一种超大粒径骨料自密实混凝土及其施工工艺

摘要

本发明涉及一种超大粒径骨料自密实混凝土，由粒径为100mm-1500mm的大粒径骨料和超流态自密实混凝土浆料浇筑而成，所述超流态自密实混凝土浆料由水泥、粉煤灰、硅灰、超流态专用外加剂、砂、石子以及其他矿物掺合料加水混合搅拌制得，施工时将大粒径骨料直接放入施工仓，形成有一定自然空隙的大粒径骨料堆积体，然后在大粒径骨料体表面浇注超流态自密实混凝土浆料，依靠其自重填充入大粒径骨料空隙，超流态自密实混凝土浆料硬化后与大粒径骨料形成完整、密实、低水化热的混凝土结构，其混凝土强度等级可满足不同设计要求。这种大粒径骨料混凝土施工工艺不仅适用于在大体积混凝土施工，也适于配筋体系的工程中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种超大粒径骨料自密实混凝土及其施工工艺，特别适用于在大体积混凝 土施工，诸如建筑、基础、水利、水工、隧道等工程，用于取代传统混凝土施工工艺。

背景技术

自密实混凝土作为一种新型高性能混凝土，其新拌混凝土因具有十分良好的工作性，使 混凝土的填充性、密实性、均匀性得到显著提高，能够在自重下无需振捣而自行填充模板 的空间，形成均匀密实的混凝土结构，因而广泛应用于较适合于浇筑量大、浇筑深度深或 浇筑高度大、钢筋密集、有特殊形状等的混凝土工程中。堆石混凝土一般用多用于基础工 程与挡墙工程，如堆石混凝土带形基础、堆石混凝土垫层等。浇筑混凝土墙体较厚时，也 参入一定量的骨料，如堆石混凝土挡土墙等。但传统堆石混凝土施工中，对骨料掺入量、 骨料粒径、骨料间隙、骨料投入方式等有严格的规定，施工效率低。选择大粒径骨料（骨 料粒径大于10cm，可达到1m以上），改变大粒径骨料的堆积方式，结合自密实混凝土技术 形成超大粒径骨料自密实混凝土。将满足一定粒径要求的大粒径骨料直接放入施工仓，形 成有一定自然空隙的大粒径骨料堆积体，然后在大粒径骨料体表面浇注特定的超流态自密 实混凝土，依靠其自重，完全填充块大粒径骨料空隙，超流态自密实混凝土硬化后与大粒 径骨料形成完整、密实、低水化热的混凝土结构。

超大粒径骨料自密实混凝土是本着因地制宜、合理开发、控制成本、节能减排而诞生 的一种新型绿色混凝土。不仅改变传统的堆石混凝土施工工艺，而且大大提高混凝土质量、 降低人工劳动成本，提高施工效率，改善施工环境等优点。

发明内容

本发明提供一种超大粒径骨料自密实混凝土及其施工工艺，所述超大粒径骨料自密实 混凝土是根据混凝土技术快速发展而开发的一种革命性的、新型自密实混凝土，是将满足 一定粒径要求的大粒径骨料直接放入施工仓，形成有一定自然空隙的大粒径骨料堆积体， 然后在大粒径骨料体表面浇注特定的超流态自密实混凝土，依靠其自重填充入大粒径骨料 空隙，超流态自密实混凝土硬化后与大粒径骨料形成完整、密实、低水化热的混凝土结构， 其混凝土强度等级可满足不同设计要求。

本发明是具体通过以下技术方案实现的：

一种超大粒径骨料自密实混凝土，由粒径为100-1500mm的大粒径骨料和超流态自密 实混凝土浆料浇筑而成；其中，所述大粒径骨料体积掺量为45-60V%；即浇筑而成的超大 粒径骨料自密实混凝土中大粒径骨料所占的体积比例为45-60V%。

所述超流态自密实混凝土浆料应无离析无泌水，坍落度250-290mm，扩展度不小于 650mm，倒坍落度筒流出时间≤6s，28d抗压强度可达到20～40MPa。

当所述大粒径骨料粒径为300-1500mm时，所述超流态自密实混凝土浆料由以下重量 份的组分混合搅拌而得：

当所述大粒径骨料粒径为100-300mm时，所述超流态自密实混凝土浆料由以下重量份 的组分混合搅拌而得：

优选的，所述超流态专用外加剂由聚羧酸减水剂、葡萄酸钠、纤维素醚以及十二烷基 苯磺酸钠复合而成；其中聚羧酸减水剂固含量大于20wt％。

优选的，所述聚羧酸减水剂、葡萄酸钠、纤维素醚以及十二烷基苯磺酸钠复合的质量 配比为50～80：3～8：20～50：0.5～1。

优选的，所述大粒径骨料选用石灰石或大理石骨料，无风化、完整、质地坚硬、无剥 落层和裂纹，表面无裹附泥层，泥和泥块含量不得大于0.5wt%，饱和水抗压强度不小于 30MPa。

优选的，所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，但其强度应不低于42.5强度等级。

优选的，所述粉煤灰宜选用一级粉煤灰或二级粉煤灰；所述二级粉煤灰的需水量、细 度、烧失量三项技术指标中应只有一项达不到一级指标要求。

优选的，所述粉煤灰选用一级粉煤灰。

优选的，所述砂为粒径不大于5mm的中砂；选自河砂、湖砂和机制砂；所述机制砂的 含泥量小于0.5wt%；石粉含量不小于5wt%，优选在10wt%至15wt%之间，必要时应采取 加速脱水措施。

优选的，所述石子为连续级配的卵石或碎石，粒径不大于10mm；其中针片状颗粒含量 宜小于10wt%，空隙率宜小于40%。

优选的，按配比配制超流态自密实混凝土浆料，与生产普通混凝土相比应适当延长搅 拌时间10～20s。

本发明进一步提供所述超大粒径骨料自密实混凝土的施工工艺，包括以下步骤：

（1）采用砌石墙或预制混凝土块作为模板安装浇筑体模板仓；

（2）将大粒径骨料装入所述模板仓内，形成具有自然空隙的大粒径骨料堆积体，仓 内每层装入高度小于1.5m；

（3）在所述堆积体表面浇注超流态自密实混凝土浆料，所述浆料借助重力填充入所 述大粒径骨料堆积体的自然空隙内，并与骨料形成整体结构；

（4）重复步骤（2）和（3），直至浇筑到设计高度。

其中，

步骤（1）中，所述砌石墙或预制混凝土块的厚度根据不同浇筑体积或几何断面尺寸确 定，一般不小于50cm。

本发明的技术效果及优点在于：

（1）超大粒径骨料自密实混凝土中采用的骨料粒径大，单位体积水泥用量少，水化温 升较低，温度容易控制。

（2）超大粒径骨料自密实混凝土的施工工艺简单，无需振捣，有效提高施工效率，缩 短工期；消除了人为的干扰影响，施工质量和稳定性好，施工安全性高。

（3）突破传统普通混凝土对外掺料掺量的限定，粉煤灰技术掺量达到50%～70%；

（4）本发明中得到的超大粒径骨料自密实混凝土具优良的体积稳定性，且强度，耐久 性好。大粒径骨料取材方便，造价低，经济效益好。

附图说明

图1超大粒径骨料自密实混凝土的施工工艺流程图

图2浇筑体模板仓剖面图

图3大骨料堆积体结构示意图

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，本发明提到的一个或多个方 法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还 可以插入其他方法步骤；还应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范 围。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制 各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变 更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

配料如下：

水泥选用贵州水泥厂生产的强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；

粉煤灰选用贵州发电厂生产的二级粉煤灰（满足需水量、细度、烧失量三项技术指标 中应只有一项达不到一级指标要求的条件）；

超流态专用外加剂选用超流态自密实混凝土专用外加剂（由聚羧酸减水剂、葡萄酸钠、 纤维素醚以及十二烷基苯磺酸钠按质量配比为60：7.2：32：0.8复合而成，聚羧酸减水剂 固含量为29wt％）；

砂选用粒径不大于5mm机制砂中砂，含泥量小于0.5wt%，石粉含量约为15wt%；

石子选用5～10mm连续级配的碎石，针片状颗粒含量小于10wt%，空隙率小于40%。

实施例1-3：制备不同粉煤灰掺量的超流态自密实混凝土

表1超流态自密实混凝土的配比（按重量份，下同）

制备的超流态自密实混凝土的性能如表2所示：

表2不同掺量粉煤灰的超流态自密实混凝土的性能

表明：大掺量粉煤灰掺量变化对混凝土的工作性影响明显，对混凝土早期强度影响同 样较大，对28d强度影响较小。选择适当掺量的粉煤灰对超流态自密实混凝土的工作性以 及强度都有积极的作用，便于超超大粒径骨料自密实混凝土的施工。

实施例4-6：制备不同水胶比超流态自密实砂浆

水泥选用贵州水泥厂生产的强度等级为42.5的硅酸盐水泥；

粉煤灰选用贵州发电厂生产的一级粉煤灰；

超流态专用外加剂选用超流态自密实混凝土专用外加剂（由聚羧酸减水剂、葡萄酸钠、 纤维素醚以及十二烷基苯磺酸钠按质量配比为75：4.5：20：0.5复合而成，聚羧酸减水剂 固含量为29wt％）；

砂选用粒径不大于5mm河砂中砂。

石子选用5～10mm连续级配的碎石，针片状颗粒含量小于10wt%，空隙率小于40%。

表3超流态自密实砂浆的配比（按重量份）

制备的不同水胶比超流态自密实砂浆性能如表4所示：

表4不同水胶比超流态自密实砂浆的性能

表明，随着水胶比的减小，砂浆的3d、7d、28d和60d抗压强度均增大，当水胶比为 0.35（实施例4）时，其早期抗压强度富余较多。

实施例7：公路重力式挡土墙的施工方式

重力式挡土墙是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，它是我国目前最常 用的一种挡土墙形式。本案例中挡土墙的设计强度为30MPa。

配料：大粒径骨料选自石灰石或大理石，粒径控制在300-1500mm，无风化、完整、质 地坚硬、无剥落层和裂纹，表面无裹附泥层，泥和泥块含量不大于0.5wt%，饱和水抗压强 度不小于30MPa，制备超流态自密实混凝土的配料选型同实施例1；

超流态自密实混凝土配料配比：（按重量份）

施工方式：

（1）除采用传统模板外，也可采用砌石墙或预制混凝土块作为模板（砌石厚度根据不 同浇筑体积或几何断面尺寸确定砌石厚度，一般不应小于50cm）安装模板仓；采用重力式 挡土墙的仰斜式结构，模板之间采用直径10mm～15mm的钢筋对拉加固，模板外侧支撑立 柱应置于坚实的地（基）面上，并应具有足够的刚度、强度和稳定性，间距适度；确保模 板仓构造紧密、不漏浆，并能保证结构（成型几何尺寸）的形状正确、规整。如图2所示。

（2）大粒径骨料由汽车运输至仓面，人工辅助入仓，自然堆积，避免大粒径骨料面面 接触，形成具有自然空隙的大粒径骨料堆积体，如图3所示，仓内每层转入高度不超过 1.5m；

（3）按配比配制超流态自密实混凝土浆料，与生产普通混凝土相比应适当延长搅拌时 间10～20s；应严格检测混凝土的出机性能及入仓质量，入仓混凝土应满足无离析无泌 水，坍落度250-290mm，扩展度不小于650mm，倒坍落度筒流出时间≤6s，抗压强度 达到设计强度；

（4）在所述堆积体表面按图3浇筑方向浇注配制的超流态自密实混凝土浆料，所述浆 料借助重力填充入所述大粒径骨料堆积体的自然空隙内，并与骨料形成整体结构；

（5）重复步骤（3）和（4）至设计高度。

上述浇筑而成的超大粒径骨料自密实混凝土中大粒径骨料体积掺量约为50V%，而一般 在45-60V%；现场采用回弹法和钻心取样随机测定超大粒径骨料自密实混凝土整体结构的 强度，回弹法测得的平均强度为31.7MPa，钻心取样测得的平均强度达到32.2MPa，结果均 达到设计强度。此外采用超声波法测定超超大粒径骨料自密实混凝土的密实度，结果表明 其密实度也达到要求。

实施例8

同样用于公路挡土墙的工程案例中。设计强度为30MPa。

大粒径骨料选自石灰石或大理石，粒径控制在100-300mm，无风化、完整、质地坚硬、 无剥落层和裂纹，表面无裹附泥层，泥和泥块含量不大于0.5wt%，饱和水抗压强度不小于 30MPa，制备超流态自密实混凝土的配料选型同实施例1；

超流态自密实砂浆配料配比：（按重量份）

施工方式同实施例7。

现场采用回弹法和钻心取样随机测定超超大粒径骨料自密实混凝土整体结构的强度， 回弹法测得的平均强度为32.4MPa，钻心取样测得的平均强度达到34.5MPa，结果均达到设 计强度。此外采用超声波法测定超超大粒径骨料自密实混凝土的密实度，结果表明其密实 度也达到要求。

实施例7和8中，基于骨料粒径不同，采用的自密实混凝土配比不同。在自密实砂浆 中粉煤灰的掺量相对较小，减水剂的掺量也不同，但是可以达到相同的设计要求。根据工 程实际要求进行选择。