7514自密实混凝土浇注17.docx

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7514自密实混凝土浇注17

作业指导书

武汉二航路桥特种工程有限责任公司

自密实混凝土浇注

开始实施日期：

2006年7月31日

编号：

NBHL/QC-7.5-14

第1版第0次修订

共10页

修改号

生效日期

修改方式

修改理由

0

曹适

盛海军

余升友

吴俊明

孟宪鹏

2006.7.25

修订号

编写

审核

会签

批准

批准日期

1目的

为确保自密实混凝土施工处于受控状态，并符合设计及质量标准要求。

2适用范围

适用于本公司自密实混凝土施工的控制。

3相关文件

3.1《公路工程质量检验评定表》、《公路桥涵施工技术规范》

3.2《管理手册》、《程序文件》

4自密实混凝土概述及其应用

4.1概述

自密实混凝土（SelfCompactingConcrete，简称SCC）就是要配制成纯粹靠混凝土自重，就能浇注到模板内各个角落，而不需任何振捣。

尽管自密实混凝土具有较高的流动性，但其粗骨料是不离析的。

自密实混凝土的出现，源于1983年以后的几年中，日本遇到的混凝土结构耐久性问题，以及因技术工人数量的减少而引起混凝土质量下降。

在1986年，东京大学的学者Okamura提出了发展SCC的必要性。

1988年，东京大学的Ozawa,第一次用在建材市场上采购的材料配制出了自密实混凝土。

经研究，当时配出的SCC在干燥和硬化收缩，水化热，硬化后的密度，以及一些其它性能均令人满意。

次年在东京大学，一百多位研究者和现场工程师面前，做了一次公开试验。

结果，引发了许多地方就此开展深入研究，尤其在东京大学较为突出。

在这一时期，SCC被定为一种“高性能混凝土”（简称HPC），分类依据基于混凝土的三个阶段：

（1）新拌状态下：

自密实性；

（2）早期：

能避免初始缺陷；

    （3）硬化期：

避免或减少外部因素对结构的作用（如具有较好的抗渗性）。

4.2特点

    自密实混凝土与常规浇注、振捣的混凝土最大的区别在于，它的匀质性、填密性完全靠在自身的重量作用下，能够自流平填密。

与常规振捣成型的混凝土相比，自密实混凝土主要有以下几个优点：

（1）使用自密实混凝土，可以缩短施工工期；

（2）可以保证结构中混凝土的密实性。

尤其在浇注振捣困难的狭窄部位时。

这种要求更为突出。

    （3）可以消除因振捣而带来的噪音，尤其对于混凝土生产者来说更为重要。

这在提倡环保，保证居民生活质量的今天，自密实混凝土具有很大的吸引力。

此外，使用SCC还可节约大量劳动力，由此而带来的经济效益十分可观。

4.3应用及研究现状

（1）应用领域

    自密实混凝土工程应用的首例，是1990年6月在日本用于一个楼房建筑中。

随后，SCC的应用范围和使用数量日趋增加。

    ①大体积混凝土

   比较典型的工程应用实例是跨度为1990m的日本明石海峡大桥（悬索桥），自密实混凝土用于该桥的锚碇施工中。

混凝土的搅拌是在施工现场旁边的搅拌站进行的，然后通过导管泵送输送到距搅拌站200m的混凝土浇注现场，混凝土的输出是靠在导管上按等间距布置的阀门控制的。

    该工程中使用的自密实混凝土，粗骨料最大粒径40mm，混凝土落距3m，尽管有大粒径粗骨料，但无离析现象。

最后的比较分析表明，自密实混凝土的使用将锚碇施工工期缩短了20%，即由2.5年缩短为2年。

    ②隧道

   在国外，自密实混凝土已经用于一些隧道的施工中。

例如，在日本Kobe修建的水底隧道；1998年竣工的瑞士水利电力项目CleusonDixence中，隧道长15850m，斜井共3920m长，总共使用了73000m３的SCC填充在岩石与钢衬之间，作为混凝土衬砌［11］；1999年开工的Loetschberg铁路隧道长34642m，共使用了800000m３的SCC。

    ③水下自密实混凝土

    鉴于水下混凝土结构排水施工的困难性，以及有些结构处于易于被蚀的工作环境下，所以发展水下自密实混凝土是SCC研究和应用的一个广阔领域。

目前，仍处于研究当中。

（2）自密实改良技术

    ①钢纤维自密实混凝土

    在自密实混凝土中使用钢纤维，提供了一种实现混凝土生产工业化、提高生产率的方法，并兼有免振及减少钢筋配置所带来的正面效应，钢纤维增强自密实混凝土（简称SFRSCC）可用于楼房中的墙及楼板。

钢纤维自密实混凝土试验研究的重点是，在SCC中掺加钢纤维对于新拌混凝土和易性以及硬化混凝土韧性（韧性决定了总体的承载能力以及裂缝的分布特性）的影响。

    在自密实混凝土中使用钢纤维作为增强材料，要适当调整配合比。

钢纤维对拌合物工作性的影响与钢纤维的使用数量、纤维形态因素、拌合物的稠度有关。

掺加钢纤维使SCC能通过的钢筋间距增大。

对于SFRSCC工作性的评定，需要用多种仪器和方法综合进行较为合适。

    ②自密实高强混凝土

    SCC的研究和应用多数集中在普通强度等级。

通过采用低水胶比（小于0.30）、掺加粉煤灰或硅粉、控制流展度等技术手段，可以配制出C100的大流动度混凝土，这样既做到高强，又能获得大流动度的混凝土。

这些研究的成果，可以作为发展自密实高强混凝土能够借鉴的经验。

    ③SCC用于预制法施工

    绝大多数有关SCC的研究和应用实例是用于现浇结构。

利用SCC预制混凝土构件，即体现着混凝土施工方法的发展方向，换句话说，现浇→预制→SCC预制的发展轨迹，体现着混凝土逐步实现工业生产、不断提高生产效率。

并且，由于无需振捣或其它致密措施，极大地降低了因混凝土施工而带来的噪音，为这种施工可行性提供了一定依据。

   4.4应用前景

（1）与常规混凝土相比，自密实混凝土具有自流平、密实度高、缩短工期、减少人力投入等优点。

（2）由于自密实混凝土不需要振捣，因此可以降低由振捣导致的混凝土离析等问题，同时由于其自密实的特性，对模板工程、钢筋工程、支撑工程等均有新的要求。

    （3）目前自密实混凝土的研究和应用还处于初期阶段，在配合比设计、性能评定、质量控制、施工技术等方面均有待试验和理论方面的深入研究。

（4）自密实混凝土目前属于“特种混凝土，”在实际应用中还不是十分普及，主要应用于水下混凝土施工、大体积混凝土以及隧道工程等混凝土工程，在未来具有广阔的应用前景。

5自密实混凝土配合比的设计方案

由于现代建筑设计的艺术性和复杂性，现今混凝土结构构造愈趋复杂，为了适应不同的混凝土结构得使用不同的混凝土配合比。

由此，在自密实混凝土浇注前，首先要求广大员工掌握并熟悉如何对应不同工程设计出相应的自密实混凝土配合比。

5.1自密实混凝土配合比设计前的准备

首先要仔细审视设计图纸关于自密实混凝土结构部分；其次要全面调查当地可购买的水泥、砂、碎石等原材料的情况；最后安排并布置配合比试验时需要用的器材及人工。

（1）审视设计图纸

由于我公司加固施工的特殊性，可能会接触到各种结构的混凝土构件。

混凝土构件形状的不同，就有可能需要提供不同的自密实混凝土配合比。

在此概括几种特殊结构，以供大家参考。

①瓶颈混凝土结构。

其结构特点高度较大，非等径结构，结构中间局部不易密实。

这种结构，需要水灰比较大，减水剂的减水量要高，能达到同等比例外加剂的最大流动性。

此种混凝土要求高流动性。

②密筋网混凝土结构。

其结构特点钢筋植入密集，空隙狭窄，且伴有倒角式结构。

这种结构，除需要较大流动性能外，还需要控制粗骨料的粒径，保证骨料不堵塞混凝土的流动通道。

③倒角封堵混凝土结构。

其结构特点施工困难，混凝土入仓口狭窄需人工封堵。

这种结构，为保证混凝土的凝结时间，需调整外加剂比例来控制混凝土的初凝时间。

（2）调查并落实当地混凝土原材料的供应情况

为了更好的保证混凝土设计配合比的有效性，能够有效代表施工现场的情况。

设计配合比的原材料取材必须取自以后用于实际施工的原材料，如果需要更换部分原材料，需要对更新的原材进行检验。

若检验结果与设计配合比所选原材试验数据相差不大，可应用于实际施工中，否则，必须予以更换原材或重新启用现有原材重新组织设计配合比。

根据设计图纸对自密实混凝土的需求，选取原材料：

①水泥

基于目前我国的原材料状况,水泥的主要问题是与外加剂的相容性、标准稠度用水量和强度问题,水泥与外加剂是否相适应,决定着能否配制出某个强度等级的自密实混凝土,因此应选用较稳定的水泥。

     ②掺合料

掺合料是自密实混凝土不可缺少的组成部分之一,一般常用的有粉煤灰、磨细矿渣、硅粉、矿粉等。

利用它们的物理效应、填充效应和火山灰效应,不但能提高新拌混凝土的工作性,而且能增强硬化后混凝土的耐久性。

     粉煤灰是自密实混凝土最常用的活性掺合料,具有“活性效应”、“界面效应”、“微填充效应”和“减水效应”。

在自密实混凝土中,要求充分发挥这些效应,一是要求活性掺合料的颗粒与水泥颗粒在微观上应形成级配体系;二是球形玻璃体含量要求高,因为球形玻璃体掺合料的减水效应显著,需水量比可大大降低。

     磨细矿渣的火山灰效应高,因此能改善自密实混凝土硬化后的孔结构和强度;矿渣由于细度较高,能显著提高自密实混凝土拌和物的流动速度,改善其流变性能,且对改善自密实混凝土的早期孔结构有一定作用。

     日本自密实混凝土普遍采用粉煤灰和矿渣复掺,有时还加上矿粉。

     ③细骨料

     砂在混凝土中存在双重效应,一是圆形颗粒的滚动减水效应;二是比表面积吸水率高的需水效应。

砂的含泥量和杂质,会使水泥浆与骨料的粘结力下降,需要增加用水量和增加水泥用量,所以砂必须符合规范技术要求。

     ④粗骨料

由于自密实混凝土常常用于钢筋稠密或薄壁的结构中,因此粗骨料的最大粒径一般以小于20 mm为宜,尽可能选用圆形且不含或少含针、片状颗粒的骨料。

    ⑤外加剂

     自密实混凝土具备的高流动性、抗离析性、间隙通过性和填充性这四个方面都需要以外加剂的手段来实现,因此对外加剂的主要要求为:

a） 与水泥的相容性好:

b） 减水率大;c） 缓凝、保塑。

（3）试验室布置及准备操作

5.2自密实混凝土配合比设计

为了能够自如的掌握自密实混凝土配合比设计的原理，首先要了解自密实混凝土的制备原理；其次再掌握自密实混凝土配合比设计的方法；再熟练自密实混凝土配合比设计配制的工艺流程，最后才能游刃有余的着手混凝土配合比的设计配制，最终才能在实际施工中应对各种情况熟练调整混凝土的性能，调制出本工程最需要的最适合的自密实混凝土。

（1）自密实混凝土的制备原理

    自密实混凝土具有高工作性、抗离析性、间隙通过性和填充性。

按流变学理论,新拌混凝土属宾汉姆流体,其流变方程为:

     τ = τ0 + ηγ                                   

（1）

     式

（1） 中:

τ为剪切应力;

     τ0 为屈服剪切应力;

     η为塑性粘度;

     γ为剪切速度。

   τ0 是阻止塑性变形的最大应力,在外力作用下混凝土拌合物内部产生的剪切应力τ≥τ0 时,混凝土产生流动;η是混凝土拌合物内部阻止其流动的一种性能,η越小,在相同外力作用下流动速度越快,由此可见。

屈服剪切应力τ0和塑性粘度η是反映混凝土拌合物工作性的两个主要流变参数。

与普通混凝土采用机械振捣时因触变作用令τ0 大幅减小,使振动影响区内的混凝土呈液化而流动并密实成型的道理相似,制备自密实混凝土的原理是通过外加剂、胶凝材料和粗细骨料的选择搭配和配合比设计,使τ0 减小到适宜范围,同时又具有足够的塑性粘度η,使骨料悬浮于水泥浆中,不出现离析和泌水问题,能自由流淌充分填充模型内的空间,形成密实且均匀的结构。

    混凝土拌合物的浆固比和砂率值,对工作性有很大影响,浆固比越大流动性越好,但过大对硬化后的体积稳定性不利;砂率适宜,粗骨料周围包裹足够的砂浆,不易在间隙处聚集而影响填充和密实效果,提高了拌合物通过间隙的能力。

（2）自密实混凝土配合比设计方法

   ①普通适用的混凝土体积模型

     全计算的基本观点:

     a） 混凝土各组成材料（包括固、气、液三相） 具有体积加和性;

     b） 石子的空隙由干砂浆填充;

     c） 干砂浆的空隙由水填充;

     d） 干砂浆由水泥、细掺合料、砂和空气所组成。

     根据美国混凝土专家P. K.Mehta 和P. C. Aitcin 的观点,自密实混凝土同时达到最佳的施工和易性和强度性能,其水泥浆与骨料的体积比应为35∶65。

     ② 传统的自密实混凝土配合比设计经验

     岗村教授于1996 年提出自密实混凝土配合比设计的特点:

粗骨料体积用量固定为固体体积用量的50 %;细骨料用量固定为砂浆体积的40 %;体积水胶比建议为019～110 ,具体决定于胶凝材料组成与性质;超塑化剂掺量和最终水胶比以保证达到自密实来决定。

     我国北京建工集团二公司等单位提出自密实混凝土配合比的经验参数:

胶凝材料的总量要超过500 kg/m3 ;砂率较大,即粗骨料用量较小,砂率应在40 %以上,最大可达50 %;使用高效减水剂,由于胶凝材料的用量较大,必须掺用大量矿物细掺合料,细掺合料总掺量一般不大于胶凝材料总量的30 %;为了保证耐久性,水胶比不宜大于014。

（3）自密实混凝土配合比设计工艺流程图

（4）自密实混凝土配合比设计

以C60P12自密实混凝土为例，进行配合比计算。

①原材料

水泥：

河南上街普硅525水泥，R28=55.0Mpa，

粉煤灰：

河南首阳山Ⅰ级粉煤灰，

膨胀剂：

CEA膨胀剂，

硅灰（SI）：

山西析洲SiO292％，

中砂：

Mx=2.7，含泥量1.2％，

碎石：

5～25mm连续粒级，针片状含量<5％，含泥量0．3％，压碎指标9.8％。

自密实免振，初始坍落度240～260mm，坍落扩散度D≥600mm

②配合比计算步骤：

a）配制强度

fcu.p=60+1.645×6＋6=76（Mpa）

因掺12%膨胀剂降低强度6Mpa，故增加6Mpa。

b）水胶比

W/B=1/（76/（0.48×55）+0.52=0.294

c）用水量：

考虑CEA和SI的需水量比>100％，因此用水量比计算值大1015kg/m3。

W=175（kg/m3）

d）胶凝材料用量

C+FA+SI+CEA=175/0.294=595（kg/m3）

FA掺12％：

FA=595x0.12=71（kg/m3）

SI掺6％：

SI=595X0.06=36（kg/m3）

C+CEA：

C+CEA=（595—71—36）=488（kg/m3）

CEA内掺12％：

CEA=488X0.12=58（kg/m3）

C=488—58=430（kg/m3）

e）砂率及集料用量

SP=［（175+80）/650］X100%=39%（实际取38％）

S=（2450—175—595）X0.38=638（kg/m3）

G=1680—638=1042（kg/m3）

f）YNB超塑化剂掺量

减水率：

η=（210-175）/210+0.08=0.247

YNB掺量：

μ=（0.247X4.17）/（0.32X100）X100%=3.2%

g）配合比计算结果

W

C

FA

SI

CEA

S

G

W/B

SP（%）

YNB

175

430

71

35

68

537

1060

0.294

38

3.20

（5）自密实混凝土配合比试验操作

试验方法主要有以下几种：

坍落度和坍落扩展度试验

流动度试验

充填性试验

抗离析性试验

保塑性试验

自密实混凝土力学性能试验

6自密实混凝土实际施工应用

6.1对模板的要求

自密实混凝土的坍落流动度大，从直观上看，混凝土拌合物是很“稀”的，加上其很强的间隙通过能力，拌合物具有流体的性质，所以自密实混凝土与普通混凝土相比，其对模板的要求也高得多，主要表现在牢固与密封两方面。

按《公路桥涵施工技术规范》9.2.2，模板设计荷载只取新浇混凝土对模板的侧压力（因无须振捣，故不计振捣产生的荷载）。

按《公路桥涵施工技术规范》附录D，侧压力Pmax=γh，有效压头高度h取转向板的实际高度，混凝土容重γ建议取26kN/m3，在模板计算时还考虑足够大的安全系数，以保证模板不至于产生较大的变形。

各块模板之间及模板与原结构之间连接处的缝隙应封闭密实，形成一个滴水不漏的容器，否则浇筑混凝土时会严重漏浆，导致混凝土构件表面出现麻面现象。

但是，在模板上部可留缝隙，以备浇筑混凝土时排气之用。

6.2混凝土生产过程控制及质量保证措施

（1）混凝土搅拌方式：

搅拌机搅拌前进行彻底清洗，搅拌时间定为180秒，投料顺序为先下砂石及一半甩水，搅拌5秒后，再下水泥和掺合料搅拌，然后加入外加剂和剩余的水，混凝土搅拌时间延长90秒，调整工作性要求合适后连续生产。

（2）混凝土出站质量控制：

根据自密实混凝土的性能要求，质检部对每车混凝土严格进行混凝土坍落度试验、坍落扩展度试验、倒置清空试验，合格后方可送工地浇注。

（3）混凝土坍落度损失的控制和调整：

根据运距、交通状况以及浇注进度，每一辆混凝土运输车上携带一桶SK-V聚羧酸减水剂，由现场技术人员负责根据混凝土实际坍落度与需求坍落度之差距情况予以适当调整。

严格禁止向地泵和罐车中的混凝土里加水，以免影响强度。

6.3自密实混凝土生产和施工的几点注意事项

（1）严格控制自密实混凝土所用外加剂质量，要求其各项技术检测指标必须符合试验时确认的原材料质量标准。

（2）聚羧酸系高性能减水剂掺量较低，搅拌机计量必须准确，误差要小于生产普通混凝土时外加剂计量允许误差的50％。

（3）要精确检测砂、石的含水率，严格控制单方用水量。

（4）聚羧酸系高性能减水剂必须单独存放、单独计量，投料时先入水秤中，各环节中不得与萘系外加剂接触，否则失效。

（5）建议使用不锈钢或塑料容器盛装聚羧酸系高性能减水剂，不应使用铸铁或普通铁罐，否则会对罐体造成腐蚀，同时影响聚羧酸系高性能减水剂性能。

（6）搅拌时间控制要准确，不得小于120秒，不得超过200秒。

因搅拌时间是生产普通混凝土的4倍以上，故生产效率有所降低。

（7）装卸自密实混凝土前后的罐车必须对罐体内进行彻底清洗，并放净余水。