自密实混凝土的研究与应用综述

自密实混凝土的研究与应用综述

管龙飞1

(1.重庆交通大学土木工程学院，重庆400074)

摘要：随着科学的进步与发展，在工程行业中，混凝土已成为工程结构中的主要材料之一。自密实混凝土凭借其优良的性能，也渐渐成为混凝土建筑技术中，较为重要的一个分支。本文基于国内外自密实混凝土的应用和研究详情，对自密实混凝土的发展历程、力学性能特点以及该混凝土的制备方法等方面进行阐述，同时也就其发展前景和目前所遇到的问题进行谈论。

关键词：自密实混凝土；粘性材料；配合比

引言

随着国家城乡建设的大力发展，普通的混凝土的各项性能已不能充分满足建筑、道路、桥梁等各个方向的需求，许多工程在施工过程中会出现无法避免的问题。普通混凝土在施工中操作复杂，施工困难，不仅费时费力，其安全性也达不到要求。为提高生产速度，满足可持续发展战略的要求，需要开发新型混凝土或改进技术来减少人工机械的费用，节约材料的使用，提高建筑物的性能。自密实混凝土凭借其优良的力学性能，冲击韧性和耐久性，在建筑混凝土技术中脱颖而出，是具有革命性质的发展[1]。

1.自密实混凝土的起源和特性

20世纪70年代早期，自密实混凝土的相关研究在欧洲就得到了应用，但真正发展是在20世纪80年代的后期，自密实凝土其实是一种能够通过其自身的自重效果达到流动，进而填充密实而获得较好均质性的普通混凝土[2]。但与普通混凝土不同的是，自密实混凝土有许多显著的优点：第一，由于自身自重，可达到需要的密实性，所以自密实混凝土不需要人工振捣就可以达到良好的密实度，能达到良好的耐久性；第二，自密实混凝土多采用工业废料等作为掺合料，原材料出处更加便利，降低了成本；第三，正是因为自密实混凝土自重的优点，没有了人工振捣的工艺，减少了人工机械的使用，从源头上节约了成本，提高了生产效率[3]。

2.自密实混凝土的制备

2.1材料的选用

（1）水泥。在选择水泥时，采用强度等级与配制普通混凝土相同的普通硅酸盐水泥，同时要注意其与外加剂及其他矿物的匹配度，避免两者不相适应而造成混凝土拌合物泌水离析等现象，影响混凝土的配制。

（2）细集料。细集料应选用粗或中粗的河砂，混凝土强度高于C30的，含泥量应≤2%；强度高于C60时，含泥量≤1%。

（3）粗集料。应选用连续级配且最大粒径不宜大于31.5mm。

（4）外加剂。减水剂，减水剂可以降低自密实混凝土的收缩性能，还可以增加一定强度的混凝土；膨胀剂，膨胀剂可以避免自密实混凝土在凝结硬化过程中的过度收缩变形。

（5）掺合料。粉煤灰、高炉矿渣、石灰石都可以作为自密实混凝土的掺合料，可以有效地提高混凝土的和易性。

2.2自密实混凝土的配合比设计

自密实混凝土与普通混凝土在配制过程中，有很大的差别，普通混凝土要在满足设计强度的前提下，用最少的胶凝材料拌制浆体来填充骨料空隙；而在自密实混凝土的配制过程中，不仅要考虑其较高的流动性，还要考虑混凝土凝结硬化后的密实性[4]。内外针对配合比设计有许多种方法，并通过一系列的手段得到以下的经验结果：首先按照强度来计算水泥所需的用水量，计算粗、细集料、水泥用量掺合料等各项用量，按照胶凝材料填充骨架间隙的原则计算出配合比，在通过试配和不断测验最后确定其配合比。

3.自密实混凝土的性能

自密实混凝土的自密实性能包括填充性、间隙通过性和抗离析性，在不同的性能等级和适用范围，实际应用时应将其中一项或者几项指标作为主要要求，一般不需要每个指标都达到最高要求，其中填充性是必须控制的一项指标，而间隙通过性和抗离析性为选择控制的指标[5]。

首先，自密实混凝土拌合物具有复杂的工作性，要想研究出混凝土中各成分之间的相互作用，或者自密实混凝土工作性的原理，应建立力学模型，从力学模型的角度进行分析，首先，建立新拌混凝土的其流变特性与实际工程应用中两者的工作性参数之间的关系，也可对其进行数值模拟。

第二，针对混凝土流变性能，我们可以根据宾汉姆方程理论进行认识，混凝土的流动变形首先必须要克服的是屈服剪切应力，只有当在材料内部产生的剪切应力大于屈服剪切应力时，混凝土才能发生变形。普通混凝土是是需要外加的振捣或其它方式才能使混凝土流动达到密实，而自密实混凝土只能依靠自身的自重使其流动，所以这一点就需要自密实混凝土的屈服剪切应力较小，才能达到要求。

第三，自密实混凝土具有抗离析性。试验表明，混凝土发生离析现象时，内部通过间隙时，粗骨料会因无法顺利通过会产生聚集现象，从而导致阻塞间隙，不能充分填充模板，更不能使拌合物保持均质。混凝土离析的原因是混凝土本身的剪应力和抗塑性变形能力过小，粗骨料和水泥砂浆发生相对移动时，混凝土无法抵抗这种相互作用，其能力较弱。

第四，粗骨料在自密实混凝土的配制过程中其用量要适当，它用量的多少，会直接对混凝土性能产生很大的影响。孟志良在研究中表示，和同强度普通混凝土相比，低强度自密实混凝土弹性模量偏高。另外，自密实混凝土粉质材料用量偏大，也会造成混凝土弹性模量偏低。

4.自密实混凝土的应用

自密实混凝土工程应用很为广泛，是混凝土发展的新趋势，而且在许多发展上都有新的趋势。

（1）大体积混凝土。自密实混凝土中的水泥含量相对较少，且含有大量的胶凝材料，可用于较大体积的混凝土的应用中。

（2）隧道。隧道内施工较为困难，目前该技术在国外得到了应用，通过自密实混凝土的性能，简化施工工艺，方便工人们施工，也能达到良好的效果，取得较高的经济效益。

（3）水下工程。和隧道工程相同，因为水下作业不方便，且长期处于腐蚀性强的环境中工作，会带来许多不便。自密实混凝土的性质可以解决很大的问题，但目前仍在研究阶段。

5.自密实混凝土的发展及存在问题

自密实混凝土凭借其优良的性质成为当今混凝土行业发展的一个趋势，但在实际应用过程中存在许多问题。

（1）配合比问题。由于自密实混凝土中含有大量的胶凝材料，混凝土本身的工艺性能和力学性能发生了改变。在配合比的设计过程中，随着外加剂的不断变化，如何确定合理的配合比成为设计过程中的一大难题。

（2）外加剂选用。外加剂的合理选择，能够使自密实混凝土性能进一步改善。但在实际运用中，外加剂的种类不尽其数，不同的外加剂会有不同的效果，所以，外加剂的合理选择，需要一些固定的理论体系。

参考文献：

[1]Rheo-morphological investigation of static and dynamic stability of self-consolidating concrete: A biphasic approach [JA]. Hosseinpoor Masoud;Ouro Koura Baba Issa;Yahia Ammar Cement and Concrete Composites, 15 Apr 2021.

[2]牛彬杰. 自密实混凝土的发展现状及应用[J].四川水利,2021,(1):4-15

[3]周世康,谢胜华,康梦安. 基于正交试验的钢纤维自密实混凝土配合比设计[J].华北水利水电大学（自然科学版）,2019,(2):70-76.

[4]陈松贵.宾汉姆流体的LBM-DEM方法及自密实混凝土复杂流动研究.[J]清华大学.2014.04.01

[5]徐俊娟. 自密实混凝土配合比及力学性能研究.[J]郑州大学.2015.05.08.