自密实混凝土在现浇混凝土节能墙体中的应用

［摘要］现浇混凝土墙体中间预置钢丝网架聚苯板，因而混凝土无法振捣，只可采用自密实混凝土浇筑。本文通过初始试验、浇筑，发现问题，分析原因，重新试验并制定生产、浇筑措施，最终配制出优质、高效的自密实混凝土，并且用于工程建设。
 
0　前言
    2007 年初，我公司承接了淄博天府名城住宅楼混凝土供货任务。该工程是我市首个采用现浇混凝土节能墙体试点工程。
    该工程为全现浇混凝土结构，混凝土墙体中间预置钢丝网架聚苯板。钢丝网架内部纵横交错布满细钢丝，振捣棒根本无法插入，因此设计使用C25 自密实混凝土浇筑。
自密实混凝土是一种具有很高的流动性，而且不离析、不泌水，能不经振捣而自动流平，并充满模型和包裹钢筋的混凝土。即使在钢筋密集的状态中，也能在自重的作用下达到完全的自密实，并且硬化后混凝土质量均匀，比传统的振捣混凝土具有更好的工作性和耐久性。
    采用自密实混凝土在我市尚属首次，混凝土的生产及浇筑、施工都无经验。我们在翻阅有关资料做了大量试验及工程应用改进后，于2007 年3 月开始正式将自密实混凝土用于该工程。至目前已完成十三栋楼5 万多平方米工程的浇筑任务，混凝土强度及观感质量均达到了要求。通过该工程的施工，我们在自密实混凝土的生产及施工浇筑方面也积累了一些经验。
 
1　初始试验阶段
1.1　原材料
    （1）水泥：山铝P.O32.5R；
    （2）矿粉：自产S95 级，比表面积410m²/kg, 流动度比102%；
    （3）粉煤灰：莱芜卓越电厂，Ⅱ级，细度17.8%，烧失量4.3%，需水量比103%；
     （4）细集料：自产机制砂，细度模数3.0，石粉含量7.8%；
    （5）粗集料：5~16mm 破碎河卵石；
    （6）高效减水剂：上海星火外加剂厂，萘系，固含量37%。根据设计、施工方要求及翻阅有关资料，我们将试验目标定为：配制的自密实混凝土坍落度大于250mm、扩展度大于550mm，混凝土具有良好的工作性，在不振捣情况下，混凝土28d 强度大于30MPa。
1.2　工作性及强度试验结果
    见表1。

表1　工作性及强度试验结果

1.3　现场浇筑试验
    通过上述试验看，只有5# 配比基本能满足试验目标要求。因此我们采用5# 配比先浇筑了一户住宅楼墙板看看效果如何。在浇筑过程中发现，由于墙板中聚苯板钢丝网片纵横交错钢丝密集，5~16mm 石子粒径偏大，采用泵送浇筑时，混凝土从泵管打出后直接输入墙体中，由于压力大，混凝土黏度太低，混凝土在下落过程中碰到密集的钢丝，出现了分层、离析、石子堆积现象。拆除模板后发现部分墙板露石子或墙面呈现桔皮状，施工方对这些部位进行了修补。
1.4　原因分析
    通过这次试验浇筑，我们分析失败的原因：一是混凝土配合比还存在问题。虽然浇筑时混凝土坍落度超过了250mm、扩展度超过了590mm，但混凝土缺乏黏性和自主流动性，还不能称为真正意义上的自密实混凝土。同时石子宜用再小一粒级的5~10mm 颗粒。二是泵送浇筑存在问题，不可将泵管直接对准墙体输入，建议制作一个稍带斜度的箥箕，在泵送浇筑时，将箥箕口对准墙体，混凝土从泵管先打入箥箕，然后由箥箕口自行流入墙体，这样更加保证了混凝土不出现分层、离析、石子堆积现象。三是施工人员在浇筑时用振捣棒振捣了上层外露钢筋，结果适得其反，更加造成了混凝土的分层、离析。
 
2　第二阶段试验
2.1　胶凝材料对高效减水剂适应性试验
    通过第一阶段试验，观察混凝土浇筑时的工作性，混凝土不具有黏性流动性的主要原因，我们分析还是外加剂与胶凝材料的适应性存在问题。
    因此我们决定采用萘系、聚羧酸（萘系固含量37%，聚羧酸固含量21%）两种高效减水剂，与我们当地一致认为与外加剂适应性较好的山铝、山水两个厂家水泥及掺入矿粉、粉煤灰做净浆流动度试验（净浆流动度试验操作简单，称量准确），通过试验确定适应性最好的一组胶凝材料与外加剂搭配（因我公司有粉磨站自产矿粉，因此不考虑使用其它矿粉，而莱芜卓越电厂粉煤灰在我们淄博地区是最好的粉煤灰），然后再进行混凝土配合比试验。试验结果见表2。

表2　胶凝材料对高效减水剂适应性试验

    通过试验可发现，萘系减水剂与山铝、山水两种水泥都存在流动性损失快的问题，掺入矿粉、粉煤灰适应性更差。而聚羧酸减水剂与这两种水泥不仅初始净浆流动度大，且1h 后流动度不损失反而增大，在掺入矿粉、粉煤灰后效果更好。因此，最后我们决定采用聚羧酸高效减水剂进行自密实混凝土的配合比试验。
2.2　混凝土配合比试验
2.2.1　原材料
    （1）水泥：山铝P.O32.5R、山水P.O32.5R；
    （2）矿粉：自产S95 级，比表面积415m²/kg, 流动度比102%；
    （3）粉煤灰：莱芜卓越电厂，Ⅱ级，细度15.3%，烧失量3.8%，需水量比103%；
    （4）细集料：自产机制砂，细度模数3.0，石粉含量7.3%；
    （5）粗集料：5~10mm 破碎河卵石；
    （6）减水剂：上海巴斯夫聚羧酸高效减水剂，固含量21%。
2.2.2　工作性及强度试验结果
    见表3。

表3　工作性及强度试验结果

    从对比试验可看出，用山水水泥配制的混凝土比用山铝水泥配制的混凝土工作性更好一些，但强度不如用山铝水泥配制的高（山铝水泥强度富余系数高），粉煤灰掺20% 不如掺15%工作性及强度高。除4^#、8^# 配比减水剂掺量稍大，混凝土出现泌水、巴底（聚羧酸减水剂对掺量很敏感），以及5^# 配比强度稍低外，其它5 个配比都能满足试验要求。但从工作性结合强度综合考虑，最后我们决定将2^# 配比用于自密实混凝土生产。
 
3　正式生产、浇筑施工
    通过以上胶凝材料对高效减水剂适应性试验、混凝土的工作性及强度试验，最终确定了用于自密实混凝土浇筑施工的配合比。
    在混凝土生产、浇筑施工过程中我们同时采取了以下措施：
    （1）由于粗集料粒径小，混凝土在搅拌过程中自摩擦阻力小，易出现胶凝材料结团现象，因此搅拌站在生产时比正常泵送混凝土增加了1 倍的搅拌时间。
    （2）施工单位用胶合板制作了一个带腿稍有斜度的簸箕，泵送浇筑时，先将混凝土打到簸箕里，然后混凝土通过簸箕自行流入墙体内聚苯板两侧。这样避免了将泵管直接对准墙体，由于泵送压力大造成混凝土下落过程中，因受到墙内密集钢丝的碰撞而出现石子与砂浆分离现象，保证了混凝土的粘聚性不被破坏。
    （3）施工单位在安装模板时，保证模板支护严密，确保不出现跑浆、漏浆现象。
通过采取以上措施及保证材料质量稳定并严格按配比生产，试验室加强抽样检测，自2007 年3 月至目前已完成13 栋楼5 万多平方米工程的自密实混凝土生产、浇筑任务。混凝土强度及观感质量均达到了设计要求。
 
4　综合效益分析
    虽然自密实混凝土配制成本比普通混凝土要高，但自密实混凝土更具有以下优势：
    （1）自密实混凝土易于浇筑，施工快速，减少现场人力及用工费用，提高了劳动生产率。
    （2）取消机械振捣，减少了设备损坏、维修及电能消耗等费用。
     （3）由于自密实混凝土消除了浇筑混凝土时的振捣噪声，使用了大量的矿粉、粉煤灰，具有重大的社会经济和环境效应。
    （4）在混凝土墙体中预置钢丝网架聚苯板，也是节能墙体设计的一大进步。从2006 年7 月1 日我省已强制要求居住工程节能达到65%。目前常规做法都是在外墙表面覆设一层聚苯乙烯板，这种做法的节能效率低耐久年限短。而在混凝土墙体中预置聚苯板其寿命可与混凝土相同，且内、外墙中都可预置，即保温又隔音。因此其长远经济效益和社会效益是不可估量的。而采用这种做法的节能墙体都必须使用自密实混凝土来完成。
 
5　经验结论
    自密实混凝土是一种更加强调高工作性的高性能混凝土。因使用了优良的材料及配比，使其具有更高的耐久性。通过自密实混凝土的试验、生产及浇筑，我们认为自密实混凝土在试配及浇筑施工中应注意以下方面：
    （1）根据工程配筋及结构情况，选择合适的粗集料粒径。粒径越小，它在混凝土中的沉降速度越慢，越有利于保持混凝土的稳定性。在该工程节能墙体自密实混凝土中采用5~10mm 粒径粗集料效果较好。
    （2）要使自密实混凝土具有高工作性，也就是混凝土要有很好的黏性自主流动性，其中主要是砂浆的黏度。砂浆黏度对混凝土的稳定性有较大的影响，砂浆黏度适宜，混凝土不容易离析，才会具有自主流动性。要提高砂浆黏度，首先要选择最佳的外加剂与胶凝材料搭配，最佳的混合材掺量及砂率。
在自密实混凝土中，外加剂和矿物掺合料起到了非常重要的作用，从一定程度上说，配制自密实混凝土的关键就是用好外加剂和矿物掺合料。
    （3）对于强度等级较低的自密实混凝土，强度不是主要问题，尽管从工作性考虑，可以采用较大的水胶比，但太大的水胶比会使得水泥浆的黏度较小，混凝土容易离析。因此，对于低强度等级的自密实混凝土，更应该增大水泥浆的体积含量和黏度，使混凝土中水泥浆相对富余，胶凝材料总量不宜低于450kg/m³，同时适当提高砂率。

图1　正在浇筑中的自密实混凝土

图2　拆除模板后的自密实混凝土墙板

    （4）自密实混凝土一般应用于配筋密集、结构复杂的工程部位，在泵送施工过程中，不宜将泵管直接对准浇筑部位，这样会因泵送压力大，混凝土下落过程中受到密集钢筋的碰撞，出现石子分离现象。可制作一个带腿（稍有斜度）的簸萁，泵送时先将混凝土打入簸萁，然后混凝土通过簸萁口自行流入浇筑部位，这样保证了混凝土的粘聚性不被破坏。
    （5）采用自密实混凝土浇筑时，模板必须安装牢固，特别是在浇筑高度较高时，更要注意模板的安装，必要时采取一些加固措施，或者分段浇筑。
    （6）自密实混凝土不宜采取振捣措施，振捣不仅不能提高混凝土的密实性，而且还会引起混凝土的离析，影响混凝土的均匀性，同时使混凝土的强度降低。
    （7）通过综合效益分析，自密实混凝土具有长远的经济和社会效益。
    随着混凝土工程设计中钢筋设置越来越复杂及新型混凝土结构的应用，社会对施工环境影响和工人劳动环境的重视等，自密实混凝土的应用将越来越广泛，这也是混凝土生产及施工技术的又一大进步。
参考文献
[1] 张承志编著．商品混凝土［M］．北京：化学工业出版社，2006．6

 
作者：张波
信息来源：豆丁网