探讨自密实混凝土的应用

探讨自密实混凝土的应用

金树理

金树理

南京滨江建材科技集团雨江混凝土有限公司江苏南京210000

摘要：综合分析国内外现有的各种混凝土配合比设计方法，提出用参数法设计自密实混凝土配合比。对推广自密实混凝土在我国的应用与研究具有积极作用。

关键词：自密实混凝土；配合比；工作性；进展

1前言

自密实混凝土是一种新型高性能混凝土，它具有优良的变形能力，能够完全依靠自重作用自由流淌，同时具有足够的黏聚性防止离析泌水，拌合物均匀密实，硬化后具有良好的力学和耐久性能。虽然目前国内在自密实混凝土配制技术上已取得很大进步，但迄今为止还没有形成一种大家普遍认可、遵守的自密实混凝土设计规范或规程。因此，总结已有文献成果，进行自密实混凝土配合比设计方法研究是很必要的。

2自密实混凝土配合比设计

自密实混凝土配制的技术路径，既要考虑施工时（新拌状态下）的高流动性，同时又要照顾到混凝土硬化以后的耐久性，即密实性。换句话说，就是要平衡好新拌状态下混凝土的高变形能力与高抗材料离析性之间的关系，尤其在配有钢筋的狭小区域，混凝土的流动性要求和防止粗骨料被阻塞的要求更高。

日本的主要做法是，先做水泥浆和砂浆试验，主要目的是检查超塑化剂、水泥、细骨料和火山灰材料的性能和密实能力，然后再做SCC试验。该方法的优点在于，可以避免在混凝土上重复同一种质量控制，这种质量控制既费时又费力。但该种方法亦有其缺点：一是在拌制SCC前，需要进行水泥浆和砂浆的质量控制试验，但许多施工单位和商品混凝土供应厂缺乏必要的试验设备；二是这种配合比设计方法和试验程序对于实际工程而言，显得太过复杂。

瑞典水泥和混凝土研究会、中国大陆及台湾的学者均提出了HPC的设计方法。台湾提出的方法是填密拌合物设计算法，是从最大密度原理和超砂浆理论推导出来的，但无从知道该方法和混凝土通过钢筋间隙与抗离析能力方面之间的关系。大陆的研究表明，如果混凝土中的水泥浆过少，则不仅影响混凝土通过钢筋间隙的能力，而且影响抗压强度。

配制SCC，原则是用水泥浆（胶凝材料）填充骨料骨架的间隙。计算步骤是依次计算：粗、细骨料用量；水泥用量；按强度推算水泥需要的拌合用水量；粉煤灰及矿渣灰掺量；SCC中需要的拌合用水量（水泥、粉煤灰、矿渣灰用水量之和）；减少剂用量；根据骨料的含水率调整SCC中的拌合水用量。计算出配合比后，进行试配和性能测试试验。

3自密实混凝土性能评定

根据SCC的特点，在试配和生产中应作到：①良好的流动性，即在自重作用下能够自流平、自密实；②具有良好的材料匀质性和稳定性，在流动状态下不泌水、不起泡、无粗骨料离析现象；③硬化后体积稳定性好，不产生收缩裂缝，尽量避免内部缺陷。具体而言，评定SCC质量的要素有：较大变形能力，抗离析能力，钢筋之间的通过能力。此外，根据自密实混凝土的耐久性要求，还应评价混凝土硬化期的抗渗性，由于评定内容和手段与常规混凝土大致相同，故此处不再赘述。下面仅介绍新拌SCC的评定。

Okamura等开始配制SCC时，以为配制出这种混凝土会很容易，原因是水下不分散混凝土已在实际工程中应用。但由于水下不分散混凝土掺用大掺量增稠剂，使得离析问题得到严格控制，同时也阻止了水泥颗粒扩散到周围水中。尤其值得注意的是，抗水洗水下混凝土不能应用于空气中浇注成型的结构中，原因有两个：首先，由于这种混凝土具有比较高的粘聚性，所以不能去除夹持在混凝土中的气炮；其次，在有钢筋的狭窄空间内实施振捣困难。所以，研究和评定混凝土的工作性很重要。

SCC的填充性对于其能否在自重作用下，即免振的情况下浇注到模板中的预想位置来说很重要。SCC稠度的评定，多数采用塌落度（或塌落流动度），但对于SCC不能仅靠塌落流动度试验。日本的做法是广泛采用V形漏斗试验和U形填充能力试验。在众多评价自密实混凝土的试验方法中，由Taisei小组提出的U型试验是公认的最合适方法。但目前对于稠度试验中和实际成型时的混凝土流动行为，还不能完全用动力学形式理解。

最初研究SCC的工作性机理时，Gumma大学的Hashimoto教授提出用可视化试验。具体做法是用透明的聚合物材料代替水泥浆，板式成模板（内置水平或竖直的钢筋，以评定SCC水平流动通过钢筋间距的能力）、V形漏斗和U形填充试验装置（后两者评定SCC竖直流动行为），这样做既可以观察到粗骨料的运动，又能获取混凝土流动性的单评定指标值—剪切应变速率。

由此可以求出SCC拌合物的粘度系数和屈服应力值。这种装置的优点在于，将自密实混凝土的流变性和工作性结合在了一起。强调粘度测定的目的在于，工作性相同的混凝土，粘度高的混凝土在泵送施工中压力损失会很大，所以需要通过试验测定粘度。

4自密实混凝土的应用及研究现状

4.1应用领域

自密实混凝土工程应用的首例，是在1990年6月在日本用于一个楼房建筑中。随后，SCC的应用范围和使用数量日趋增加。

4.1.1大体积混凝土

比较典型的工程应用实例是跨度为1990m的日本明石海峡大桥（悬索桥），自密实混凝土用于该桥的锚碇施工中。混凝土的搅拌是在施工现场旁边的搅拌站进行的，然后通过导管泵送输送到距搅拌站200m的混凝土浇注现场，混凝土的输出是靠在导管上按等间距布置的阀门控制的。

该工程中使用的自密实混凝土，粗骨料最大粒径40mm，混凝土落距3m，尽管有大粒径粗骨料，但无离析现象。最后的比较分析表明，自密实混凝土的使用将锚碇施工工期缩短了20%，即由2.5年缩短为2年。

4.2自密实改良技术

4.2.1钢纤维自密实混凝土

在自密实混凝土中使用钢纤维，提供了一种实现混凝土生产工业化、提高生产率的方法，并兼有免振及减少钢筋配置所带来的正面效应，钢纤维增强自密实混凝土（简称SFRSCC）可用于楼房中的墙及楼板。钢纤维自密实混凝土试验研究的重点是，在SCC中掺加钢纤维对于新拌混凝土和易性以及硬化混凝土韧性（韧性决定了总体的承载能力以及裂缝的分布特性）的影响。

在自密实混凝土中使用钢纤维作为增强材料，要适当调整配合比。钢纤维对拌合物工作性的影响与钢纤维的使用数量、纤维形态因素、拌合物的稠度有关。掺加钢纤维使SCC能通过的钢筋间距增大。对于SFRSCC工作性的评定，需要用多种仪器和方法综合进行较为合适。

另外，和经过振捣的普通混凝土相比，钢纤维自密实混凝土的韧性并不低，测出的韧性相当于或者好于普通的纤维增强混凝土。纤维的方位受混凝土流向以及纤维是否较好地分布的影响。决定钢纤维混凝土力学性能的最重要参数是它的韧性。对于使用有限的纤维数量的钢纤维混凝土而言，用来表示材料特征的其它性能，比如抗压强度、抗拉强度、弹性模量、收缩率、徐变等等，几乎是与素混凝土差不多的。钢纤维混凝土的设计规则是以其韧性为基础的。它的韧性作为定义材料的一个性能指标，也用来计算承载力或者裂纹分布。从设计准则来看，钢纤维自密实混凝土与钢纤维混凝土在韧性方面并没有很大的不同，所以用于设计钢纤维混凝土结构的设计方法对于钢纤维自密实混凝土同样适用。当然，和钢纤维混凝土一样，钢纤维自密实混凝土的韧性仍是需要进行试验的。

还有很多方面需要更进一步的研究，比如寻找一种对钢纤维自密实混凝土最优的配合比设计模型，混凝土早期的一些性能如徐变、收缩及温度发展，交界面的粘结性能，各种填充剂及外加剂的影响等等。

4.2.2自密实高强混凝土

SCC的研究和应用多数集中在普通强度等级。通过采用低水胶比（小于0.30）、掺加粉煤灰或硅粉、控制流展度等技术手段，可以配制出C100的大流动度混凝土，这样既做到高强，又能获得大流动度的混凝土。这些研究的成果，可以作为发展自密实高强混凝土能够借鉴的经验。

4.2.3SCC用于预制法施工

绝大多数有关SCC的研究和应用实例是用于现浇结构。利用SCC预制混凝土构件，即体现着混凝土施工方法的发展方向，换句话说，现浇→预制→SCC预制的发展轨迹，体现着混凝土逐步实现工业生产、不断提高生产效率。并且，由于无需振捣或其它致密措施，极大地降低了因混凝土施工而带来的噪音，为这种施工可行性提供了一定依据。

5结论

①与常规混凝土相比，自密实混凝土具有自流平、密实度高、缩短工期、减少人力投入等优点。

②由于自密实混凝土不需要振捣，因此可以降低由振捣导致的混凝土离析等问题，同时由于其自密实的特性，对模板工程、钢筋工程、支撑工程等均有新的要求。

③目前自密实混凝土的研究和应用还处于初期阶段，在配合比设计、性能评定、质量控制、施工技术等方面均有待试验和理论方面的深入研究。

④自密实混凝土目前属于”特种混凝土，”在实际应用中还不是十分普及，主要应用于水下混凝土施工、大体积混凝土以及隧道工程等混凝土工程，在未来具有广阔的应用前景。