摘  要：為了滿足大量橋梁、高速公路、鐵路、機場跑道等搶修工程的需要，本文將自密實混凝土技術和早強混凝土技術相結合，通過使用快硬硫鋁酸鹽水泥和促凝劑配制出一種超早強自密實混凝土。文中詳細研究了促凝劑的摻量對混凝土流動性及早期強度的影響，并進行了混凝土抗?jié)B性和耐凍融性試驗。試驗結果表明，該混凝土坍落度260mm、擴展度650mm，常溫下一小時抗壓強度可達30Mpa以上，同時具有很好的抗?jié)B性和耐凍融性。本文還研究了這種混凝土在負溫下的強度增長情況，試驗結果表明，即使在－30℃的環(huán)境溫度下，該混凝土仍然可以實現(xiàn)1小時20MPa抗壓強度的超早強特性，非常適合嚴寒及冬季搶修工程的使用。目前該混凝土已經(jīng)在很多搶修工程進行了大量應用，取得了一定的經(jīng)濟效益和社會效益。

關鍵詞：超早強 ；自密實 ； 促凝劑  ；工程搶修  

前言

  　硫鋁酸鹽水泥（SAC）作為我國四大特種水泥品種（白水泥、低熱大壩水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥）之一，經(jīng)過三十多年的開發(fā)和應用已經(jīng)形成了一定的生產(chǎn)和使用規(guī)模，其中快硬硫鋁酸鹽水泥（R•SAC）因為其早強、快硬、負溫水化、低干縮等特點，在搶修、搶建工程、冬季施工工程等有較大量的應用。

　　自密實混凝土（Self-Compacting Concrete，SCC）的概念最早由日本東京大學的混凝土實驗室提出，隨即得到了鹿島（Kajima）、前田工機（Maeda）、大成建設（Taisei）等日本大型建筑公司的認同[1]。自密實混凝土僅靠自重便可流過密集的鋼筋并填充整個復雜的模型，同時不離析、不泌水，保持自身的均勻性。這一特性使得自密實混凝土在澆注過程中省去了人工振搗，這不僅節(jié)約了人力、減少了噪音污染，而且避免了振搗工人因為漏振或其它操作失誤帶來的混凝土質量缺陷。同時在一些特殊部位，例如鋼管混凝土、鋼筋密集的混凝土、形狀特殊的預制件等，因為無法進行人工振搗，也必須使用自密實混凝土。正因為以上種種優(yōu)點，自密實混凝土在日本和歐美等國家發(fā)展很快，目前國內發(fā)展也較為迅速。

　　本文將自密實混凝土技術和快硬硫鋁酸鹽水泥混凝土技術相結合，通過使用快硬硫鋁酸鹽水泥和混凝土外加劑配制出一種超早強自密實混凝土，這種混凝土坍落度260mm、擴展度650mm，常溫下一小時抗壓強度30MPa以上，適用于機場、鐵路、公路和橋梁等搶修、搶建及冬季施工工程。 

1 原材料與試驗方法

1.1  原材料

　　水泥：42.5快硬硫鋁酸鹽水泥，天津華遠特種水泥廠，詳細性能見表1

　　粉煤灰：II級灰，北京石景山電廠

　　集料：中砂，細度模數(shù)2.4；碎石，5mm～25mm連續(xù)集配；產(chǎn)地均為河北涿州

　　減水劑：萘系，UNF-5高效減水劑，粉狀，產(chǎn)地天津

　　促凝劑：自制

　　拌合水：飲用水



1.2  試驗方法

1.2.1 基礎配合比

　　參考國內外有關自密實混凝土的學術論文，確定自密實混凝土試驗的基礎配合比，并進行流動性試驗，在此基礎上添加促凝劑調節(jié)混凝土的凝結時間和小時強度，實驗及養(yǎng)護條件按標準要求進行。基礎配合比見表2

1.2.2 流動性試驗

　　流動性也可以稱為自填充性，這一指標用來衡量自密實混凝土在自重下對模型的填充能力。國內一般采用坍落度和擴展度來衡量，要求坍落度不小于250mm，擴展度不小于600mm[2]；而日本一般對坍落度沒有要求，要求擴展度不小于600mm，同時要求擴展度達到500mm的時間不高于15秒[3]；流動性有時也采用U型箱試驗來測量，通過U型箱兩邊混凝土的高度差來衡量自密實混凝土的流動性[4]。本文的流動性試驗主要通過坍落度、擴展度、U型箱試驗來完成，U型箱示意圖如圖1。坍落度試驗的同時觀察粗骨料是否被均勻輸送到最邊緣，拌合物有無離析、泌水、抓底等現(xiàn)象。 




1.2.3 抗壓強度、抗?jié)B及凍融循環(huán)試驗

　　混凝土抗壓強度試驗按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行，試塊大小為100mm×100mm×100mm，按標準要求折算成標準試塊強度。一小時和兩小時強度從加水攪拌開始計算，提前5分鐘拆模，其它齡期的試塊按照混凝土力學性能檢測標準規(guī)定執(zhí)行。 

　　由于硬化后的混凝土的密實性非常好，按照普通方法無法檢測其抗?jié)B性，因此抗?jié)B性試驗采用1d齡期的混凝土，2.0MPa恒壓8小時，然后將抗?jié)B試塊劈開，觀察水的滲透高度。

　　凍融循環(huán)試驗按照GBJ82－85《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》進行，取兩組28d齡期的試塊，一組進行凍融試驗，另一組繼續(xù)標準養(yǎng)護作為對比組。凍融試驗采用標準規(guī)定的慢凍法，規(guī)則為－20℃凍4h、20℃水中融4h，8h為一個循環(huán)。 
 
2 試驗結果及分析

2.1  流動性試驗

　　按照表2所列混凝土的配合比進行試配試驗，混凝土拌合物初始坍落度270mm，擴展度700mm，黏聚性良好，無離析、泌水、抓底現(xiàn)象。U型箱試驗時，拌合物從一側通過鋼筋網(wǎng)片流至另一側，沒有骨料堆積現(xiàn)象，兩側高度差為零。

2.2  促凝劑的摻量對混凝土流動性及小時強度的影響

　　在基礎配合比的基礎上按照水泥質量的百分比摻入促凝劑進行試驗。試驗中發(fā)現(xiàn)雖然混凝土坍落度相同，但是擴展度有大有小，因此對于黏聚性良好的自密實混凝土來說，擴展度數(shù)據(jù)比坍落度更能真實反應混凝土拌合物的流動性情況。試驗結果如圖2、3：


   

　　從圖2、3可知，隨著促凝劑摻量的增加，混凝土拌合物擴展度逐漸減小而1小時抗壓強度逐漸增大。當促凝劑摻量達到3％時，擴展度260mm、1小時抗壓強度33.2MPa，流動性和小時強度兩個指標都比較理想，因此促凝劑摻量選定為水泥量的3％，最終配合比如表3：

2.3 抗壓強度、抗?jié)B及凍融試驗

　　按照表3的配合比進行試驗，1h、2h、1d、28d的抗壓強度分別為33.2MPa、42.5 MPa、55.1 MPa、68.5 MPa。取1d齡期的抗?jié)B試塊，在混凝土抗?jié)B試驗機上2.0MPa恒壓8小時后劈開，平均滲透高度只有4.1cm，抗?jié)B性非常好。200次凍融質量損失0.8%、抗壓強度損失1.2%；300次凍融質量損失1.1%、抗壓強度損失2.9％。

2.4  溫度對小時抗壓強度的影響

　　調整水溫和料溫，保證混凝土拌合物的溫度分別為10℃和20℃，成型后立刻帶模放入低溫試驗箱中，低溫試驗箱溫度分別調節(jié)為0℃、－10℃、－20℃、－30℃，測量1小時抗壓強度，結果如圖4：

 
   
　　由圖4可知，隨著環(huán)境溫度的降低，混凝土1小時抗壓強度也降低。但是只要保證拌合物初始溫度不小于20℃，即使是在－30℃環(huán)境溫度下，超早強混凝土的1小時抗壓強度也能達到20MPa以上，這一點說明了超早強混凝土非常適合嚴寒地區(qū)和冬季的搶修工程。 

3 工程應用

3.1  西直門立交橋搶修工程 

　　北京市西直門北立交橋內環(huán)通道橋位于西、北二環(huán)交界處，是北京市區(qū)交通系統(tǒng)的重要組成部分。2001年北京市市政工程管理處檢測發(fā)現(xiàn)二環(huán)路內環(huán)主路橋病害嚴重，橋梁處于危險狀態(tài)，立即采取了支護措施。2006年4月有關部門對該橋梁繼續(xù)了復核檢測并制訂了搶修加固方案。該橋每小時的交通量約2500輛，如果采用常規(guī)的方法進行斷路施工，工期太長，會對二環(huán)路乃至整個北京市區(qū)的交通產(chǎn)生極大的負面影響。 

　　經(jīng)過甲方、設計、施工等單位多次討論，決定采用中冶集團建筑研究總院工程材料院研制的C60超早強自密實混凝土對橋梁進行加固。混凝土除了水以外的其它組分在工廠預拌均勻，現(xiàn)場直接加水攪拌。具體施工方案為：

 （1） 夜里11點半進行斷路施工，次日凌晨6點開放交通；

 （2） 施工時首先將橋面破損的混凝土剔除，厚度約10cm；

 （3） 進行垂直鉆孔植筋并鋪設水平鋼筋；

 （4） 涂刷水性環(huán)氧混凝土界面處理劑；

 （5） 混凝土攪拌、鋪攤、抹平，初凝后進行拉毛處理。

　　整個加固工程持續(xù)兩周，混凝土用量約500m3，現(xiàn)場取樣1小時抗壓強度接近40MPa，完全滿足通車要求。加固后的橋面經(jīng)過一個月左右的觀察，無有害裂縫產(chǎn)生，受到了甲方、設計和施工方的一致好評。隨后該材料還在京沈高速、機場高速、四環(huán)路健翔橋等多個工程進行了應用，均取得了很好的效果。

4 結論

 （1） 通過使用快硬硫酸酸鹽水泥和促凝劑可以配制出1小時抗壓強度大于30MPa的C60超早強自密實混凝土；

 （2） 由于該材料的超早強、自密實等特點，可以大量縮短搶修時間，非常適合在高速公路、立交橋、鐵路、機場跑道等搶修工程中使用；

 （3） 該材料在－30℃環(huán)境下仍可以實現(xiàn)超早強，適合在嚴寒及冬季搶修工程中使用；

 （4） 該材料的推廣使用，不僅能產(chǎn)生企業(yè)經(jīng)濟效益，也可以產(chǎn)生很大的社會經(jīng)濟效益。