝土测试方法与技术研究刘华良石建军宁严庆

【3】CCES02-2004自密实混凝土设计与施工指南

【4】ACI237R-07selfconsolidatingconcrete

【5】ASTMC1621/C1621MStandardtestmethodforpassingabilityofselfconsolidatingconcretebyJ-ring

【6】ASTMC1611/C1611MStandardtestmethodforSlumpflowofselfconsolidatingconcrete