自密實混凝土耐久性及影響因素研究

許 悅 鄭慶康 敬和平

0 引言

自密實混凝土(Self-Compacting Concrete，簡稱SCC)，指混凝土拌合物不需要振搗、僅依靠自重就能填充模板、包裹鋼筋，并能夠保持不離析和均勻性，達到充分密實和獲得最佳的性能。限制骨料用量、降低水粉比和使用高效減水劑是配制自密實混凝土的特點，但與此同時也造成混凝土粘聚性大、收縮大、容易開裂等。國內外專家紛紛展開了針對性的研究。

1 自密實混凝土的耐久性能

1.1 抗凍性能

一般認為氣孔性能對自密實混凝土的抗凍性影響最大。

Bruce J.Christensen研究了自密實混凝土的抗凍性能，認為高效減水劑將使自密實混凝土氣孔結構變差，但研究后也認為氣孔間隔系數在小于0.4 mm時自密實混凝土依然具有抗凍融循環能力［1］。

余躍雄研究了減水劑、水膠比和引氣劑對自密實混凝土抗凍性能的關系，他認為，含氣量損失是自密實混凝土抗凍性較差的主要原因［2］，在自密實混凝土利用過程中需重點控制含氣量損失、調整含氣量摻量和控制出機含氣量在5%～7%為宜。

1.2 抗碳化性能

部分學者認為，自密實混凝土的抗碳化性能良好，宗蘭等［3］研究干拌自密實混凝土的碳化性能，認為混凝土中的水泥在終凝后，水化產物的繼續生成填充了毛細孔，使二氧化碳氣體難以深入混凝土內部。但也有學者認為，水膠比較大，漿體含量多的特性使得自密實混凝土抗碳化性能如何還需要進一步探討。石明霞等人研究了中等強度自密實混凝土中水膠比、粗骨料體積含量、砂漿稠度、減水劑摻量等因素對碳化的影響，推導了自密實混凝土碳化速率，預測了在標準養護條件下自密實混凝土的碳化壽命。他認為，自密實混凝土和普通混凝土一樣具有相似的碳化規律，28 d碳化深度與抗壓強度有良好的線性關系［4］。綜合歷年的研究成果，我們可以得出用天然骨料制作自密實混凝土具有較好的抗碳化性能。

1.3 抗氯離子侵蝕性能

王海娜等對比研究了自密實混凝土和普通混凝土的抗氯離子滲透性能。在摻入了粉煤灰和礦粉后，能夠優化混凝土的孔結構，提高了混凝土密實度，同時由于粉煤灰和礦粉的二次水化效應，優化了水泥石—骨料的接口過渡區的微觀結構，阻礙了氯離子的進一步擴散;同時粉煤灰和礦粉對氯離子的吸附和固化也組織了氯離子進入混凝土內部。自密實混凝土也具備良好的抗氯離子侵蝕性能。

1.4 抗硫酸鹽性能

同濟大學的鮑明軒研究了雙摻粉煤灰和硅灰的自密實混凝土抗硫酸鹽性能。認為粉煤灰和硅灰的摻入加大了混凝土的塑性粘度和剪切屈服力;自密實混凝土抗硫酸鹽性能優于普通混凝土，且粉煤灰摻量越大抗硫酸鹽性能越強［5］。

2 影響自密實混凝土耐久性的因素

因自密實混凝土的自收縮引起開裂影響耐久性，繆漢良等系統的研究了化學外加劑和礦物外加劑對自密實混凝土的影響［6］。

2.1 減水劑對自密實混凝土耐久性的影響

高效減水劑是自密實混凝土重要的不可缺少的一部分，相對于普通混凝土，自密實混凝土特點之一就是使用高效減水劑，但是高效減水劑通常對于混凝土的氣孔結構有不良影響，影響自密實混凝土的抗滲性，抗凍融等性質。因此要改善這類的狀況需要配合引氣劑共同使用。

自密實混凝土的高流動性可以通過選用適合的高效減水劑來達到。常用的減水劑有:萘系、聚羧酸系、三聚氰胺系和氨基磺酸系。加入減水劑之后，水泥顆粒被減水劑分子的憎水基團包裹而引發分散并提高了水泥顆粒之間的潤滑性;同時高效減水劑對混凝土的氣泡結構也會產生不良影響，但為了使自密實混凝土具備更大的流動度，必須添加比普通混凝土更多的高效減水劑，從而使得對氣泡結構的不良影響更大。

2.2 引氣劑對自密實混凝土耐久性的影響

針對自密實混凝土加入高效減水劑，改變氣泡結構，對其凍融性有不良影響，為達到一定抗凍融性，自密實混凝土中必須添加一定量的引氣劑。根據前人的研究，高效減水劑和引氣劑的配比不同，所得到的氣孔結構也不同。

2.3 粉煤灰、礦渣和硅灰對自密實混凝土耐久性的影響

雙摻粉煤灰與礦渣，能夠使混凝土內部空隙減小，使得氯離子進入混凝土困難，可以提高自密實混凝土的抗氯離子侵蝕的能力。硅灰顆粒比粉煤灰小得多，可以更好地降低水泥石的空隙率和孔徑，提高抗凍融性，一般把硅灰量控制在凝膠材料的10%內提高自密實混凝土的抗凍融性。由于硅灰的火山灰效應，可以水化成凝膠物質，改善孔結構，使得混凝土的抗碳化能力增強［7］。

M.Nehdi用純水泥、粉煤灰、礦粉、硅粉互摻后制作二組分、三組分和四組分的復合水泥作為膠凝材料制成的自密實混凝土，研究了這些條件下混凝土的抗氯離子侵蝕、抗硫酸鹽侵蝕和抗凍性能，得出以下結論［8］:大摻量礦物外加劑代替水泥后，可以制作出工作性能良好的自密實混凝土;和純水泥制作的自密實混凝土相比，用粉煤灰代替50%水泥后早期抗壓強度有所降低，但28 d和91 d強度均要高;三組分和四組分的復合水泥制作的混凝土抗氯離子性能更高。二組分、三組分和四組分的復合水泥抗硫酸鹽侵蝕性能也比純水泥自密實混凝土性能更高。總而言之，復合水泥制作的自密實混凝土有更好的工作性能，和普通混凝土相比耐久性能也更為顯著。

2.4 非活性礦物摻合料對自密實混凝土作用

G.Ye研究了石灰石粉作為自密實混凝土的填料對于水泥漿體的水化和微結構的影響，發現摻加石灰石粉后混凝土中的孔徑大小、孔徑分布、孔體積等的孔結構性能和高性能混凝土中的孔結構相似。通過熱力學分析和背散射電子分析發現石灰石粉并不參與化學反應。

3 結語

自密實混凝土由于小的水灰比使得收縮變大，從而影響其他耐久性能;而化學外加劑和礦物摻合料的加入使其氣泡特征、結構密實性能等有所改變，從而改變了自密實混凝土的耐久性能。礦物外加劑的加入，尤其是硅灰，由于其較小的粒度，進一步提高了自密實混凝土的密實性，提高了自密實混凝土抗滲抗凍融等方面的性質。

注:潘云峰同志也參加了本文的撰寫。

［1］ Bruce J.Christensen，Frank S.Ong.自密實混凝土的抗凍融性能研究［J］.混凝土，2005(9):20-24.

［2］ 余躍雄.三峽工程自密實混凝土抗凍性的論證［J］.水電施工技術，2010(1):67-71.

［3］ 宗 蘭，曾麗娟.干拌自密實混凝土抗碳化性能的試驗［J］.江蘇建材，2008(4):22-26.

［4］ 石明霞，龍廣成.中等強度自密實混凝土的碳化性能［J］.新型建筑材料，2009(5):1-5.

［5］ 鮑明軒，賀鴻珠，薛 明，等.雙摻粉煤灰和硅灰的大流動度自密實混凝土的抗硫酸鹽性能［J］.粉煤灰，2006(1):6-8.

［6］ 繆漢良，杜艷靜，朱國平，等.外加劑及礦物細摻料對自密實混凝土耐久性的影響［J］.建筑技術，2009(1):74-77.

［7］ 付亞偉，王碩太，崔云長.硅灰對自密實混凝土性能的影響［J］.四川建筑科學，2009(1):191-203.

［8］ M.Nehdi，M.Pardhan，S.Koshowski.Durability of self-consolidating concrete incorporating high-volume replacement composite cements［J］.Cement and Concrete Research，2004(34):2103-2112.