自密實(shí)混凝土性能及其在三峽三期工程中的應(yīng)用
胡竟賢，紀(jì)建林
（西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 三峽工程建設(shè)監(jiān)理中心 湖北 宜昌 443133）
[摘要] 自密實(shí)混凝土雖然在建筑工程中已有應(yīng)用，但在水電工程中很少見到應(yīng)用的實(shí)例，本文介紹了水工自密實(shí)混凝土的性能以及在三峽三期工程中的應(yīng)用。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，各種類型的新型外加劑投入生產(chǎn)，使對(duì)于無法振搗的一些形狀復(fù)雜、高密配筋或封閉的特殊結(jié)構(gòu)部位采用免振自密實(shí)混凝土施工成為可能。自密實(shí)混凝土具有大流動(dòng)性及良好的粘聚性，使混凝土在自身重力作用下自行流動(dòng)但不會(huì)發(fā)生骨料分離，從而實(shí)現(xiàn)自密實(shí)。經(jīng)過試驗(yàn)得到符合施工要求的自密實(shí)混凝土配合比，各項(xiàng)性能均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，與常態(tài)混凝土比較具有較高的軸拉強(qiáng)度和極限拉伸值，由于自密實(shí)混凝土的優(yōu)良性能，成功的應(yīng)用在三峽工程無法用常規(guī)方法施工的部位。
[關(guān)鍵詞] 自密實(shí)混凝土；擴(kuò)散度；流動(dòng)性；填充性；力學(xué)性能；應(yīng)用
The Property of SCC concrete and it applies in 3rd Stage Dam at Three Gorges Project
By Mr. Hu Jingxian and Mr. Ji Jianlin
(From: Northwest Designing Institute Three Gorges Engineers Corp.
Yichang, Hubei 443133)
(Abstract: Although the SCC concrete has numbers of examples applying in build
Construction field, it has few applying examples in Hydropower projects. The
herewith article gives the introduction of the property of Scc in hydropower and
the applying in 3rd Stage Dam at Three Gorges Project. Accompanying with the
development of new materials, the new sort of admixtures make this into
possibility that to use scc concrete in concretepouring in the complicated
geometrical and high-collocated reinforced formwork or some special location in which is blocked out.
The SCC concrete has the property of high flowability and high consistency, it
can flow flat under it’s own gravity without any segregation and it is compacted
by itself. After the indoor lab test, we decide the mix design which can meet all
the requirement for concrete-construction, the properties meet the designing specification and it has higher
axis tensile strength and higher ultimate tensile strength. Due to the excellent
properties of scc concrete, it is successfully used in some special location at
Three Gorges Project where the ordinary way for concretepouring can not fulfill
the construction.)
(Keywords):SCC concrete; Spread Table; Flowability; Ability for fill;
Mechanic property; Applying.
1 概述
水工建筑物大體積混凝土絕大部分使用三、四級(jí)配低塑性混凝土，只在地下洞室混凝土襯砌或斷面尺寸較小的二期混凝土（如閘門槽回填）才采用大流動(dòng)度的泵送混凝土。就自密實(shí)混凝土而言，雖然在建筑工程中已有應(yīng)用，但在水電工程中很少見到應(yīng)用的實(shí)例。這里所指的自密實(shí)混凝土區(qū)別于一般的大流動(dòng)度混凝土，它除了具有高流動(dòng)性外，還應(yīng)具有良好的粘聚性，使混凝土在自身重力作用下自行流動(dòng)但不會(huì)發(fā)生骨料分離，從而實(shí)現(xiàn)自密實(shí)。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，各種類型的新型外加劑投入生產(chǎn)，使對(duì)于無法振搗的一些形狀復(fù)雜、高密配筋或封閉的特殊結(jié)構(gòu)部位采用免振自密實(shí)混凝土施工成為可能。
1999年，青云公司試驗(yàn)室最早開展了三峽二期工程自密實(shí)混凝土的試驗(yàn)研究，三七八聯(lián)總試驗(yàn)室也相繼開展這方面的研究工作，并分別在三峽二期工程大壩壓力鋼管槽回填及電站廠房三期坑中應(yīng)用[1]。但早期施工選用萘系緩凝高效減水劑，混凝土粘聚性較差，以致在混凝土入倉處發(fā)生骨料堆積。后來改用JM-Ⅱ萘系泵送劑加ZNJ增粘劑聯(lián)合摻用的辦法，克服了骨料分離的問題，使混凝土具有高流態(tài)、抗分離和粘聚性好的優(yōu)良性能，但需人工添加增粘劑，生產(chǎn)程序較為復(fù)雜。在三期工程中經(jīng)過幾個(gè)試驗(yàn)單位的反復(fù)對(duì)比試驗(yàn)，確定選用新型的聚羧酸系的Glenium SP8cr-hc超高效減水劑。以下主要介紹自密實(shí)混凝土的性能以及在三峽三期工程中的應(yīng)用情況。
2 混凝土原材料
水泥：在水工建筑物中，為減小水泥水化熱溫升，宜選用中熱硅酸鹽或低熱硅酸鹽水泥，在三峽三期工程中，自密實(shí)混凝土采用石門42.5中熱、石門42.5低熱硅酸鹽水泥，水泥28天抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到53.8MPa、53.3 MPa，7天水泥水化熱分別為273kj/kg、208kj/kg。
粉煤灰：采用襄樊Ⅰ級(jí)粉煤灰，需水量比92%，細(xì)度3.0%。
骨料：下岸溪料場(chǎng)生產(chǎn)的人工砂、人工碎石，表觀密度為2650kg/m3，粗骨料最大粒徑選用40mm，人工砂細(xì)度模數(shù)2.50-2.60，石粉含量10%-14%。
外加劑：采用上海麥斯特生產(chǎn)的聚羧酸系Glenium SP8cr-hc超高效減水劑及AIR202引氣劑。SP8cr-hc和傳統(tǒng)的高效減水劑的作用機(jī)理不同，在聚羧酸謎主分子上復(fù)合著很長(zhǎng)的側(cè)鏈，極大地提高了對(duì)水泥顆粒的離散能力，混凝土拌和過程中，主分子之間靜電排斥產(chǎn)生離散，在主分子背側(cè)的側(cè)鏈會(huì)產(chǎn)生位阻現(xiàn)象，進(jìn)一步提高水泥顆粒之間的距離保持能力。聚合物分子用特殊的合成技術(shù)合成“時(shí)間釋放”效應(yīng)，可延長(zhǎng)混凝土的可工作時(shí)間，但不造成混凝土凝結(jié)的延緩，有助于提高混凝土工作度的保持能力和混凝土的早期工作強(qiáng)度。
3 混凝土配合比設(shè)計(jì)
適合于工程施工需要的混凝土配合比，最直接的辦法是通過試驗(yàn)確定，在試驗(yàn)前，應(yīng)根據(jù)已有工程資料對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行指導(dǎo)。自密實(shí)混凝土各種材料組成可按絕對(duì)體積法計(jì)算，其各參數(shù)間的關(guān)系，筆者根據(jù)文獻(xiàn)資料及現(xiàn)場(chǎng)施工情況，歸納如下幾條考慮原則：
⑴ 混凝土水膠比。除了與常態(tài)混凝土一樣，混凝土水膠比選擇應(yīng)滿足混凝土各項(xiàng)性能外，還必須考慮大流動(dòng)度混凝土為保持良好的粘聚性需要對(duì)最大水膠比的限量。減小水膠比，可以增加混凝土的粘聚性，由試驗(yàn)結(jié)果得到，當(dāng)水膠比在0.35-0.40之間時(shí)，骨料可以隨著漿體通過多層鋼筋網(wǎng)，當(dāng)水膠比大于0.40時(shí)，骨料通過鋼筋網(wǎng)的能力減弱，因此當(dāng)鋼筋比較密集時(shí)，水膠比以不大于0.40為佳。但對(duì)于較大的澆筑塊體，相對(duì)鋼筋較少時(shí)，亦可適當(dāng)增大水膠比，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，澆筑強(qiáng)度等級(jí)較低的混凝土，采用0.48水膠比，混凝土仍能保持良好性能。
⑵ 混凝土膠凝材料用量。為了達(dá)到大流動(dòng)和保持混凝土良好的粘聚性，混凝土膠凝材料不應(yīng)過低。在水工混凝土中，不希望用過高的膠凝材料用量，這樣會(huì)增大水泥水化溫升，而過低膠凝材料用量，又會(huì)使混凝土粘聚性變差，根據(jù)三峽工程經(jīng)驗(yàn)，膠凝材料用量大致在350kg/m3-450 kg/m3之間選定。
⑶ 混凝土單位用水量。增加單位用水量，可以增大混凝土流動(dòng)度，但混凝土易發(fā)生分離析，增大混凝土泌水，影響到混凝土的和易性，要得到優(yōu)質(zhì)的混凝土，在保證混凝土流動(dòng)度前提下，應(yīng)采用較小的單位用水量，為此在配制自密實(shí)混凝土?xí)r，應(yīng)選用減水率高的且能保持混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的外加劑，對(duì)自密實(shí)混凝土而言，外加劑選擇成為決定自密實(shí)混凝土性能的關(guān)鍵因素。
混凝土的水膠比、膠凝材料用量及用水量三者之間是互?