自密實混凝土制備技術(shù)及特性研究

張先奇 張勇 張舒 安徽省建筑材料科學(xué)技術(shù)研究所

自密實混凝土屬于高性能混凝土，具有高流動性、高填充、高抗離析性能，在重力作用下無振動，自動填充模板空間，形成密實的混凝土結(jié)構(gòu)。大量研究表明，自密實混凝土結(jié)構(gòu)有很好的力學(xué)性能和耐久性，能夠有效提升工程施工進度，縮短施工周期，有效控制混凝土質(zhì)量，使得建筑物和相關(guān)構(gòu)筑物的耐久性得到有效的提升，且對環(huán)境保護有很好的作用，具有較高的社會效益和經(jīng)濟效益。

一、自密實混凝土的設(shè)計方法與制備技術(shù)

（一）設(shè)計方法及原理

制備自密實混凝土重點是使其在新攪拌階段自動填充混凝土模板，在不增加振動的情況下達到密實，包括流動性、間隙通過性和抗離析三個方面。日本東京大學(xué)首次研究了自密實混凝土的設(shè)計，并提出了自密實混凝土的原型模型。后來，來自不同國家的研究人員對自密實混凝土的設(shè)計方法進行了進一步的研究，這些方法分為三類：

1.基于自密實混凝土拌合物的變形、間隙化和抗離析性的理論分析，以及實驗室測試結(jié)果，以建立拌合物變形、抗離析性和間隙的通過性以及配合比參數(shù)之間的經(jīng)驗關(guān)系。日本科學(xué)家提出的設(shè)計方法，基于砂漿變形以及粗骨料之間的相互作用。

2.以自密實混凝土拌合物工作貢獻的理論為基礎(chǔ)，各組提出的自密實混凝土設(shè)計方法。如：各國學(xué)者提出的可壓縮密實模型、基于經(jīng)濟性、耐久性的最小漿體體積的自密實混凝土設(shè)計方法等。

3.基于大量試驗統(tǒng)計關(guān)系的自密實混凝土配合比設(shè)計方法。即通過大量實驗數(shù)據(jù)的積累，建立了原料配比參數(shù)與混凝土性能之間的經(jīng)驗關(guān)系。但是，這種方法的工作量非常大，需要大量收集和積累相關(guān)數(shù)據(jù)，建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫，以提高模型的通用性。

現(xiàn)有的設(shè)計方法在充分反映自密實混凝土配合比性能的真實內(nèi)涵，反映混凝土工作性、強度等級與耐久性或?qū)嵱眯缘戎g的協(xié)調(diào)關(guān)系方面還存在一定的差距。目前，自密實混凝土的設(shè)計方法還沒有得到廣泛的認可。

（二）自密實混凝土制備技術(shù)

自密實混凝土的特點是高度的流動性和體積穩(wěn)定性，其組成比普通混凝土復(fù)雜。除了水泥、砂輪、混合物等基本成分。自密實混凝土中含有膨脹成分、改性粘度成分、超離心粉塵成分等。因此，自密實混凝土的制備比普通混凝土重要得多。高質(zhì)量的自密實混凝土還必須具有高的流動性、高的自主性、高灌裝能力和高的分離強度，這需要其組成部分的各種參數(shù)的最佳組合。

自密實混凝土的制備技術(shù)是基于不同參數(shù)之間的關(guān)系的合理協(xié)調(diào)和不同參數(shù)的最佳組合。一般來說，下列因素對壓實混凝土的制備起決定性作用：

1.礦物摻合料

自密實混凝土漿料的總體積更大。如果只使用純混凝土，混凝土的初始水化熱就會更大，損害其體積的穩(wěn)定性和強度。自密實混凝土的礦物混合物主要由石灰石、硅膠灰、粉煤灰和破碎礦物粉塵組成，這些粉塵在我國的使用相對廣泛。礦物混合物可用于增加混凝土混合物的流動退火能量，減少氫化熱，降低混凝土的溫度，減少溫度應(yīng)力引起的裂縫。

2.多功能高效混合物

高效的多功能混合是自壓混凝土制備的關(guān)鍵技術(shù)。與普通混凝土中使用的添加劑相比，自密實混凝土中使用的添加劑更重視多成分或多功能重疊。目前，復(fù)雜的多組分外加劑在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

（1）高效減水劑。自密實混凝土的制備需要有效的減水劑。一方面，高效率的減水劑可以通過降低混凝土的屈服剪應(yīng)力和改善流變性能，來產(chǎn)生非常分散的效果；另一方面，可以有效地降低水膠的比例，保證硬化混凝土的力學(xué)性能和耐久性。目前，高效減水劑主要由四組主要的類型：萘磺酸系列、磺化三聚氰胺系列、氨基磺酸系列和聚羧酸系列。在我國家，前兩個類型穩(wěn)定性好、水泥的適應(yīng)性廣。

（2）其他因素。緩凝劑保證有效的施工時間；引氣劑能夠?qū)旌狭系牧髯冃砸约翱箖鲂援a(chǎn)生改善的效果，減縮劑提高混凝土硬化過程中體積的穩(wěn)定性；增稠劑提高了混凝土混合物的抗離析能力；膨脹劑可以補償混凝土的收縮，減少開裂的可能性，等等。多組件組合和多功能重疊為自密實混凝土的制備提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

3.粗細骨料

粗骨料包括（骨量等級、顆粒大小、顆粒形狀、體積含量等）對自密實混凝土的制備也至關(guān)重要。與普通混凝土相比，自密實混凝土的粗料含量較低，但紙漿含量較高，增加了混合料的流動性，減少了通過裂縫堵塞骨料的可能性。自密實混凝土各組分的粒徑應(yīng)力求滿足“最大堆積密度理論”，即要求骨料先達到最大密實度，保證骨料之間的填充空間最小，且在較低的膠料用量下，可以形成足夠的漿體體積，使混合物獲得高流動能力。

二、自密實混凝土的特性

與普通混凝土相比，自密實混凝土具有以下特點：

（1）在新的攪拌階段，無需額外人工振動壓實，依靠自重灌裝模具壓實；

（2）早期階段，避免產(chǎn)生原始缺陷；

（3）硬化后，有足夠的能力抵抗外部環(huán)境的侵蝕。

自密實混凝土可在無外力的情況下自動填充混凝土模板，達到密實性，具有良好的流動性和穩(wěn)定性。為了獲得高流動性，應(yīng)加入高效減水劑和一定數(shù)量的超細材料，以降低顆粒表面張力和顆粒間的摩擦阻力。為了獲得良好的穩(wěn)定性，使物料不離析，需要加入適量粒徑小于0.25mm 的細填料，有時還需要加入粘度調(diào)節(jié)劑（增粘劑）。研究結(jié)果表明，在相同水灰比條件下，自密實混凝土的自由振動抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、握持強度等物理力學(xué)性能均優(yōu)于傳統(tǒng)振動密實混凝土，收縮、徐變性能也有所提高，其原因是由于自密實混凝土的自由振動具有致密的微結(jié)構(gòu)，且具有良好的均勻性。

三、結(jié)論

近年來，隨著混凝土產(chǎn)品的多樣化、生產(chǎn)成本的降低和生產(chǎn)環(huán)境要求的提高，自密實混凝土以其優(yōu)異的質(zhì)量特性逐漸的被普遍應(yīng)用。因此，對自密實混凝土的設(shè)計方法和制備技術(shù)的進一步加強研究是非常必要的，特別是對于工程中常用強度等級的混凝土，這將有利于擴大自密實混凝土的工程應(yīng)用領(lǐng)域，促進建筑材料領(lǐng)域的發(fā)展。