自密實混凝土的性能和檢驗

摘 要：1988年日本就已完成了自密實混凝土（SVB）工藝學原理方面的研究。值得信賴的可靠的自密實混凝土（SVB）這一技術發展到最后結果是，自2003年以來被編入德國鋼筋混凝土委員會指南。自密實混凝土（SVB）的優點有：整個橫斷面混凝土質量穩定；對結構設計限制很小；混凝土耐久性得到改善；具有清水混凝土特性；混凝土施工強度減輕；混凝土澆筑時間縮短；在預拌站進行預拌，可以防止噪聲，有利于健康保護。

關鍵詞：自密實混凝土；性能；檢驗

中圖分類號：TU377 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3198（2007）09-0268-04

1 引言

按照混凝土設計原理，自密實混凝土（SVB）分為三種類型（見表1）。

在規程里自密實混凝土（SVB）粉體顆粒含量明顯高于普通振動密實的混凝土。傳統混凝土力求要達到較高的骨料體積和較小的顆粒空隙體積，這對于自密實混凝土（SVB）來說是不存在的事。換而言之，粗骨料在由粉體顆粒（水泥+≤0.125mm骨料+混凝土外摻料）、拌和用水和自密實混凝土（SVB）的增塑劑組成的膠結灰漿中是“漂浮”的。自密實混凝土（SVB）優異的功能主要取決于它具有的二個特性：（1）它具有足夠高的流動性、具有排氣性，在高強度鋼筋情況下能達到鋼筋和混凝土之間的最佳結合，并能將缺陷帶來的危害（如蜂窩）減少到最小程度；（2）在保持結構的穩定，阻止離析方面，自密實混凝土（SVB）具有好的粘聚能力。一般離析時可能發生兩種現象：

（1）沉降：大的骨料下沉，漿液溢出；

（2）分離：在流動過程中大的骨料不再隨著一起流動。

為了獲得一個足夠的粘聚性和令人滿意的流動性的混凝土，選擇最佳的粉體顆粒混合比例、粉體顆粒與水的比例和增塑劑的數量是至關重要的和絕對必要的。

水的數量按能滿足粉體顆粒需水量和潤濕顆粒表面來衡定。顯而易見，可以通過替代粉體顆粒成份或通過其他的替代（如粉煤灰代替水泥）改變混凝土需水性，致使混凝土的組成的改變和新拌混凝土性能的改變。附加水的摻入對混凝土流動性和粘聚性會產生影響，可能會導致流動性的提高，同時也降低了混凝土的粘聚性和結構的不穩定。加水量±3 l/M3的變化足以導致混凝土發生沉降、分離、氣囊孔或流動能力很小。當水對流動性和粘聚性影響可能導致離析時，可以通過利用增塑劑摻量調節最為重要的混凝土流動能力。

自密實混凝土的生產現在幾乎在使用唯一的新一代增塑劑，叫做PCE增塑劑（Polycarboxylatether）。必須認識到水泥與增塑劑之間的相互影響（相互適應性），另外還必須注意溫度對混凝土流動性的影響。此外，少許增塑劑通過攪拌運輸車的攪拌混合會導致附加的液化效果，這叫做“存儲效應”，可能導致不久之后混凝土的離析。

加入細顆粒材料（石灰石粉或粉煤灰）可以改善混凝土的流動性。高含量的很細的組份在其它條件相同的情況下會降低混凝土流動性的。除混凝土外摻料對自密實混凝土（SVB）流變學性能的影響外，還有與技術實用性無關的情況，就是摻入外摻料對混凝土表面視覺外觀藝術的影響。根據石灰石粉和石英粉的性質，摻入后會帶來一個比摻粉煤灰的混凝土更加明亮的混凝土表面。

混凝土各組份間的敏感的關系可能會導致混凝土配比相對小小的變化，會帶來自密實混凝土（SVB）性能顯著改變。

2 新拌混凝土的要求

2.1 流動度

混凝土流動能力采用沒有阻攔圓環時測得的流動度來判定。通常自密實混凝土流動度（sm）應在700mm～800mm之間。混凝土流動性能還可以采用帶有阻攔圓環（通過阻攔圓環鋼筋柱之間空隙）時測得的流動度（smb）來判定。特別重要的是要驗證水泥灰漿中的大的骨料流動是否能穿過阻礙（如鋼筋柱）或穿過阻礙的大的骨料是否分離。這效應在鋼筋柱間距對于大骨料直徑情況下會發生。因此檢驗時阻攔園環柱子數量和間距取決于骨料的最大粒徑(見表2)。阻攔園環鋼筋柱直徑為18mm。阻攔圓環直徑為30cm。使用非連續級配的骨料更加提高了阻攔的阻力。

如果在阻攔園環內外沒有產生高度差時，最大骨料穿過鋼筋柱間空隙很順利，并且最大的smb的值比sm值小，這自密實混凝土（SVB）的組成被視為有用的。見圖1。

2.2 漏斗流出時間

自密實混凝土（SVB）的粘度通過漏斗流出時間（tTr）確定。流出時間的測定需要在一個連續流體射束的情況下用V形漏斗測定SVB流出時間（見圖2）。通常情況下自密實混凝土（SVB）的流出時間（tTr）在5～20s之間。

2.3 沉降趨向

為了檢驗自密實混凝土（SVB）的沉降趨向，在高500mm、直徑150mm的圓柱體里填滿混凝土，在圓柱體三分之一高度處，推入隔板將混凝土試樣分為三部分，這三部分混凝土在洗去水泥灰漿后，根據新拌粗骨料的數量差別，能得到混凝土是否有沉降趨向。粗骨料含量少于平均粗骨料含量20%的自密實混凝土（SVB）可以被視為沉降穩定。

研究表明，流動度和漏斗流出時間無疑是兩個非常重要的指標，可作為實際應用標準使用 。這些指標通過初始試驗得來的，它在特定的應用窗口（見圖3）中是明確了的，是具有保障的，具有這些指標的混凝土即不沉降也不沉滯，具有令人滿意的流動性、排氣性和沉降穩定性。在相同的混凝土組成情況下，溫度會導致對不同的應用窗口的影響。

為了能簡單快速檢測流動性和粘性，并且能適合在施工現場使用，VDZ發明了一個組合試驗方法，能在一個試驗里準確地測得兩個性能指標，這個設備由一個有出口的圓錐體和一個流動度測試平板裝配組成（見圖4）。

3 生產和運輸

自密實混凝土（SVB）生產需要高質量的技術裝備和經過培訓的人員。由于對含水量波動的高敏感性，產生了以下如此等等生產方面的要求：

（1）混合設備計量準確性盡可能高；

（2）存貯倉里骨料的水份在生產前應扣除；

（3）砂子的含水量應持續測定；粗骨料子的含水量同樣也應持續測得；

（4）根據DIN EN1008：2002-10剩余的水只有在一定的條件前提下按照DAfStb使用，否則會給固體顆粒含量高的混凝土帶來不利的影響；

（5）必須完全徹底排空攪拌機和運輸攪拌車，吸盡沖刷機子的水。

長短不同的運輸時間會對混凝土稠度產生影響，在出現前面提及的存儲效應（取決于增塑劑）的情況下，這影響強烈程度不同。此外，還有天氣條件的影響，例如，太陽輻射導致新拌混凝土溫度的提高，改變混凝土稠度。對于可能遇到的由于運輸、天氣等等原因帶來的混凝土稠度的可能的變化和實時的混凝土組成有關變化，在預拌混凝土站和施工現場之間，應力求加強在新拌混凝土性能方面的經常性的信息交流。

在澆筑前為了直接修正新拌混凝土期望性能上的偏差，在施工現場按照DAfStb額外附加增塑劑劑量是可以的。假如存在一個混凝土生產的摻量指導書，為了在現有新拌混凝土溫度和稠度情況下調整出期望的流動性或粘度，添加增塑劑的數量必須由此指導書明確。此指導性說明從初始試驗中獲得。

由于自密實混凝土（SVB）對在生產、運輸和澆筑中波動的敏感性，在施工現場按照規程每輛運輸攪拌車混凝土必須接受驗收檢驗。在驗收檢驗時，作為一個評定自密實混凝土施工性能的簡單試驗方法-用帶或不帶阻攔圓環檢驗混凝土流動度以及檢驗漏斗流出時間。

利用流動度和流出時間這兩個重要指標的分析，可為操作人員顯示，通過初始試驗的自密實混凝土（SVB）是否處于的預定的應用窗口范圍內。由于帶出口的圓錐體聯合測定方法使用簡單，在實際中應用增多。

一個精確的供應計劃非常重要。要力求做到，最前面的車子一排空，后面的車子就開始材料供應。另外還要注意的是，后面的車子是否能夠及時到達，新拌混凝土檢驗是否還有可能。

現實對預拌混凝土公司的后勤效率提出了很高的要求，如果通過初始試驗，施工現場的特定的邊界條件（如不同的溫度范圍）已經被搞清楚了，這方面實現起來才能讓人滿意。

4 混凝土的澆筑

在澆筑之前，要檢查模板里是否存有殘余的水（如下雨）。少量殘余的水都可能導致自密實混凝土（SVB）離析現象的產生，因為自密實混凝土（SVB）的水含量為不再允許放寬的含量，不可能再提高。

為了能得到一個令人滿意的排氣性能混凝土，自密實混凝土（SVB）需要一個明確的澆筑流程（見圖5）。

例外情況下這段路程是不讓排氣的，因此應該通過人工進行生產。混凝土不應該流動太快。假如模板里混凝土在抵達最后的位置之前，混凝土能從倒角里流出，這會促進混凝土的排氣過程。

如果混凝土澆筑不連續，就會在混凝土表面形成一層硬的連續的水泥漿薄層-取名叫象皮，這阻礙了不同階層混凝土的混合，這些水泥漿薄夾層不久會在結構表面顯露出來。另外，施工性能使用壽命很小的混凝土在模板里，其自密實性能會部分或全部喪失。

從結構幾何圖形來說，只是靠自己本身持續排氣是困難的（如細的支撐，減低的模板），必須特別小心地澆筑混凝土。較短的流動路線和較高的混凝土上升速度（首要是細的支撐）引起的空氣上升力不足以使空氣透過水平靜止的新拌混凝土分層。應盡可能阻礙混凝土里空氣損失并在澆筑之前促使排氣。因為不是減低混凝土里更多配筋的尺寸高度，而是將泵的軟管端頭一直浸沒在新拌混凝土中。因此不必要的空氣損失被阻止。如果這不受高等級鋼筋的影響，在模板裝一個連接管是一個好選擇的形式。為此提供一個用于適度裝填物料的專門的框架模板，泵的軟管就連接在這模板上（見圖6）。在這種情況下，混凝土攪拌運輸車的混凝土泵的分料漏斗在整個進程期間被新鮮的混凝土覆蓋。

根據自密實混凝土（SVB）的特殊性能，連續澆筑和連續供應是絕對必要的。失去合適施工性能的自密實混凝土（SVB），在通過增添增塑劑，在較長運輸時間或儲存時間情況下，能重新生產出具有合適施工性能的混凝土。參考以上第3部分。

混凝土變稠是不能允許的。自密實混凝土（SVB）在剪切阻力很小時可以自己流動，在剪切阻力較高時混凝土變得很硬。

5 模板壓力

在DIN18218中針對普通混凝土的模板壓力的檢測規定的所有條款都不適用自密實混凝土（SVB）。

由于其易施工性能，自密實混凝土（SVB）在很細的構件，如支柱施工時也可以達到較高的混凝土施工速度。其快速澆筑的優點帶來模板壓力的提高，因此仔細確定模板幾何尺寸是必要的。

一方面混凝土澆筑速度和新拌混凝土性能之間是相關的，另一方面會產生組合的模板壓力，以前的研究提供了這些部分矛盾的結果。如果對現在各種自密實混凝土（SVB）沒有準確的結果推薦，就去測量模板的靜水壓力。

除混凝土組成外，決定性的影響還是澆筑的操作方法。混凝土從下面泵到模板內，這樣運輸對模板最終不僅有靜水壓力，而且附加了泵送壓力。混凝土與模板之間產生的靜摩擦必須要去克服的（尤其要注意活塞泵）。從下面向模板內泵送時，應該附加提高模板壓力的測量值。

根據所預期的較大的模板壓力建議，將模板倒角做成彎曲面。此外，應找到模板錨栓合適尺寸間距。然后，一方面在表面不要顯露太多的模板錨栓的錐頭，另一方面，盡管模板殼沒有太大的彎曲情況下允許較高的模板壓力，但這給混凝土表面視覺一向產生了負面效果。鄰近的模板間隔會出現在模板與模板殼的邊緣不完全閉合或者模板殼幾毫米寬的缺陷（如模板板子襯料之間裂開）現象。這些缺陷不久就反映在混凝土表面上。振動密實的混凝土由于水泥漿流出，存在類似蜂窩麻面這樣的有害缺陷，對于自密實混凝土（SVB），根據其明顯的很好的粘聚能力，這些缺陷是不存在的。

6 自密實混凝土（SVB）性能

自密實混凝土（SVB）硬化后的性能在主要方面和通常標準混凝土硬化后的性能相當。自密實混凝土能可以象通常標準混凝土以及高強混凝土一樣進行設計。

①抗壓強度。

相同的水泥含量和水灰比情況下，由于自密實混凝土（SVB）致密的結構組成，因此它的強度比振動密實的混凝土強度高。

②抗拉強度。

相同的抗壓強度情況下，自密實混凝土（SVB）抗拉強度預計比振動密實的混凝土抗拉強度略高。

③混凝土與鋼筋的粘結。

由于具有較高的粘結性和流動性，自密實混凝土（SVB）與鋼筋具有較好的粘結。粘結情況基本上取決于是否關系到上面的或下面的鋼筋狀況。

④彈性模量。

自密實混凝土（SVB）彈性模量比常規混凝土彈性模量約小15%。這是因為提高了粉體顆粒含量，并且與粉體顆粒粘結的粗骨料含量減低。

⑤收縮。

收縮性能主受要水泥漿含量的影響。自密實混凝土（SVB）中水泥漿含量與普通混凝土相比只有少許區別，因此自密實混凝土（SVB）和普通混凝土的收縮值相當。

⑥徐變。

以前的研究表明，自密實混凝土（SVB）的徐變值看上去似乎比普通混凝土高一些，但是還是在普通混凝土的標準允許范圍內。

7外觀質量

用自密實混凝土（SVB）生產制造的混凝土構件的表面能反映出模板非常小的細微的地方（包括鉛筆線條）。同時從負面角度上說，自密實混凝土（SVB）也存在著將隱約的模板的形貌描繪了出來（圖7）。令人高興的是，自密實混凝土（SVB）質量要求高的表面定型（如模具）非常受到人們的喜歡，這也會導致模板諸如修理的地方和釘子洞之類的一些缺陷同時被清楚地描繪出來。應注意在可視范圍內的混凝土表面要求采用優質的模板殼，尤其應預先設計好施工方法，確保必需的混凝土保護層，在混凝土表面不要留下可見的混凝土澆筑間隔流下的痕跡。

8 自密實輕混凝土（SVLB）

2003年12月給予了自密實輕混凝土（SVLB）的建筑管理許可。自密實輕混凝土（SVLB）流動和排氣完全是因為它的自重。雖然建筑管理許可最輕的自密實輕混凝土（SVLB）干燥的表觀密度只有138kg/dm3，但其具有令人滿意的自密性和好的流動性。其力學性能和常規輕混凝土相同。

9 結語

自密實混凝土（SVB）涉及特殊的新拌混凝土性能，為了確保實際應用中這種性能，德國鋼筋混凝土委員會在規程中明確建立了有關的建筑管理的指導路線。有關硬化后混凝土性能方面，自密實混凝土（SVB）和普通混凝土沒有區別，都要符合同樣的規程，就是DIN EN 206-1和DIN 1045。

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