自密實(shí)混凝土工作性能檢測方法探究★

余 曼 　馬嘉豪　 張 娟 　武慶豐　 陳 征 　 林 羿

(北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京　100144)

1986年，日本學(xué)者Okamura提出了自密實(shí)混凝土(Self-Compacting Concrete，簡稱SCC)的概念。此后，關(guān)于自密實(shí)混凝土的研究由東京大學(xué)的Ozawa等帶頭進(jìn)行。1988年，有學(xué)者第一次成功使用市場上銷售的原材料配制出性能優(yōu)良的自密實(shí)混凝土，配制出的自密實(shí)混凝土具有適當(dāng)?shù)乃艧?、良好的密?shí)性，此為自密實(shí)混凝土的推廣應(yīng)用打下了基礎(chǔ)[1]。自密實(shí)混凝土因其在施工中無需振搗設(shè)備和抹面工序的特性，養(yǎng)護(hù)和材料運(yùn)輸?shù)墓ぷ髁肯噍^于常規(guī)混凝土將大大減少[2]。一個國家混凝土行業(yè)技術(shù)水平高低有很多衡量標(biāo)準(zhǔn)，而自密實(shí)混凝土所占比重成為其中的重要指標(biāo)。在許多發(fā)達(dá)國家，自密實(shí)混凝土已達(dá)使用混凝土總量的30%～50%。然而我國目前年用量相較而言比例很少，并且在該方面的研究也還尚處于發(fā)展階段。

所謂自密實(shí)性，是指自密實(shí)混凝土的免振工作性能，包括流動性、抗離析性和自填充性。有效獲取工作性參數(shù)是對新拌混凝土工作性進(jìn)行評判的前提，也是針對不同的施工環(huán)境條件選擇合適工作性混凝土的重要依據(jù)。因此，對新拌混凝土工作性進(jìn)行科學(xué)測試是混凝土研究的重要內(nèi)容，而目前的自密實(shí)混凝土的試配和生產(chǎn)中有以下幾點(diǎn)要求：1)優(yōu)良的流動性；2)抗離析性；3)間隙通過性。

使用自密實(shí)混凝土，可以節(jié)約勞動力，減少噪聲污染，保證工程質(zhì)量。近年來，國內(nèi)外混凝土界已將自密實(shí)混凝土作為研究的熱點(diǎn)之一，本文主要就實(shí)驗(yàn)、工程中檢測自密實(shí)混凝土工作性能的方法進(jìn)行介紹。

1　自密實(shí)混凝土性能等級指標(biāo)

從自密實(shí)混凝土這一概念提出到現(xiàn)在，國內(nèi)外學(xué)者提出了很多自密實(shí)混凝土工作性能的檢測方法，無論試驗(yàn)室中還是實(shí)際工程應(yīng)用中，都不可能一一測試來評價。我國目前所用的檢測規(guī)程為CECS 203:2006自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[3]，規(guī)程中根據(jù)不同試驗(yàn)的檢驗(yàn)指標(biāo)將混凝土的自密實(shí)性能等級分為三級，其指標(biāo)應(yīng)符合表1中的要求。

表1　自密實(shí)混凝土性能等級指標(biāo)

2　自密實(shí)混凝土工作性能檢測方法

近年來，國內(nèi)外的學(xué)者和研究人員們提出了很多新型測量方法，以便更全面、科學(xué)地評價自密實(shí)混凝土的工作性能，如箱形流動法、L型流動儀方法、Orimet試驗(yàn)方法、O型及V型漏斗流動法等。

2.1　坍落擴(kuò)展筒試驗(yàn)

自密實(shí)混凝土起源于日本，在日本自密實(shí)混凝土的相關(guān)技術(shù)發(fā)展得很快，從1993年起便開始大批量使用免振搗自密實(shí)混凝土，這緣于自密實(shí)混凝土不僅可以節(jié)省一批專業(yè)技術(shù)工人、減少施工噪聲污染，且施工質(zhì)量好。至20世紀(jì)90年代后期，全日本混凝土澆筑量的50%以上都在使用自密實(shí)混凝土[4]。1998年，《自密實(shí)混凝土施工指南》由日本建筑學(xué)會制訂出版，指南中規(guī)定，坍落擴(kuò)展度可作為自密實(shí)混凝土的流動性的指標(biāo)。2002年，歐洲制訂了《自密實(shí)混凝土規(guī)范和指南》，該指南中也規(guī)定了自密實(shí)混凝土工作性能檢測時需進(jìn)行坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)，檢測方法與日本的相同。坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)中所使用的工具如圖1所示。

在我國，1996年北京城建集團(tuán)構(gòu)件廠推出免振自密實(shí)混凝土，這是我國首次使用自密實(shí)混凝土，當(dāng)時對于自密實(shí)混凝土的檢測主要以坍落擴(kuò)展度作為其工作性能指標(biāo)[4]。在現(xiàn)場施工中普通混凝土也大多采用標(biāo)準(zhǔn)坍落度筒法來測試其流動性，在工程中使用較為簡便。因此，自密實(shí)混凝土拌合物流動性基本都是采用坍落擴(kuò)展度來進(jìn)行測試與評判。同時，也可以通過觀察拌合物有無骨料堆積現(xiàn)象，來觀察其抗離析性能，如果觀察時，拌合物的邊緣無泌漿的情況，則可視為拌合物的抗離析性(粘聚性)好。其方法應(yīng)用廣泛，操作簡單，可以很直觀地觀察出有效結(jié)果。

該方法方便快捷，是至今大眾接受度最高的方法，并且技術(shù)人員操作熟悉，也是選擇的一個原因，能夠有效的測出自密實(shí)混凝土的流動性和粘聚性。但是若僅通過坍落度筒來評判自密實(shí)混凝土的工作性能顯然是不夠的，這種方法無法評價自密實(shí)混凝土的穿越能力和穩(wěn)定性。

2.2　J型流動儀試驗(yàn)

挪威學(xué)者從流變學(xué)角度進(jìn)行研究，提出可通過量測混凝土的剪切應(yīng)力和剪切速率來評價其工作性能，量測所用工具為J型流動儀，如圖2所示[5]。J型流動儀是一種較為簡單的測試方法，可以進(jìn)一步量測自密實(shí)混凝土的間隙通過能力，適合現(xiàn)場使用。但是目前，北美和歐洲等地所采用的J型流動儀工具相同，但是評價指標(biāo)卻不同，并沒有統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)。已有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于J型流動儀上的鋼筋間距并沒有形成一致的認(rèn)識，并且在實(shí)際工程中，不同構(gòu)件的鋼筋綁扎工藝所導(dǎo)致的凈距不同，對自密實(shí)混凝土離散性的影響還是較大的，仍需進(jìn)一步研究。目前我國關(guān)于J型流動儀還沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)。

2.3　Orimet流速儀

在歐洲許多國家，使用Orimet流速儀(如圖3所示)測試新拌混凝土流動速率用來作為檢測其工作性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。該方法最早由英國學(xué)者Bartos在20世紀(jì)70年代發(fā)展而來，這個方法以O(shè)rimet流速儀器內(nèi)拌合物完全從下端口流出所經(jīng)歷的時間作為評估標(biāo)準(zhǔn)，這個時間反應(yīng)了拌合物的流動能力(填充性)和流動速率。若拌合物具有更小的填充能力和更低的流動速率，則流出時間也會較大，這也間接表明具有較大的粘度。相較于V型漏斗法，兩者都可以檢測自密實(shí)混凝土的流動性，實(shí)際操作時可以任取其一。

Orimet流速儀與V型漏斗的檢測原理相同，都是通過測試混凝土流動速率來反映其工作性質(zhì)，但此儀器所需要使用的混凝土體積較少，能有效避免浪費(fèi)。盡管它用料相對V型漏斗較少，但是一旦反生離析等情況則將會導(dǎo)致儀器下端口骨料堵塞而使得流出時間變化導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確，因此在工程實(shí)際中，還是V型漏斗的實(shí)驗(yàn)方法更為常用。

2.4　L型流動測定儀

最早用來測試評價自密實(shí)混凝土拌合物工作性的儀器之一是L型流動測定儀(如圖4所示)。在此之前，此儀器主要用于測試拌合物在自重作用下的流動距離，以對混凝土在水下澆筑時的流動性的評估，現(xiàn)在也可用此儀器來測試自密實(shí)混凝土的間隙通過性和流動速率。通常實(shí)踐中，自密實(shí)混凝土都是動態(tài)的澆筑條件；而L型流動測定儀中，半靜態(tài)澆筑條件下的拌合物從豎向柱內(nèi)向下通過鋼筋間隙后流向水平槽，在一定程度上反映了混凝土拌合物的間隙通過能力。針對高流動性混凝土的流動性特性，可綜合反映它的變形能力和變形速度以及在流動過程中的成分能否保持均勻性[6]。

L型流動測定儀測試得到的通過率實(shí)際是反映一定間距的鋼筋對混凝土拌合物的阻塞作用，主要與拌合物中骨料的最大粒徑、骨料的體積含量以及漿體的變形性能有關(guān)，粗骨料可能在鋼筋之間形成楔形的拱圈，阻止拌合物均勻通過鋼筋間隙，從而造成不同程度的離析，用視覺觀察混凝土拌合物中粗骨料分布是否均勻來進(jìn)行判斷。

L型流動測定儀可以很好的模擬工程中鋼筋對混凝土阻塞的過程，可以比較直觀的觀察出結(jié)論。但與實(shí)際的動態(tài)澆筑相比，此實(shí)驗(yàn)只能模擬半靜態(tài)狀態(tài)下，其與實(shí)際情況是有一定差別的。L型流動測定儀還需要其他輔助工具幫助才能完成檢測，簡便程度也相對其他較低。

3　結(jié)語

自密實(shí)混凝土的性能檢測方法眾多，但是均有其不同的特點(diǎn)。

1)所有方法中坍落筒是使用最廣泛及簡便的，這是因?yàn)槭褂锰涠韧卜?，可以很直觀地檢測出自密實(shí)混凝土的流動性和粘聚性。

2)加入J型環(huán)與坍落度筒法結(jié)合，能在檢測流動性的基礎(chǔ)上進(jìn)一步模擬實(shí)際測試自密實(shí)混凝土的間隙通過率，有效反映其自填充性。

3)Orimet法常在國外使用，其原理與國內(nèi)經(jīng)常使用的微型漏斗法相同，選擇Orimet法能從另一方面檢測出自密實(shí)混凝土的流動性。

4)L型儀主要能夠模擬半靜態(tài)現(xiàn)場澆筑條件，以其貼近施工現(xiàn)場情況的方式反映了混凝土拌合物的間隙通過能力，但其簡便性不足。

以上僅介紹分析了幾種實(shí)驗(yàn)室中自密實(shí)混凝土性質(zhì)的檢測方法，而在實(shí)際工程中使用自密實(shí)混凝土拌合物時，就盡可能地采用更簡易的檢測方法。目前對于我國來說，坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)最為簡單實(shí)用，V漏斗時間和T50兩個檢測指標(biāo)二者選一即可，也可通過用肉眼觀察拌合物邊緣有無泌漿、中心有無粗骨料堆積來定性判別拌合物的粘性。目前國內(nèi)外仍在大力探索更多更高效的檢測方法，相信自密實(shí)混凝土還有更大的潛力等待我們挖掘。

參考文獻(xiàn):

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