论自密实混凝土在新型薄壁箱型护坡构件中的应用分析

刘 洋， 王靖鑫， 高名扬， 袁继东， 任端城

(成都建工科技有限公司， 四川简阳 641400)

新型薄壁箱型护坡挡土墙工程是某公司工业厂房项目的分项工程，该分项工程位于该公司厂区场地西侧，场地平整后与道路次干道形成高度不等的边坡。场地平整标高402.5 m，边坡总长约478.7 m。其中AB段边坡长187.0 m，设计挡土墙高7.5～8.5 m，另外CDEF段边坡长280.8 m，设计挡土墙高3.5～7.5 m。两段均采用新型薄壁箱型护坡构件治理措施，建成后跟项目主大门区域连成一条线。拟建场地位于市属连续山脉东麓，场地内地貌主要为浅丘宽谷，大部分地段平坦，局部有起伏。边坡工程安全等级二级，坡体放坡坡率1∶0.8，支护结构设计使用年限50 a。

新型薄壁箱型护坡构件挡土墙采用工厂化制作，拼装式施工，结合碎石集料填充，是传统现浇护坡基础上的一种改进工艺。护坡构件施工工艺可避免绝大部分的现场湿作业，土方开挖量大幅减少，最大限度保护原始土体稳定性。护坡正常使用过程中不易发生塌方和位移，护坡构件中还可种植绿色植物，精致的排水设计可疏导水流，这些既起到建筑装饰美化作用，又起到周围生态环境保护作用，因此越来越多的工程使用护坡构件。新型薄壁箱型护坡构件形状特殊，模具结构相对复杂，混凝土性能要求高。构件自身属于薄壁结构，况且内部需组装钢筋网片，施工操作繁琐复杂，为了避免出现浇筑振捣难、表观质量差和剔打修复多的情况，遂在构件制作过程中使用自密实混凝土。自密实混凝土具有流动性好、均匀性好、稳定性好和抗离析性，依靠自身重量可实现无需振捣便成型密实且产品表面光洁美观，浇筑时无噪音污染并成倍提高混凝土施工效率，可以很好解决护坡构件生产中出现的问题。

1 构件结构特点

新型薄壁箱型护坡属于箱型护壁挡土墙结构支护体系，单个护坡构件在平面成排堆砌延展，多排护坡构件在三维依次放坡出层次，40 mm粒径碎石集料中部装箱及层间密布形成一个整体附着于地基和坡面表面。基础内侧设纵向坡度排水管，排水管顶部中线左右各45 °范围内预留梅花形φ20 mm圆孔，构件与构件之间的竖向拼缝用塑料土工网封堵，构件背面使用复合土工布沿着坡面铺设，每隔约9块护坡构件或与坡面方向变化处设置一道缝宽20 mm伸缩缝。

护坡构件设计采用正反拼装，拼接处可巧妙互锁，并实现各种角度拼装，满足不同坡面要求，能适应多种场景修饰。护坡构件长度为1 995 mm，宽度为1 250 mm，高度为1 000 mm，最小厚度为100 mm，钢筋网片平均间距100～200 mm。护坡构件混凝土方量为0.562 m3，钢筋重量为57.150 kg，单个护坡构件总重量1.462 t。护坡构件前视图为特殊仿真石材外观饰面，饰面具有不规则凹凸花纹，花纹设纵横分隔缝，每一分格花纹不尽相同；左视图为双L型陡峭组合托板靠背，中部预留吊装翻转孔；后视图为矩形尾部挡板，连接前端稳固后端。制作时要求护坡构件结构稳定承载力高，各个面成型效果好。护坡构件尺寸参见图1。

图1 护坡构件尺寸(单位:mm)

2 模具结构特点

模具一面设置踏板，可站人浇筑混凝土，实时观察浇筑情况，便于把握整体质量；另外三面采用平面展开脱模，立面组装生产；底面配钢横梁架空模具使之脱离地面，减少地面损坏；顶面不仅焊接脱模吊环，还加设钢盖板站人收面。模具按设计要求进行精加工，增加凹凸花纹面光滑度，同时提高模具硬度和耐磨性。模具结构中空，内部搭设井字蒸汽养护管道，零件通过紧固件互相连接，拆卸维修简单，模具三维图参见图2。模具占地面积2.5 m2，模具自重2.378 t，浇筑过程振动器难以覆盖到位，边角无法处理，人工劳动强度大。

图2 模具三维图

3 构件制作对比

在构件生产制作过程用普通混凝土和自密实混凝土浇筑作对比，综合各种因素，分析优劣。

3.1 混凝土配合比

混凝土原材料生产厂家宜为固定厂商，不宜随意变动。采用的原材料包括水泥(C)、粉煤灰(FA)、矿粉(S75)、高效减水剂、粗细骨料。水泥选用P·O 42.5R普通硅酸盐水泥，水泥的物理性能参见表1；粉煤灰为Ⅱ级，需水量98 %，28 d活性指数78 %；矿粉为S75，流动度比103 %，28 d活性指数80 %；减水剂1为普通专用减水剂，减水率为26 %，减水剂2为自密实专用减水剂，减水率28 %，均由某减水剂母料厂供生产的聚羧酸高性能减水剂；细集料为普通河砂，细度模数Mx=2.6，含泥量5.9 %；粗集料为卵碎石，碎石1粒径为5～20 mm，碎石2粒径为5～16 mm，压碎指标9.5 %。

表1 水泥的物理性能

因为构件截面小，普通混凝土浇筑振捣不方便，所以对构件的制作采用普通混凝土(P1)和自密实混凝土配合比(Z1)进行对比，以分析选用混凝土。根据配合比设计应符合国家现行标准JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》和JGJ/T 283-2012《自密实混凝土应用技术规程》的有关规定，结合实际生产经验确定构件制作混凝土生产配合比，普通混凝土(P1)和自密实混凝土(Z1)配合比参见表2。

表2 普通混凝土(P1)和自密实混凝土配合比(Z1)

3.2 混凝土性能结果

现场浇筑时两种混凝土留取相应立方体试块组，用来测试混凝土抗压强度。普通混凝土(P1)和易性及强度数据均满足现场施工要求，普通混凝土(P1)性能参见表3；自密实混凝土配合比(Z1)填充性、间隙通过性、抗离析性及强度均满足现场施工要求；自密实混凝土配合比(Z1)性能参见表4。从表3和表4可以预计自密实混凝土施工有很大便利性。

表3 普通混凝土(P1)性能

表4 自密实混凝土配合比(Z1)性能

3.3 现场浇筑情况

普通混凝土(P1)和自密实混凝土(Z1)浇筑前模具表面均涂刷某化工厂提供的同种构件脱模剂，该型号脱模剂根据 PC构件外观质量和脱模技术要求配制，使用后可使新型薄壁箱型护坡构件外观保持自然本色。本项目护坡构件制作工期紧张，前期12个模具稳定生产，后期追加4个模具，采集生产耗时数据时正好每天用完16个模具。

两种混凝土前期准备相同，16个构件浇筑全过程耗时参见表5、表6。搭建的搅拌站距离构件制作区域300 m，供应整个项目所需混凝土，下面提取其中关键步骤详细描述混凝土浇筑。

表5普通混凝土浇筑全天耗时

3.3.1 普通混凝土(P1)浇筑

使用普通混凝土(P1)浇筑新型箱型护坡构件时分2次浇筑，每次浇筑500 mm，浇筑过程中用ZDN50插入式振动器垂直插入混凝土内振捣密实，振动器距离模具底部不超过150 mm，浇筑上层时振动器插入下层混凝土100 mm左右让上下层混凝土结合成整体，插入式振动器在混凝土内振捣密实时间每个点为20～30 s。振捣完成后第1次收面在混凝土浇筑完成后，作用是去除浮浆和气泡；第2次收面在初凝前，作用是抹平和压光。收面完成后及时覆盖薄膜保温保湿养护1.5 h，防止混凝土表面产生塑性收缩裂缝，接下来再进入蒸汽养护环节，养护温度不超过60 ℃。普通混凝土(P1)浇筑流程图参见图3。

表6 自密实混凝土浇筑全天耗时

图3 普通混凝土(P1)浇筑流程

3.3.2 自密实混凝土(Z1)浇筑

使用自密实混凝土(Z1)浇筑新型箱型护坡构件时一次浇筑成型，浇筑时用溜槽让混凝土自由倾落高度不超过0.5 m。浇筑时混凝土自上而下匀速进入模具内，浇筑完成后静待30 s观察混凝土是否填满模具，随后进入收面养护阶段，收面养护步骤同上。自密实混凝土(Z1)浇筑流程图参见图4。

图4 自密实混凝土(Z1)浇筑流程

3.4 成本分析

按市场控制价统计出各种原材料单价，参见表7。根据表2和表7制定出原材料费用，参见图5。从图5中可以看出使用普通混凝土(P1)和自密实混凝土(Z1)价格合计每1 m3相差20多元。

表7 各种原材料单价 元/吨

图5 原材料费用

经过普通混凝土(P1)和自密实混凝土(Z1)构件浇筑全过程把控，可得各自的工作效率，按下式计算：

历时3个月连续观察，分别统计出作业人员数量，代入数据得到工作效率，综合数据参见表8。

3.5 脱模外观质量

通过对比发现，普通混凝土组护坡构件浇筑时难以振捣到位、浆体填充不充分，造成侧面薄壁处出现多数较大孔洞，尤其影响护坡构件结构性能以及设计使用年限(图6、图8、图10)；然而自密实混凝土浆体丰富、流动性好且浇筑时不需振捣，混凝土气泡自然排出使构件不会出现蜂窝麻面，护坡构件脱模后即取得光鲜亮丽的良好外观效果(图7、图9、图11)。

表8 综合数据

图6 普通混凝土(P1)侧面照

图7 自密实混凝土(Z1)侧面照

图8 普通混凝土(P1)三维展示

图9 自密实混凝土(Z1)三维展示

4 结束语

新型箱型护坡构件壁薄、结构复杂、外观要求高和模具拆装步骤多决定应使用自密实混凝土。

自密实混凝土抗压强度虽然在前期略小于普通混凝土抗压强度，但是在后期其数值反超，这对结构的使用寿命和安全性起决定性作用。自密实混凝土优秀的性能特点可让混凝土浇筑过程化繁为简，减少工作步骤提高生产效率，工作效率数值提示自密实混凝土能高效并省时完成同等工作量。普通混凝土原材料费用较为便宜，而自密实混凝土人工费用每天可以节省人工3工日，若产量规模越大节省人工越多，显然处于绝对优势。成品外观好，无需剔打修补增加费用。

图10 普通混凝土(P1)正面照

图11 自密实混凝土(Z1)正面照

综上所述，在新型薄壁箱型护坡构件等薄壁类构件制作中应用自密实混凝土具有推广价值。