李旭辉

【摘 要】自密实混凝土和抗冻混凝土在实际使用C40F150自密实混凝土设计与应用的全过程，包括：工程概况、原材料的选择和配合比设计、试验验证及试验结果分析、混凝土生产施工过程控制等，总结抗冻自密实混凝土设计及生产施工经验，望为日后相关工程提供一些帮助。

【关键词】自密实混凝土，抗冻混凝土，空隙率

一、工程概况

北京德威英国国际学校改造建设一座露天小型冰场面积约为1200平米，表面设计为钢筋混凝土面层，内配Φ8@150mm钢筋，内埋冷排管，冷却排管及支架均在钢筋混凝土层内，冷排管中心间距为95mm，净间距约为60mm。设计要求使用C40自密实混凝土浇筑混凝土面层。考虑冰场的多功能使用，混凝土设计抗冻融指数为F150，混凝土浇筑厚度为20mm，实际混凝土用量170m3。

二、原材料和配合比设计

1、原材料选用及相关技术指标

（1）水泥：唐山冀东水泥厂P.O42.5水泥。

水泥的技术指标：比表面积（m2/kg）：328、标準稠度用水量（%）：28.6、初凝（min）148、终凝（min）255、抗折强度（MPa）3d：5.9、28d：8.8、抗压强度（MPa）3d：30.8、28d：52.2、安定性（煮沸法）：合格

（2）砂：河北涞水生产的天然Ⅱ区中砂。

砂的技术指标：细度模数：2.5、含泥量（%）：2.6、泥块含量（%）：0.4、表观密度（kg/m3）：2690

（3）粗骨料：河北涞水及河北滦平生产的5～16mm连续级配碎石进行对比试验。

粗骨料的技术指标：

1涞水：含泥量（%）：0.2、泥块含量（%）：0.1、针片状颗粒含量（%）：4、压碎指标值（%）：4.7、表观密度（kg/m3）：2750、空隙率：44

2滦平：含泥量（%）：0.3、泥块含量（%）：0.1、针片状颗粒含量（%）：7、压碎指标值（%）：5.5、表观密度（kg/m3）：2745、空隙率：47

（4）粉煤灰：张家口生产F类Ⅰ级粉煤灰。

粉煤灰技术指标：细度（45μm方孔筛筛余）（%）：8.5、需水量比（%）：92、烧失量（%）：3.2、表观密度（kg/m3）：2240

（5）矿粉：唐山产S95级高炉矿渣粉。

高炉矿渣粉技术指标：比表面积（m2/kg）：427、流动度比（%）：99、活性指数（%）7d：83、28d：102

（6）高性能减水剂：引气型聚羧酸高性能减水剂。混凝土抗冻等级为F150，需要掺加引气剂，因此选用引气剂型聚羧酸减水剂，保证混凝土的含气量。

聚羧酸高性能减水剂技术指标：减水率（%）：27、含固量（%）：13.05、密度（g/mL）：1.043、pH值：5.95、含气量（%）：4.6、坍落度1h经时损失（mm）：10

2、配合比设计

根据施工工艺、施工条件及相关经验，初步选定粗骨料的体积为0.30m3，0.32 m3，0.34 m3进行对比试验。同时为了观察不同品质粗骨料对自密实混凝土性能的影响，选取另种5-16mm连续级配的碎石针对2号配比进行对比试验。天然砂为Ⅱ区中砂，颗粒级配及颗粒形态较好，选定砂浆中砂的体积分数为0.43。为保证混凝土拌合物有足够含气量以满足设计抗冻融指标，经试验最终确定引气型聚羧酸高性能减水剂的掺量为2%。

混凝土需要在满足自密实性能的基础上满足抗冻指标，需保证混凝土具有较好的强度和密实度。考虑引气型的自密实混凝土，选定每立方米混凝土中引入空气的体积为40L。理论配合比见表7：

三、试验验证及试验结果分析

1、试验方法

自密实混凝土拌合物自密实性能按《自密实混凝土应用技术规程》CCES 03-2006、混凝土抗压强度按《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 50081-2002、混凝土抗冻试验按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T 50082-2009进行测试。

2、试验结果

（1）自密实混凝土拌合物性能见表8

通过观察混凝土拌合物性能的试验结果，发现各配合比混凝土均流动性能良好，坍落度及坍落扩展度经时损失控制较好，表明其均具有较好的填充性。通过对比配合比2-1具有较好的混凝土密实度。各配合比混凝土含气量在4.2%-4.5%之间，满足设计要求。

（2）混凝土抗压强度试验结果

1：抗压强度（MPa）3d：30.1、7d：41.4、28d：59.9

2-1：抗压强度（MPa）3d：28.1、7d：41.0、28d：59.0

2-2：抗压强度（MPa）3d：27.3、7d：39.8、28d：59.2

3：抗压强度（MPa）3d：27.0、7d：39.3、28d：58.8

各配合比28天混凝土抗压强度均大于48.2MPa，满足C40混凝土强度要求。

通过观察混凝土自密实性能及抗压强度，选取配合比1、2-1、3进行混凝土抗冻试验.

混凝土150次冻融循环试验结果：

1：质量损失率（%）：1.96、强度损失率（%）：18.2;

2-1：质量损失率（%）：1.75、强度损失率（%）：15.5;

3：质量损失率（%）：1.67、强度损失率（%）：14.1;

试验结果表明各混凝土配合比在经历150次快速冻融循环后，混凝土试件的质量损失率均≤5%，抗压强度损失率均≤25%，均能满足F150的抗冻技术指标。

3、试验结果分析

（1）通过表8得知，在水胶比一定的情况下，不同的参数选择，使混凝土的自密实性能有一定变化。在其他条件一定的情况下，粗骨料的体积越大，胶凝材料用量越少，混凝土的自密实性能越差。优选原材料，根据工程需要的填充效果，选择粗骨料体积、砂的体积分数、水胶比、胶凝材料的品种及用量，严格按照相关标准规范对混凝土进行设计及计算，可以使混凝土具有较好的流动性、稳定性和填充性，以保证混凝土的自密实性能满足工程施工要求。

（2）通过不同产地碎石的技术指标的对比，可以发现粗骨料的颗粒级配越合理，颗粒形态越好，其空隙率越小。观察表8，可以发现在配合比相同的情况下，石子的空隙率越小，混凝土的表观密度越高，其密实度越好，同时混凝土的自密实性能也更好。

（3）试验结果表明，在保证混凝土强度的前提下，使用引气型聚羧酸高性能减水剂，可以提高混凝土的含气量，改善混凝土和易性，提高混凝土的抗冻性能。

综上所述，考虑施工部位制冷管最小净间距约为60mm，施工现场施工条件较好，可以简单人工修平，经与施工单位协商，从适用性和经济性考虑，优选2-1号配合比（即粗骨料体积为0.32，砂浆中砂的体积分数为0.43，使用河北涞水5-16mm碎石）作为生产配合比，作为C40F150自密实混凝土生产配合比。

四、混凝土生产施工过程控制

1、原材料的质量控制

严格按照规范标准要求对进场原材料进行检测，保证原材料符合抗冻自密实混凝土质量要求。

2、混凝土生产过程控制

在抗冻自密实混凝土生产前，对原材料称量设备进行计量偏差校准，以保证原材料的计量允许偏差满足规范中的要求。严格按照混凝土配合比进行生产，搅拌时间控制在60s，保证混凝土搅拌均匀。

3、混凝土运输过程控制

合理调配运输车辆，保证混凝土连续供应。施工现场与搅拌站之间的运输距离较近，要求运输车辆从开始接料到卸料完成的时间不超过120min。施工现场配备专职技术服务人员，保证到场混凝土的和易性，不得在混凝土运输及浇筑过程中向拌合物中加水。

4、混凝土浇筑过程控制

浇筑前，对到场混凝土进行了现场检测，坍落扩展度为690mm、含气量4.5%，均能满足施工和设计要求。混凝土采用车泵进行浇筑，由北向南依次推进，一次浇筑完成。

5、混凝土养护措施

浇筑完成后，对混凝土采取薄膜覆盖的方法进行保湿养护，养护时间14天。要求施工单位在混凝土强度未达到1.2 Mpa前，不得在混凝土表面進行其他作业。

6、混凝土浇筑效果

抗冻自密实混凝土浇筑顺利，性能满足施工及设计要求，C40F150自密实混凝土达到了设计的浇筑效果。施工单位对混凝土的抗压强度和抗冻性能进行了第三方检测试验，混凝土28天抗压强度平均值为47.3MPa，150次冻融循环后的强度和质量损失率分别为1.95%和16.2%。测试结果表明，实际生产和施工的混凝土满足设计对抗压强度和抗冻性能的要求。

五、结论

工程实践表明，有关C40F150自密实混凝土的原材料选择、配合比设计、配合比试验验证、施工配合比选定和混凝土生产施工过程控制等措施，达到了施工设计的要求，总结结论如下：

1、优选原材料，根据工程需要的填充效果，合理选择粗骨料体积、砂的体积分数、水胶比、胶凝材料的品种及用量，严格按照相关标准规范对混凝土进行设计及计算，可以使混凝土具有较好的流动性、稳定性和填充性，以保证混凝土的自密实性能满足工程施工要求。

2、粗骨料的质量对自密实混凝土的自密实性能有直接影响，其空隙率越小，混凝土自密实性能越好。

3、在保证混凝土强度的前提下，引气型聚羧酸高性能减水剂的使用，可以提高混凝土的含气量，改善混凝土和易性，提高混凝土的抗冻性能。

4、对C40F150自密实混凝土生产、运输、施工、养护和混凝土检验等过程的控制，保证了工程的顺利施工，确保结构实体技术指标满足设计要求。

参考文献：

[1]JGJ/T283-2012 《自密实混凝土应用技术规程》、P2、2012

[2]JG55-2011《普通混凝土配合比设计规程》、P2、2011

[3]宋少民 王林主编 《混凝土学》、P84、2013