淺談自密實高性能混凝土

張文娜 李 立 李 青

（重慶交通大學(xué) 中國 重慶 400074）

0 前言

混凝土具有強度高、耐久性好、原材料來源廣、制作工藝簡單、成本較低、適用于各種自然環(huán)境等優(yōu)點，因此，它是世界上使用量最大、最為廣泛的首選建筑材料。近年來，隨著建筑技術(shù)的不斷更新，混凝土的組成及施工工藝也發(fā)生了巨大變化，混凝土結(jié)構(gòu)的研發(fā)與創(chuàng)新，新材料、新工藝、新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，混凝土工程不斷向大規(guī)模、復(fù)雜化、高層化方向發(fā)展，混凝土工程的施工難度也越來越大。很多情況下，因混凝土振搗困難而造成工程質(zhì)量難以得到保證，同時，混凝土振搗引起的噪音也成為一個亟待解決的難題。自密實混凝土是一種特殊的高性能混凝土，可以通過自重流淌而充實薄壁混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋密集的結(jié)構(gòu)部位，可以不經(jīng)振搗即可密實并保持自身的均勻性和密實性。因而解決此類問題，大力推廣施工無需振搗的自密實混凝土不失為一個好方法。自密實混凝土具有無可比擬的優(yōu)越性，是未來混凝土發(fā)展的一個趨勢，其研究和應(yīng)用已在世界范圍內(nèi)得到廣泛的開展。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

自密實混凝土最初由日本學(xué)者岡村甫教授發(fā)明，主要是通過復(fù)合型外加劑、優(yōu)質(zhì)摻和料、粗細(xì)骨料的選擇，搭配及精心的配合比設(shè)計使混凝土拌和物能在自重作用下無需振搗，自行填充模板空間，形成自密實結(jié)構(gòu)，并兼有良好的力學(xué)性能和耐久性能的一種高性能混凝土。SCC技術(shù)從20世紀(jì)90年代在日本獲得發(fā)展以來開展了一系列針對自密實高性能混凝土的系統(tǒng)研究，包括自密實混凝土的工作性測定及流變學(xué)性能，配合比設(shè)計，自密實混凝土的摻合料、外加劑以及自密實混凝土的耐久性，結(jié)構(gòu)性能等方面。引起了整個世界的關(guān)注，無論是預(yù)制還是現(xiàn)澆混凝土工程中都有應(yīng)用。

我國對自密實混凝土的研究于20世紀(jì)90年代初期伴隨流態(tài)混凝土這一概念的誕生而開始，隨之國內(nèi)不少高校、科研機構(gòu)與施工單位也對自密實混凝土技術(shù)進行了系統(tǒng)深入的理論分析、試驗研究和推廣應(yīng)用。近幾年建筑技術(shù)的不斷改進，標(biāo)新立異結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)、高強度的不斷提升，使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部配筋狀況也發(fā)生了變化，較密集的配筋布置已成為現(xiàn)實，而自密實高性能混凝土也就成為趨勢。自密實混凝土已在我國大量水利、港口、橋梁、土木等工程領(lǐng)域中應(yīng)用，特別適合于澆筑量大、澆筑高度大、鋼筋密集、有特殊形狀等的工程。

2 自密實高性能混凝土的特性

自密實混凝土是基于混凝土的施工性能來分類和命名的，是一種流動性大、不經(jīng)振搗即可自行密實的混凝土，其某些性能類似于大流動性混凝土和泵送混凝土，但又不完全相同。同時自密實混凝土作為高性能混凝土的一種，因其具有很高的流動性而不離析、不泌水，可不振搗而自行流平以及水泥用量低，廢渣利用率大，施工性能好等眾多優(yōu)點而被廣泛使用。

自密實混凝土通過外加劑、膠結(jié)材料、粗細(xì)骨料的選擇和配合比的設(shè)計，使混凝土拌合物屈服值減小且又具有足夠的塑性粘度，粗細(xì)骨料能夠懸浮于水中不離析、不泌水，在不用或基本不用振搗的成型條件下，能充分填充所有空隙，形成密實而均勻混凝土結(jié)構(gòu)的一種高性能混凝土。自密實混凝土可以在較低的水膠比下僅靠自重就能填充到復(fù)雜模型的各個角落，具有均勻的自密實成型性能，同時保證混凝土硬化后具有很好的力學(xué)性能和優(yōu)異的耐久性能；且在硬化后表面的結(jié)構(gòu)十分致密，滲透性低，提高了其耐久性。并且自密實混凝土的自密實性能利于施工，大大簡化了混凝土結(jié)構(gòu)的施工工藝、提高了施工效率和施工質(zhì)量，縮短施工工期，減少噪音污染。SCC被認(rèn)為是幾十年來機構(gòu)工程最具革命性的進步，其工作性較同水灰比的普通振動密實混凝土明顯提高，可以達到如下技術(shù)效果：

1）易于澆筑，施工快速，減少現(xiàn)場人力，提高勞動生產(chǎn)率，降低工程費用；

2）可以改善混凝土工程的施工環(huán)境，減少噪聲對環(huán)境的污染；

3）設(shè)計靈活，減小混凝土斷面，達到更好的表面裝飾效果，滿足特殊施工需要，如鋼筋密集、截面復(fù)雜而間隙過于狹窄等情況。

對于自密實高性能混凝土，拌合物的工作性能是重點。應(yīng)具有良好的穿透性能（通過障礙入口，如鋼筋間隙，流入而不離析或阻塞的能力）、充填性能（在自重下流入或完全充滿模板各個部位的能力）、抗離析性能（穩(wěn)定性）。在SCC的配合比設(shè)計中，所有三個工作性參數(shù)都要被評估以保證所有方面都符合要求并解決好流動性與抗離析性、間隙通過性與填充性之間的矛盾，混凝土高工作性與硬化后力學(xué)和耐久性的矛盾。

3 自密實高性能混凝土的材料要求

自密實高性能混凝土所用原材料(如水泥、砂、石)與普通混凝土基本相同，但因其大流動性、低離析泌水性而有所區(qū)別，必須選擇合適的集料粒徑（一般不超過20mm）、砂率，摻入高摻量的超細(xì)物料與適當(dāng)?shù)母咝p水劑及其他外加劑，如提高穩(wěn)定度的粘度調(diào)節(jié)劑、提高抗凍融能力的引氣劑、控制凝結(jié)時間的緩凝劑等等。有時候還會使用鋼纖維來提高混凝土的機械性能（如抗彎強度、韌度），使用聚合物纖維來減少離析和塑性收縮，并提高耐火性。各種原材料的選擇要求如下：

1）水泥：通過有關(guān)資料驗證普通硅酸鹽水泥配制的自密實混凝土，和易性、勻質(zhì)性好，混凝土硬化時間短，混凝土外觀質(zhì)量好，便于拆模。一般水泥用量為350kg/m3～450kg/m3，若過低則需摻加其他礦物摻合料，如粉煤灰、磨細(xì)礦渣等來提高混凝土的和易性。

2）礦物摻合料：自密實混凝土漿體總量較大，如單純用水泥會引起混凝土早期水化熱較大、混凝土收縮較大，不利于混凝土的體積穩(wěn)定性和耐久性，摻入適量的礦物摻合料可彌補以上缺陷，并且可改善混凝土的工作性能。

3）細(xì)骨料：自密實混凝土的砂漿量大，砂率較大，故一般選用中砂或偏粗中砂，砂細(xì)度模數(shù)在2.5～3.0之間為宜。砂中所含粒徑小于0.125mm的細(xì)粉對自密實混凝土的流變性能非常重要，一般要求不低于10%。

4）粗骨料：各種類型的粗骨料都可使用，最大粒徑一般不超過20mm。

5）外加劑：配制自密實混凝土常使用各類高效減水劑，摻入適量外加劑后，混凝土可獲得適宜的粘度、良好的粘聚性、流動性、保塑性。

4 自密實高性能混凝土的配合比設(shè)計

自密實高性能混凝土配制成本比普通高性能混凝土要高，配合比設(shè)計要考慮的因素也較為復(fù)雜，一般應(yīng)用于較為復(fù)雜的構(gòu)件或工程環(huán)境。自密實高性能混凝土配合比的突出特點是：高砂率、低水膠比、高礦物摻合料摻量。

一般采用正交試驗的設(shè)計方法確定水膠比、砂率、摻合料摻量、碎石比例、外加劑等主要參數(shù)。進而經(jīng)過混凝土性能試驗強度檢驗，反復(fù)調(diào)整各原材料參數(shù)，通過優(yōu)化配合比，得出了混凝土的工作參數(shù)，同時滿足抗?jié)B性、抗凍性、碳化、收縮等四個方面對自密實高性能混凝土的耐久性要求。除此之外，還可以采用簡易配合比設(shè)計方法（只適于配制中低強度自密實混凝土）、全計算法（推導(dǎo)出單方用水量和砂率的計算公式的定量設(shè)計法）、固定砂石體積含量方法、改進的全計算法、參數(shù)設(shè)計法、四層體系設(shè)計法、骨料比表面法等。各種混凝土配合比設(shè)計方法都有其針對性和側(cè)重點，配制自密實混凝土?xí)r不能完全照用，但可以借鑒其中的設(shè)計思想。可知應(yīng)用更廣泛、更合理的自密實高性能混凝土配合比設(shè)計方法還有待進一步探索。

5 結(jié)束語

自密實混凝土的出現(xiàn)簡化了混凝土結(jié)構(gòu)的施工工藝、提高了施工效率和施工質(zhì)量，縮短施工工期，減少噪音污，同又因大量摻合各種工業(yè)廢料有利于資源的綜合利用和生態(tài)環(huán)境保護，做到了節(jié)能、環(huán)保、高效、經(jīng)濟，它不僅適應(yīng)了當(dāng)代混凝土工程規(guī)?；?fù)雜化的要求，是名副其實的綠色高性能混凝土，更是混凝土工藝的一次革命。對自密實混凝土的研究不僅具有較高的學(xué)術(shù)價值，而且具有很好的應(yīng)用前景。

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