自密实混凝土的控制要点及密实度检测方法

自密实混凝土的控制要点及 密实度检测方法

鲍成文

单位中铁二十一局集团第一工程有限公司

摘要：自密实混凝土密实度是混凝土结构施工中非常重要的一种材料，混凝土施工质量的好坏直接关系到桥梁使用寿命。有效的自密实混凝土密实度质量无损检测方法，对工程质量安全性及耐久性起着至关重要的作用。

关键词：自密实混凝土；混凝土密实度；无损检测；质量控制

引言

传统混凝土浇筑施工中为了使混凝土能够均匀密实，通常采用人工持有振捣棒进行振捣。在遇到无法采用传统振捣工艺实现密实填充的区域，劳动力成本较高的地区和施工噪音管控严格的场合，例如配筋密集，灌注空间特殊等区域时，需要采用自密实混凝土代替传统高性能混凝土。自密实混凝土具有高流动度、不离析、均匀性和稳定性，浇筑时仅依靠其自重流动无需振捣而达到密实的混凝土，又称自流平混凝土或免振捣混凝土。

一、自密实混凝土对原材料的选择

鉴于对施工性能提出更高的要求，自密实混凝土面临的共性问题与普通混凝土相比更为突出，矿物掺和料质量普遍下降，优质砂石骨料日益匮乏，结构与施工要求复杂多样，恶劣环境气候等因素使得自密实混凝土的制备对原材料的要求极高。

1胶凝材料的选择

由于水泥中C3A含量增加，显微形态差异大、玻璃体含量低的粉煤灰强烈吸附减水剂，显著劣化自密实混凝土工作性，为降低自密实混凝土收缩，宜多用矿粉、石粉等惰性掺合料少用水泥、粉煤灰。

2骨料的选择

砂、石集料黏土含量增加（蒙脱土、

高岭土），水泥基材料塑性与硬化阶段自收缩均增大，成正比关系，黏土在水泥基材料中形成薄弱环节，强度低、收缩大，是增加水泥基材料收缩变形的主要原因，因此要严格控制骨料的含泥量。良好的级配有利于提升自密实混凝土工作性与密实性，应优选骨料级配，实现分级供应与配比，尽可能降低堆积孔隙率。

3减水剂的选择

高效减水剂增加混凝土流动性和流动性保持能力，利用流变改性剂的高剪切变稀能力降低泵送压力，削弱特殊工艺施工难度，保障混凝土灌注密实。

二、自密实混凝土的影响因素及控制要点

1影响因素

1.1配合比参数

不同组分变动对自密实砼流变参数的

影响方式和程度不同，总体来说，影响较大的因素包括用水量、浆骨比及骨料表面积（砂率）。

1.2施工环境温度

环境温度影响自密实砼温度，进而影

响外加剂初始分散效率与流动性保持效果，环境温度高于30℃后，自密实混凝土温度上升、水分蒸发加剧且早期水化加快，流动性损失速度迅速增加。

1.3待料时间

大机拌合自密实砼工作性更易出现反增，尤其在早期30min以内时，应采取必要措施增强其稳健性。

2控制要点

2.1生产控制要点

A 严控原材料的来源与质量，保证材料与工艺统一；

B 依据实验室试配初步确定外加剂掺量，拌合楼生产时掺量取低值，流动性通过微调拌合水量调节；

C 搅拌时间较普通混凝土有所延长，尤其是出现反向增长、低温、低水胶比时，一般不宜低于90 s；

D 控制计量误差：粉料、水与外加剂不超过1%，骨料不超过2%；

E 含水率测量频次≥2次/班，显著波动时加大；

F 气温、砼料温≤15℃时，注意工作性变化，可适当延长搅拌时间。

2.2 运输控制要点

A 防风、防晒、防雨淋的搅拌车运输，高温、低温季节覆盖保温；

B 环境温度≥20℃时，运输时间≤60min；环境温度10~20℃时，运输时间≤75min；环境温度＜10℃时，运输时间≤145min；

C 现场专人调配罐车卸料及拌合楼生产，避免压车；

D 自密实砼入模温度不宜高于30℃。

2.3 泵送控制要点

A 应配备适宜的泵送设备，理论输送压力（低压/高压）≥10/18MPa，柴油驱动，额定功率≥140kW；

B 泵管布置长度不宜超过100m，尽量避免损失泵压的布管方式，控制弯头、软管的数量；

C 严禁泵管泄露，检查料斗内换向阀眼镜板与切割环的密封情况；

D 根据工况及时调整排量，尽量采用高压低排，排量不超过80%；

E 自密实混凝土从出机到入模完成，时间不宜超过90min，泵后混凝土性能仍能满足设计要求。

三、自密实混凝土密实度检测

自密实混凝土仅靠自身重量进行流动，应用于无法振捣的区域，部分情况下存在浇筑缺陷。为保证混凝土浇筑密实，确保混凝土结构的耐久性、安全性，通常利用冲击回波定性及定位测试方法先对混凝土密实度进行无损检测，然后对检测结果显示存在缺陷区域进行修补，以确保自密实混凝土结构耐久性、安全性。

1 冲击回波法基本原理

冲击回波法是一种通过在介质表面施加瞬时冲击 ，分析其产生的弹性波在结构体内部不同介质界面反射、绕射规律的无损检测方法。对于无缺陷混凝土，只会产生一个底面反射波，对于有缺陷混凝土，由于在缺陷处产生反射和绕射现象，冲击回波路径存在区别（如图1-1）。

图1-1 冲击回波法测试原理图

通过计算反射波的频谱特性，可以得到冲击回波主频率，结合混凝土波速，计算出冲击回波路径，也称等效厚度。对比密实混凝土处和孔道处等效厚度，可以检测出孔道内是否存在缺陷。

其中为结构等效厚度；为冲击回波主频；为混凝土截面几何系数；为结构P波波速。

四、工程现场检测实例

1 检测项目及检测方法

根据现场情况，对现场9#墩左、9#墩右、8号墩右共计3处0#块位置进行混凝土无损检测。本次检测采用较为先进的混凝土无损检测手段——弹性波二维断面计算机层析扫描成像（CT）技术。

本系统中的弹性波CT 技术的测线源为弹性波（P波），通过对被检对象进行扫描，弹性波在缺陷界面产生散射和衰减，可根据波幅变化的程度判断缺陷的性质和范围；

弹性波中各频率成份在缺陷界面衰减程度不同，接收信号的频率明显降低，可根据接收信号主频或频率谱的变化分析判别缺陷情况；

本方法的原理是依据“走时成像原理”将信号作为投影数据，若测试区域内有空洞或软弱不密实区等缺陷，该方法以冲击弹性波作为媒介，以能量和信号幅值作为计算依据，通过交叉测线对被检对象进行全方位扫描，通过对采集数据的反演、重建得到能真实反映其结构内部情况的结构质量分布图像，以达到检测结构物内质量的目的。测线越多，CT解析精度和分辨率越高。但根据现场实际情况，选择适量测线条数即可。

图1 测点位置布置图

2 现场检测

根据现场实际情况，对9#墩左、9#墩右、8#墩右进行布置测点，在测试部位沿行车方向箱梁底板两侧分别布置7个测点，测点间距为0.3m，测试长度为2.1 m，现场激振锤采用48号锤进行测试，弹性波信号可覆盖断面测点上下30cm范围内。

3 评判标准

如下图所示：色谱图为由深蓝色至深红色变化 ；深蓝色代表混凝土软弱区，深红色代表所示混凝土区域完好，区间过度颜色越接近深蓝色则代表所示混凝土存在软弱区的可能性越大，过度颜色越接近深红色则代表所示混凝土越完好。通过大量实验数据表明，把深蓝色区域当做“0”，深红色区域当做“1”，深蓝色至深红色为0 — 1 ；当色谱图中显示颜色低于0.3时即：所示颜色为 判为软弱区。图示中黑色圈范围即为软弱区所在位置。

横向宽度2.1m

测试方向

基准点

图2 能量分部色谱图

说明：基准点位置为敲击横向宽度 第一测点处。

4 检测结果

表1 测试结果列表

5 检测结论

测试结果显示9#左测试部位存在混凝土软弱区1处；9#右测试部位未发现明显浇筑不均匀现象；8#右测试部位存在2处软弱区，且左侧存在不密实情况。对缺陷区域进行开窗验证，发现孔道内无压实混凝土。如下图所示：

五、结语

自密实混凝土解决了无法采用传统振捣工艺实现密实填充的区域的施工，随着建筑工程发展的多样性，复杂性的要求，自密实混凝土的应用前景更加广阔。同时由于自密实混凝土高要求，无法进行振捣的特点，施工现场应加强对其密实度的检测。

经过对冲击回波主频的分析，结合构件波速计算出等效厚度的方式再利用走时成像原理能够有效区分出混凝土浇筑缺陷的有无。现目前针对于混凝土密实度检测，弹性波二维断面计算机层析扫描成像（CT）技术是一种快速、简单、有效可行的方法。

参考文献：

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[4]《混凝土结构耐久性设计与施工指南》（CCES01-2004)