自密實混凝土的發(fā)展應用及展望

祝 葉 陳 竣

[摘要]自密實混凝土是一種采用現(xiàn)代技術(shù)的高性能混凝土。本文介紹了自密實混凝土技術(shù)的基本概念、發(fā)展歷程、研究與應用現(xiàn)狀、技術(shù)特點等，并對自密實混凝土的進一步研究和應用做了展望。

[關(guān)鍵詞]自密實混凝土；高性能混凝土；技術(shù)特點；研究

1、引言自密實混凝土(self－compacting concrete。簡稱SCC)，是一種高流動性且具有適當粘度的混凝土，它不離析，能夠通過鋼筋填滿模板內(nèi)的任何空隙，在重力作用下自行密實，屬于高性能混凝土的一種。其突出特點是拌合物具有良好的工作性能，即使在密集配筋和復雜形狀的條件下，僅依靠自重而無需振搗便能均勻密實填充成型，為施工操作帶來極大方便。同時，兼有提高混凝土質(zhì)量、改善施工環(huán)境、加快施工進度、提高勞動生產(chǎn)率、降低工程費用等技術(shù)經(jīng)濟效果，被稱為“最近幾十年中混凝土技術(shù)最具革命性的發(fā)展”。

日本20世紀80年代，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題、由于逐漸減少的熟練建筑工人而導致工程質(zhì)量下降的問題等是當時的主要問題。為了解決這些問題，日本東京大學教授岡村甫(Okamura)最早提出“免振搗的耐久性混凝土”，并由小澤(Ozawa)和前川(Maekawa)做了相應的基礎(chǔ)研究。1996年岡村首次將這種混凝土命名為自密實高性能混凝土(self－CompactingHigh Performance Concrete)，其關(guān)鍵技術(shù)是通過摻加高效減水劑和礦物摻合料。在低水膠比條件下，大幅度提高混凝土拌合物的流動性，同時保證良好的粘聚性、穩(wěn)定性，防止泌水和離析。

2、自密實混凝土性能和技術(shù)特點

與普通混凝土相比，自密實混凝土具有下述性能：(1)高流動性，自密實混凝土必須能夠流動并填滿模板內(nèi)每個角落。(2)穩(wěn)定性好，自密實混凝土在流動過程中必須保證不離析，減少泌水。(3)不會堵塞，自密實混凝土在流過密集鋼筋或狹窄空間不能產(chǎn)生堵塞。

同普通混凝土相比，自密實混凝土在配合比設(shè)計上對原材質(zhì)量和用量有更高的要求。主要表現(xiàn)在如下方面：

(1)高效減水劑是自密實混凝土產(chǎn)生的前提。自密實混凝土隨著高效減水劑的發(fā)展而產(chǎn)生的，減水劑對其性能有決定響。減水劑的作用相當于振搗棒，均勻分散水泥顆粒于水形成漿體，骨料通過漿體浮力和粘聚力懸浮于水泥漿中?！蹲悦軐嵒炷翍眉夹g(shù)規(guī)程》(CECS203:2006)中規(guī)定，宜選用聚羧酸系高效減水劑，當需要提高混凝土拌和物粘聚性時，自密實混凝土中可摻入增粘劑。

(2)自密實混凝土對水泥的要求。水泥強度等級根據(jù)混凝土的試配強度等級選擇，同時考慮與減水劑相容性問題，通常自密實混凝土比普通混凝土水泥用量多、水泥強度等級高。《自密實混凝土應用技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，使用礦物摻合料的自密實混凝土，宜選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

(3)自密實混凝土對骨料的要求。自密實混凝土對骨料有較高的要求，《自密實混凝土應用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，粗骨料宜采用連續(xù)級配或2個單粒徑級配的石子，最大粒徑不宜大于20mm；石子的含泥量≤1.0％、泥塊含量≤0.5％、針片狀顆粒含量≤8％；石子孔隙率＜40％。

(4)超細礦物摻合料是配制自密實混凝土的必要條件。超細礦物摻合料是自密實混凝土配制不可缺少的條件，它們可以提高拌合物的流動性、減少水泥用量和水化熱，并通過二次火山灰效應參與水化進程，提高混凝土后期強度。常用的超細礦物摻合料有粉煤灰、礦粉和硅粉，礦物摻合料的細度和吸水量是重要的參數(shù)，一般認為直徑小于0.125mm的細礦物摻合料對自密實混凝土更有利，并且要求0.063mm孔徑篩的通過率大于70％。

3、國內(nèi)外自密實混凝土的研究及應用現(xiàn)狀

目前對自密實混凝土的研究主要從配合比優(yōu)化人手，結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計、生產(chǎn)質(zhì)量控制、現(xiàn)場施工工藝、工程應用等方面展開。在配合比優(yōu)化方面主要針對自密實混凝土對材料和配比的敏感性，在大量正交試驗的基礎(chǔ)上，分析外加劑、礦物摻合料、骨料質(zhì)量和數(shù)量等因素對自密實混凝土工作性能的影響，建立定量關(guān)系。利用優(yōu)化理論，研究基于地域材料特點的自密實混凝土最佳配比方法；在材料性能試驗方面，主要從混凝土的流變性能和工作性能；早期體積穩(wěn)定性如收縮、徐變、溫度變形等；力學性能如抗壓強度、彈性模量、粘結(jié)強度等：抗?jié)B性等方面展開。在理論研究方面如白密實混凝土的物理力學性能和耐久性方面的理論分析比較少。尤其是早期的收縮機理，影響因素的數(shù)量及程度，測量方法，預測模型等問題研究較少。

日本到2004年自密實混凝土總應用量已超過250萬m³，并有逐年增加之勢。目前，日本正在致力于將自密實混凝土從特種混凝土發(fā)展成普通混凝土。典型的工程應用實例是跨度為1990m的明石海峽大橋(懸索橋)，該橋的兩個錨碇分別使用了24萬m³和15萬m³強度為25MPa的自密實混凝土。由于采用了自密實混凝土，使得錨碇的施工工期由2.5年縮短為2年，縮短工期20％。

近年來，由于日本應用自密實混凝土的不斷成功，使西方國家也開始關(guān)注和應用該項技術(shù)。其中，美國西雅圖六層的雙聯(lián)廣場鋼管混凝土柱(28d抗壓強度115MPa)是迄今為止自密實混凝土應用中強度最高的實例。由于采用了超高強度自密實混凝土，從底層逐層泵送，無振搗，降低了結(jié)構(gòu)成本的30％。荷蘭也是目前應用該技術(shù)較為普及的國家之一，大約有75％的預制混凝土結(jié)構(gòu)采用自密實混凝土。不僅保證了特殊結(jié)構(gòu)施工的需求，也使混凝土制品的性能與外觀質(zhì)量得到了改善和提高。

我國自密實混凝土的研究及應用相對較晚，但近幾年得到迅速的發(fā)展。北京、深圳、南京、濟南、長沙等城市陸續(xù)有了自密實混凝土的應用報道，應用領(lǐng)域也從房屋建筑擴大到水利、橋梁、隧道等大型工程。從1995年開始，澆筑量已超過4萬m³。主要用于地下暗挖、密筋、形狀復雜等無法澆筑或澆筑困難的部位，同時也解決了施工擾民等問題，縮短了建設(shè)工期，延長了構(gòu)筑物的使用壽命。其中具有代表性的工程實例有：北京首都機場新航站樓的簡體墻、西單北大街東側(cè)商業(yè)區(qū)改造的工程，大亞灣核電站的核廢料容器建設(shè)工程，廈門集美歷史風貌建筑的保護工程，長江三峽等多個水電站的導流洞、左岸左廠壩的引水工程，潤揚的長江大橋的建設(shè)工程，福建萬松關(guān)的隧道工程。均取得了較好的技術(shù)、經(jīng)濟和社會效益。

近幾年自密實混凝土在我國發(fā)展應用速度加快，應用領(lǐng)域也進一步拓展，但國內(nèi)尚未有統(tǒng)一的工程標準，致使在應用中缺乏指導性文件，產(chǎn)生了一些問題，不利于該技術(shù)的推廣應用。為此，中國工程建設(shè)標準化協(xié)會在搜集了國內(nèi)外有關(guān)的標準資料，翻譯了國外的有關(guān)資料，并結(jié)合國內(nèi)的實際情況編制了《自密實混凝土應用技術(shù)規(guī)程》(CECS203:2006)，推薦給工程建設(shè)、施工和使用單位采用。

4、展望由于自密實混凝土諸多的優(yōu)點，其應用前景非常廣闊，但由于開發(fā)與應用的歷史較短。尚有一些問題及內(nèi)容需要進一步研究：

(1)配合比設(shè)計方法。自密實混凝土配合比設(shè)計方法，尚缺乏對不同設(shè)計、施工要求以及使用不同外加劑情況的綜合考慮，并應在設(shè)計中將經(jīng)濟性考慮進去，從而做到配合比的優(yōu)化設(shè)計。

(2)外加劑選用。自密實混凝土所用的外加劑缺乏相關(guān)的標準，給使用單位的選用帶來了較大的困難。

(3)早期收縮開裂及脆性的問題。由于在低水膠比并摻入較多的具有相當活性的礦物細摻合料的混凝土中會產(chǎn)生自干燥，從而引起混凝土的自收縮，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到損傷，而產(chǎn)生微裂縫。目前的研究主要集中于考察自收縮率的影響因素及其程度上，而在自收縮的收縮機理、計算公式及檢測方法上尚需進一步研究。

(4)物理力學性能和耐久性能的的認識。自密實混凝土的施工性能已得到了比較充分的研究，但是在摻入大量的高效減水劑后，自密實混凝土的物理力學性能和耐久性能是否發(fā)生變化及其變化規(guī)律，目前還不是十分了解。

(5)經(jīng)濟性問題。自密實混凝土的材料成本要略高于普通混凝土，這也成為應用自密實混凝土的主要障礙。但是它具有普通混凝土無法比擬的優(yōu)良性能，應將它與環(huán)境保護、生態(tài)保護和可持續(xù)發(fā)展結(jié)合起來綜合考察其經(jīng)濟指標，盡快推動自密實混凝土在我國的廣泛應用。冰島建筑研究院的wallkevik先生預言：“將來有一天，所有混凝土都會變成自密實混凝土”，這一天是否會到來或什么時候到來，目前還難以回答，但有一點可以肯定，自密實混凝土適用于大多混凝土結(jié)構(gòu)和施工條件，具有非常廣闊的應用前景。