探討自密實(shí)混凝土的應(yīng)用

南京濱江建材科技集團(tuán)雨江混凝土有限公司 江蘇 南京210000

摘要：綜合分析國內(nèi)外現(xiàn)有的各種混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，提出用參數(shù)法設(shè)計(jì)自密實(shí)混凝土配合比。對(duì)推廣自密實(shí)混凝土在我國的應(yīng)用與研究具有積極作用。

關(guān)鍵詞：自密實(shí)混凝土；配合比；工作性；進(jìn)展

1 前言

自密實(shí)混凝土是一種新型高性能混凝土，它具有優(yōu)良的變

形能力，能夠完全依靠自重作用自由流淌，同時(shí)具有足夠的黏聚性防止離析泌水，拌合物均勻密實(shí)，硬化后具有良好的力學(xué)和耐久性能。雖然目前國內(nèi)在自密實(shí)混凝土配制技術(shù)上已取得很大進(jìn)步，但迄今為止還沒有形成一種大家普遍認(rèn)可、遵守的自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程。因此，總結(jié)已有文獻(xiàn)成果，進(jìn)行自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法研究是很必要的。

2 自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)

自密實(shí)混凝土配制的技術(shù)路徑，既要考慮施工時(shí)（新拌狀態(tài)下）的高流動(dòng)性，同時(shí)又要照顧到混凝土硬化以后的耐久性，即密實(shí)性。換句話說，就是要平衡好新拌狀態(tài)下混凝土的高變形能力與高抗材料離析性之間的關(guān)系，尤其在配有鋼筋的狹小區(qū)域，混凝土的流動(dòng)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，先做水泥漿和砂漿試驗(yàn)，主要目的是檢查超塑化劑、水泥、細(xì)骨料和火山灰材料的性能和密實(shí)能力，然后再做SCC試驗(yàn)。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，可以避免在混凝土上重復(fù)同一種質(zhì)量控制，這種質(zhì)量控制既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。但該種方法亦有其缺點(diǎn)：一是在拌制SCC前，需要進(jìn)行水泥漿和砂漿的質(zhì)量控制試驗(yàn)，但許多施工單位和商品混凝土供應(yīng)廠缺乏必要的試驗(yàn)設(shè)備；二是這種配合比設(shè)計(jì)方法和試驗(yàn)程序?qū)τ趯?shí)際工程而言，顯得太過復(fù)雜。

瑞典水泥和混凝土研究會(huì)、中國大陸及臺(tái)灣的學(xué)者均提出了HPC的設(shè)計(jì)方法。臺(tái)灣提出的方法是填密拌合物設(shè)計(jì)算法，是從最大密度原理和超砂漿理論推導(dǎo)出來的，但無從知道該方法和混凝土通過鋼筋間隙與抗離析能力方面之間的關(guān)系。大陸的研究表明，如果混凝土中的水泥漿過少，則不僅影響混凝土通過鋼筋間隙的能力，而且影響抗壓強(qiáng)度。

配制SCC，原則是用水泥漿（膠凝材料）填充骨料骨架的間隙。計(jì)算步驟是依次計(jì)算：粗、細(xì)骨料用量；水泥用量；按強(qiáng)度推算水泥需要的拌合用水量；粉煤灰及礦渣灰摻量；SCC中需要的拌合用水量（水泥、粉煤灰、礦渣灰用水量之和）；減少劑用量；根據(jù)骨料的含水率調(diào)整SCC中的拌合水用量。計(jì)算出配合比后，進(jìn)行試配和性能測(cè)試試驗(yàn)。

3 自密實(shí)混凝土性能評(píng)定

根據(jù)SCC的特點(diǎn)，在試配和生產(chǎn)中應(yīng)作到：①良好的流動(dòng)性，即在自重作用下能夠自流平、自密實(shí)；②具有良好的材料勻質(zhì)性和穩(wěn)定性，在流動(dòng)狀態(tài)下不泌水、不起泡、無粗骨料離析現(xiàn)象；③硬化后體積穩(wěn)定性好，不產(chǎn)生收縮裂縫，盡量避免內(nèi)部缺陷。具體而言，評(píng)定SCC質(zhì)量的要素有：較大變形能力，抗離析能力，鋼筋之間的通過能力。此外，根據(jù)自密實(shí)混凝土的耐久性要求，還應(yīng)評(píng)價(jià)混凝土硬化期的抗?jié)B性，由于評(píng)定內(nèi)容和手段與常規(guī)混凝土大致相同，故此處不再贅述。下面僅介紹新拌SCC的評(píng)定。

Okamura等開始配制SCC時(shí)，以為配制出這種混凝土?xí)苋菀?，原因是水下不分散混凝土已在?shí)際工程中應(yīng)用。但由于水下不分散混凝土摻用大摻量增稠劑，使得離析問題得到嚴(yán)格控制，同時(shí)也阻止了水泥顆粒擴(kuò)散到周圍水中。尤其值得注意的是，抗水洗水下混凝土不能應(yīng)用于空氣中澆注成型的結(jié)構(gòu)中，原因有兩個(gè)：首先，由于這種混凝土具有比較高的粘聚性，所以不能去除夾持在混凝土中的氣炮；其次，在有鋼筋的狹窄空間內(nèi)實(shí)施振搗困難。所以，研究和評(píng)定混凝土的工作性很重要。

SCC的填充性對(duì)于其能否在自重作用下，即免振的情況下澆注到模板中的預(yù)想位置來說很重要。SCC稠度的評(píng)定，多數(shù)采用塌落度（或塌落流動(dòng)度），但對(duì)于SCC不能僅靠塌落流動(dòng)度試驗(yàn)。日本的做法是廣泛采用V形漏斗試驗(yàn)和U形填充能力試驗(yàn)。在眾多評(píng)價(jià)自密實(shí)混凝土的試驗(yàn)方法中，由Taisei小組提出的U型試驗(yàn)是公認(rèn)的最合適方法。但目前對(duì)于稠度試驗(yàn)中和實(shí)際成型時(shí)的混凝土流動(dòng)行為，還不能完全用動(dòng)力學(xué)形式理解。

最初研究SCC的工作性機(jī)理時(shí)，Gumma大學(xué)的Hashimoto教授提出用可視化試驗(yàn)。具體做法是用透明的聚合物材料代替水泥漿，板式成模板（內(nèi)置水平或豎直的鋼筋，以評(píng)定SCC水平流動(dòng)通過鋼筋間距的能力）、V形漏斗和U形填充試驗(yàn)裝置（后兩者評(píng)定SCC豎直流動(dòng)行為），這樣做既可以觀察到粗骨料的運(yùn)動(dòng)，又能獲取混凝土流動(dòng)性的單評(píng)定指標(biāo)值—剪切應(yīng)變速率。

由此可以求出SCC拌合物的粘度系數(shù)和屈服應(yīng)力值。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，將自密實(shí)混凝土的流變性和工作性結(jié)合在了一起。強(qiáng)調(diào)粘度測(cè)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壓力損失會(huì)很大，所以需要通過試驗(yàn)測(cè)定粘度。

4 自密實(shí)混凝土的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀

4.1 應(yīng)用領(lǐng)域

自密實(shí)混凝土工程應(yīng)用的首例，是在1990年6月在日本用于一個(gè)樓房建筑中。隨后，SCC的應(yīng)用范圍和使用數(shù)量日趨增加。

4.1.1 大體積混凝土

比較典型的工程應(yīng)用實(shí)例是跨度為1990 m的日本明石海峽大橋（懸索橋），自密實(shí)混凝土用于該橋的錨碇施工中?；炷恋臄嚢枋窃谑┕がF(xiàn)場(chǎng)旁邊的攪拌站進(jìn)行的，然后通過導(dǎo)管泵送輸送到距攪拌站200 m的混凝土澆注現(xiàn)場(chǎng)，混凝土的輸出是靠在導(dǎo)管上按等間距布置的閥門控制的。

該工程中使用的自密實(shí)混凝土，粗骨料最大粒徑40 mm，混凝土落距3 m，盡管有大粒徑粗骨料，但無離析現(xiàn)象。最后的比較分析表明，自密實(shí)混凝土的使用將錨碇施工工期縮短了20%，即由2.5年縮短為2年。

4.2 自密實(shí)改良技術(shù)

4.2.1 鋼纖維自密實(shí)混凝土

在自密實(shí)混凝土中使用鋼纖維，提供了一種實(shí)現(xiàn)混凝土生產(chǎn)工業(yè)化、提高生產(chǎn)率的方法，并兼有免振及減少鋼筋配置所帶來的正面效應(yīng)，鋼纖維增強(qiáng)自密實(shí)混凝土（簡(jiǎn)稱SFRSCC）可用于樓房中的墻及樓板。鋼纖維自密實(shí)混凝土試驗(yàn)研究的重點(diǎn)是，在SCC中摻加鋼纖維對(duì)于新拌混凝土和易性以及硬化混凝土韌性（韌性決定了總體的承載能力以及裂縫的分布特性）的影響。

在自密實(shí)混凝土中使用鋼纖維作為增強(qiáng)材料，要適當(dāng)調(diào)整配合比。鋼纖維對(duì)拌合物工作性的影響與鋼纖維的使用數(shù)量、纖維形態(tài)因素、拌合物的稠度有關(guān)。摻加鋼纖維使SCC能通過的鋼筋間距增大。對(duì)于SFRSCC工作性的評(píng)定，需要用多種儀器和方法綜合進(jìn)行較為合適。

另外，和經(jīng)過振搗的普通混凝土相比，鋼纖維自密實(shí)混凝土的韌性并不低，測(cè)出的韌性相當(dāng)于或者好于普通的纖維增強(qiáng)混凝土。纖維的方位受混凝土流向以及纖維是否較好地分布的影響。決定鋼纖維混凝土力學(xué)性能的最重要參數(shù)是它的韌性。對(duì)于使用有限的纖維數(shù)量的鋼纖維混凝土而言，用來表示材料特征的其它性能，比如抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、收縮率、徐變等等，幾乎是與素混凝土差不多的。鋼纖維混凝土的設(shè)計(jì)規(guī)則是以其韌性為基礎(chǔ)的。它的韌性作為定義材料的一個(gè)性能指標(biāo)，也用來計(jì)算承載力或者裂紋分布。從設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來看，鋼纖維自密實(shí)混凝土與鋼纖維混凝土在韌性方面并沒有很大的不同，所以用于設(shè)計(jì)鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法對(duì)于鋼纖維自密實(shí)混凝土同樣適用。當(dāng)然，和鋼纖維混凝土一樣，鋼纖維自密實(shí)混凝土的韌性仍是需要進(jìn)行試驗(yàn)的。

還有很多方面需要更進(jìn)一步的研究，比如尋找一種對(duì)鋼纖維自密實(shí)混凝土最優(yōu)的配合比設(shè)計(jì)模型，混凝土早期的一些性能如徐變、收縮及溫度發(fā)展，交界面的粘結(jié)性能，各種填充劑及外加劑的影響等等。

4.2.2 自密實(shí)高強(qiáng)混凝土

SCC的研究和應(yīng)用多數(shù)集中在普通強(qiáng)度等級(jí)。通過采用低水膠比（小于0.30）、摻加粉煤灰或硅粉、控制流展度等技術(shù)手段，可以配制出C100的大流動(dòng)度混凝土，這樣既做到高強(qiáng)，又能獲得大流動(dòng)度的混凝土。這些研究的成果，可以作為發(fā)展自密實(shí)高強(qiáng)混凝土能夠借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

4.2.3 SCC用于預(yù)制法施工

絕大多數(shù)有關(guān)SCC的研究和應(yīng)用實(shí)例是用于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。利用SCC預(yù)制混凝土構(gòu)件，即體現(xiàn)著混凝土施工方法的發(fā)展方向，換句話說，現(xiàn)澆→預(yù)制→SCC預(yù)制的發(fā)展軌跡，體現(xiàn)著混凝土逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)、不斷提高生產(chǎn)效率。并且，由于無需振搗或其它致密措施，極大地降低了因混凝土施工而帶來的噪音，為這種施工可行性提供了一定依據(jù)。

5 結(jié)論

①與常規(guī)混凝土相比，自密實(shí)混凝土具有自流平、密實(shí)度高、縮短工期、減少人力投入等優(yōu)點(diǎn)。

②由于自密實(shí)混凝土不需要振搗，因此可以降低由振搗導(dǎo)致的混凝土離析等問題，同時(shí)由于其自密實(shí)的特性，對(duì)模板工程、鋼筋工程、支撐工程等均有新的要求。

③目前自密實(shí)混凝土的研究和應(yīng)用還處于初期階段，在配合比設(shè)計(jì)、性能評(píng)定、質(zhì)量控制、施工技術(shù)等方面均有待試驗(yàn)和理論方面的深入研究。

④自密實(shí)混凝土目前屬于”特種混凝土，”在實(shí)際應(yīng)用中還不是十分普及，主要應(yīng)用于水下混凝土施工、大體積混凝土以及隧道工程等混凝土工程，在未來具有廣闊的應(yīng)用前景。