抗凍自密實混凝土的設計與應用

李旭輝

【摘 要】自密實混凝土和抗凍混凝土在實際使用C40F150自密實混凝土設計與應用的全過程，包括：工程概況、原材料的選擇和配合比設計、試驗驗證及試驗結果分析、混凝土生產施工過程控制等，總結抗凍自密實混凝土設計及生產施工經驗，望為日后相關工程提供一些幫助。

【關鍵詞】自密實混凝土，抗凍混凝土，空隙率

一、工程概況

北京德威英國國際學校改造建設一座露天小型冰場面積約為1200平米，表面設計為鋼筋混凝土面層，內配Φ8@150mm鋼筋，內埋冷排管，冷卻排管及支架均在鋼筋混凝土層內，冷排管中心間距為95mm，凈間距約為60mm。設計要求使用C40自密實混凝土澆筑混凝土面層?？紤]冰場的多功能使用，混凝土設計抗凍融指數為F150，混凝土澆筑厚度為20mm，實際混凝土用量170m3。

二、原材料和配合比設計

1、原材料選用及相關技術指標

（1）水泥：唐山冀東水泥廠P.O42.5水泥。

水泥的技術指標：比表面積（m2/kg）：328、標準稠度用水量（%）：28.6、初凝（min）148、終凝（min）255、抗折強度（MPa）3d：5.9、28d：8.8、抗壓強度（MPa）3d：30.8、28d：52.2、安定性（煮沸法）：合格

（2）砂：河北淶水生產的天然Ⅱ區中砂。

砂的技術指標：細度模數：2.5、含泥量（%）：2.6、泥塊含量（%）：0.4、表觀密度（kg/m3）：2690

（3）粗骨料：河北淶水及河北灤平生產的5～16mm連續級配碎石進行對比試驗。

粗骨料的技術指標：

1淶水：含泥量（%）：0.2、泥塊含量（%）：0.1、針片狀顆粒含量（%）：4、壓碎指標值（%）：4.7、表觀密度（kg/m3）：2750、空隙率：44

2灤平：含泥量（%）：0.3、泥塊含量（%）：0.1、針片狀顆粒含量（%）：7、壓碎指標值（%）：5.5、表觀密度（kg/m3）：2745、空隙率：47

（4）粉煤灰：張家口生產F類Ⅰ級粉煤灰。

粉煤灰技術指標：細度（45μm方孔篩篩余）（%）：8.5、需水量比（%）：92、燒失量（%）：3.2、表觀密度（kg/m3）：2240

（5）礦粉：唐山產S95級高爐礦渣粉。

高爐礦渣粉技術指標：比表面積（m2/kg）：427、流動度比（%）：99、活性指數（%）7d：83、28d：102

（6）高性能減水劑：引氣型聚羧酸高性能減水劑?；炷量箖龅燃墳镕150，需要摻加引氣劑，因此選用引氣劑型聚羧酸減水劑，保證混凝土的含氣量。

聚羧酸高性能減水劑技術指標：減水率（%）：27、含固量（%）：13.05、密度（g/mL）：1.043、pH值：5.95、含氣量（%）：4.6、坍落度1h經時損失（mm）：10

2、配合比設計

根據施工工藝、施工條件及相關經驗，初步選定粗骨料的體積為0.30m3，0.32 m3，0.34 m3進行對比試驗。同時為了觀察不同品質粗骨料對自密實混凝土性能的影響，選取另種5-16mm連續級配的碎石針對2號配比進行對比試驗。天然砂為Ⅱ區中砂，顆粒級配及顆粒形態較好，選定砂漿中砂的體積分數為0.43。為保證混凝土拌合物有足夠含氣量以滿足設計抗凍融指標，經試驗最終確定引氣型聚羧酸高性能減水劑的摻量為2%。

混凝土需要在滿足自密實性能的基礎上滿足抗凍指標，需保證混凝土具有較好的強度和密實度?？紤]引氣型的自密實混凝土，選定每立方米混凝土中引入空氣的體積為40L。理論配合比見表7：

三、試驗驗證及試驗結果分析

1、試驗方法

自密實混凝土拌合物自密實性能按《自密實混凝土應用技術規程》CCES 03-2006、混凝土抗壓強度按《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB/T 50081-2002、混凝土抗凍試驗按《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》GB/T 50082-2009進行測試。

2、試驗結果

（1）自密實混凝土拌合物性能見表8

通過觀察混凝土拌合物性能的試驗結果，發現各配合比混凝土均流動性能良好，坍落度及坍落擴展度經時損失控制較好，表明其均具有較好的填充性。通過對比配合比2-1具有較好的混凝土密實度。各配合比混凝土含氣量在4.2%-4.5%之間，滿足設計要求。

（2）混凝土抗壓強度試驗結果

1：抗壓強度（MPa）3d：30.1、7d：41.4、28d：59.9

2-1：抗壓強度（MPa）3d：28.1、7d：41.0、28d：59.0

2-2：抗壓強度（MPa）3d：27.3、7d：39.8、28d：59.2

3：抗壓強度（MPa）3d：27.0、7d：39.3、28d：58.8

各配合比28天混凝土抗壓強度均大于48.2MPa，滿足C40混凝土強度要求。

通過觀察混凝土自密實性能及抗壓強度，選取配合比1、2-1、3進行混凝土抗凍試驗.

混凝土150次凍融循環試驗結果：

1：質量損失率（%）：1.96、強度損失率（%）：18.2;

2-1：質量損失率（%）：1.75、強度損失率（%）：15.5;

3：質量損失率（%）：1.67、強度損失率（%）：14.1;

試驗結果表明各混凝土配合比在經歷150次快速凍融循環后，混凝土試件的質量損失率均≤5%，抗壓強度損失率均≤25%，均能滿足F150的抗凍技術指標。

3、試驗結果分析

（1）通過表8得知，在水膠比一定的情況下，不同的參數選擇，使混凝土的自密實性能有一定變化。在其他條件一定的情況下，粗骨料的體積越大，膠凝材料用量越少，混凝土的自密實性能越差。優選原材料，根據工程需要的填充效果，選擇粗骨料體積、砂的體積分數、水膠比、膠凝材料的品種及用量，嚴格按照相關標準規范對混凝土進行設計及計算，可以使混凝土具有較好的流動性、穩定性和填充性，以保證混凝土的自密實性能滿足工程施工要求。

（2）通過不同產地碎石的技術指標的對比，可以發現粗骨料的顆粒級配越合理，顆粒形態越好，其空隙率越小。觀察表8，可以發現在配合比相同的情況下，石子的空隙率越小，混凝土的表觀密度越高，其密實度越好，同時混凝土的自密實性能也更好。

（3）試驗結果表明，在保證混凝土強度的前提下，使用引氣型聚羧酸高性能減水劑，可以提高混凝土的含氣量，改善混凝土和易性，提高混凝土的抗凍性能。

綜上所述，考慮施工部位制冷管最小凈間距約為60mm，施工現場施工條件較好，可以簡單人工修平，經與施工單位協商，從適用性和經濟性考慮，優選2-1號配合比（即粗骨料體積為0.32，砂漿中砂的體積分數為0.43，使用河北淶水5-16mm碎石）作為生產配合比，作為C40F150自密實混凝土生產配合比。

四、混凝土生產施工過程控制

1、原材料的質量控制

嚴格按照規范標準要求對進場原材料進行檢測，保證原材料符合抗凍自密實混凝土質量要求。

2、混凝土生產過程控制

在抗凍自密實混凝土生產前，對原材料稱量設備進行計量偏差校準，以保證原材料的計量允許偏差滿足規范中的要求。嚴格按照混凝土配合比進行生產，攪拌時間控制在60s，保證混凝土攪拌均勻。

3、混凝土運輸過程控制

合理調配運輸車輛，保證混凝土連續供應。施工現場與攪拌站之間的運輸距離較近，要求運輸車輛從開始接料到卸料完成的時間不超過120min。施工現場配備專職技術服務人員，保證到場混凝土的和易性，不得在混凝土運輸及澆筑過程中向拌合物中加水。

4、混凝土澆筑過程控制

澆筑前，對到場混凝土進行了現場檢測，坍落擴展度為690mm、含氣量4.5%，均能滿足施工和設計要求?；炷敛捎密嚤眠M行澆筑，由北向南依次推進，一次澆筑完成。

5、混凝土養護措施

澆筑完成后，對混凝土采取薄膜覆蓋的方法進行保濕養護，養護時間14天。要求施工單位在混凝土強度未達到1.2 Mpa前，不得在混凝土表面進行其他作業。

6、混凝土澆筑效果

抗凍自密實混凝土澆筑順利，性能滿足施工及設計要求，C40F150自密實混凝土達到了設計的澆筑效果。施工單位對混凝土的抗壓強度和抗凍性能進行了第三方檢測試驗，混凝土28天抗壓強度平均值為47.3MPa，150次凍融循環后的強度和質量損失率分別為1.95%和16.2%。測試結果表明，實際生產和施工的混凝土滿足設計對抗壓強度和抗凍性能的要求。

五、結論

工程實踐表明，有關C40F150自密實混凝土的原材料選擇、配合比設計、配合比試驗驗證、施工配合比選定和混凝土生產施工過程控制等措施，達到了施工設計的要求，總結結論如下：

1、優選原材料，根據工程需要的填充效果，合理選擇粗骨料體積、砂的體積分數、水膠比、膠凝材料的品種及用量，嚴格按照相關標準規范對混凝土進行設計及計算，可以使混凝土具有較好的流動性、穩定性和填充性，以保證混凝土的自密實性能滿足工程施工要求。

2、粗骨料的質量對自密實混凝土的自密實性能有直接影響，其空隙率越小，混凝土自密實性能越好。

3、在保證混凝土強度的前提下，引氣型聚羧酸高性能減水劑的使用，可以提高混凝土的含氣量，改善混凝土和易性，提高混凝土的抗凍性能。

4、對C40F150自密實混凝土生產、運輸、施工、養護和混凝土檢驗等過程的控制，保證了工程的順利施工，確保結構實體技術指標滿足設計要求。

參考文獻：

[1]JGJ/T283-2012 《自密實混凝土應用技術規程》、P2、2012

[2]JG55-2011《普通混凝土配合比設計規程》、P2、2011

[3]宋少民 王林主編 《混凝土學》、P84、2013