探討自密實混凝土的應用

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摘要：綜合分析國內外現有的各種混凝土配合比設計方法，提出用參數法設計自密實混凝土配合比。對推廣自密實混凝土在我國的應用與研究具有積極作用。

關鍵詞：自密實混凝土；配合比；工作性；進展

1 前言

自密實混凝土是一種新型高性能混凝土，它具有優良的變

形能力，能夠完全依靠自重作用自由流淌，同時具有足夠的黏聚性防止離析泌水，拌合物均勻密實，硬化后具有良好的力學和耐久性能。雖然目前國內在自密實混凝土配制技術上已取得很大進步，但迄今為止還沒有形成一種大家普遍認可、遵守的自密實混凝土設計規范或規程。因此，總結已有文獻成果，進行自密實混凝土配合比設計方法研究是很必要的。

2 自密實混凝土配合比設計

自密實混凝土配制的技術路徑，既要考慮施工時（新拌狀態下）的高流動性，同時又要照顧到混凝土硬化以后的耐久性，即密實性。換句話說，就是要平衡好新拌狀態下混凝土的高變形能力與高抗材料離析性之間的關系，尤其在配有鋼筋的狹小區域，混凝土的流動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，主要目的是檢查超塑化劑、水泥、細骨料和火山灰材料的性能和密實能力，然后再做SCC試驗。該方法的優點在于，可以避免在混凝土上重復同一種質量控制，這種質量控制既費時又費力。但該種方法亦有其缺點：一是在拌制SCC前，需要進行水泥漿和砂漿的質量控制試驗，但許多施工單位和商品混凝土供應廠缺乏必要的試驗設備；二是這種配合比設計方法和試驗程序對于實際工程而言，顯得太過復雜。

瑞典水泥和混凝土研究會、中國大陸及臺灣的學者均提出了HPC的設計方法。臺灣提出的方法是填密拌合物設計算法，是從最大密度原理和超砂漿理論推導出來的，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。計算步驟是依次計算：粗、細骨料用量；水泥用量；按強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；根據骨料的含水率調整SCC中的拌合水用量。計算出配合比后，進行試配和性能測試試驗。

3 自密實混凝土性能評定

根據SCC的特點，在試配和生產中應作到：①良好的流動性，即在自重作用下能夠自流平、自密實；②具有良好的材料勻質性和穩定性，在流動狀態下不泌水、不起泡、無粗骨料離析現象；③硬化后體積穩定性好，不產生收縮裂縫，盡量避免內部缺陷。具體而言，評定SCC質量的要素有：較大變形能力，抗離析能力，鋼筋之間的通過能力。此外，根據自密實混凝土的耐久性要求，還應評價混凝土硬化期的抗滲性，由于評定內容和手段與常規混凝土大致相同，故此處不再贅述。下面僅介紹新拌SCC的評定。

Okamura等開始配制SCC時，以為配制出這種混凝土會很容易，原因是水下不分散混凝土已在實際工程中應用。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格控制，同時也阻止了水泥顆粒擴散到周圍水中。尤其值得注意的是，抗水洗水下混凝土不能應用于空氣中澆注成型的結構中，原因有兩個：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實施振搗困難。所以，研究和評定混凝土的工作性很重要。

SCC的填充性對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想位置來說很重要。SCC稠度的評定，多數采用塌落度（或塌落流動度），但對于SCC不能僅靠塌落流動度試驗。日本的做法是廣泛采用V形漏斗試驗和U形填充能力試驗。在眾多評價自密實混凝土的試驗方法中，由Taisei小組提出的U型試驗是公認的最合適方法。但目前對于稠度試驗中和實際成型時的混凝土流動行為，還不能完全用動力學形式理解。

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

由此可以求出SCC拌合物的粘度系數和屈服應力值。這種裝置的優點在于，將自密實混凝土的流變性和工作性結合在了一起。強調粘度測定的目的在于，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很大，所以需要通過試驗測定粘度。

4 自密實混凝土的應用及研究現狀

4.1 應用領域

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

4.1.1 大體積混凝土

比較典型的工程應用實例是跨度為1990 m的日本明石海峽大橋（懸索橋），自密實混凝土用于該橋的錨碇施工中。混凝土的攪拌是在施工現場旁邊的攪拌站進行的，然后通過導管泵送輸送到距攪拌站200 m的混凝土澆注現場，混凝土的輸出是靠在導管上按等間距布置的閥門控制的。

該工程中使用的自密實混凝土，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，但無離析現象。最后的比較分析表明，自密實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 自密實改良技術

4.2.1 鋼纖維自密實混凝土

在自密實混凝土中使用鋼纖維，提供了一種實現混凝土生產工業化、提高生產率的方法，并兼有免振及減少鋼筋配置所帶來的正面效應，鋼纖維增強自密實混凝土（簡稱SFRSCC）可用于樓房中的墻及樓板。鋼纖維自密實混凝土試驗研究的重點是，在SCC中摻加鋼纖維對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。

在自密實混凝土中使用鋼纖維作為增強材料，要適當調整配合比。鋼纖維對拌合物工作性的影響與鋼纖維的使用數量、纖維形態因素、拌合物的稠度有關。摻加鋼纖維使SCC能通過的鋼筋間距增大。對于SFRSCC工作性的評定，需要用多種儀器和方法綜合進行較為合適。

另外，和經過振搗的普通混凝土相比，鋼纖維自密實混凝土的韌性并不低，測出的韌性相當于或者好于普通的纖維增強混凝土。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性能的最重要參數是它的韌性。對于使用有限的纖維數量的鋼纖維混凝土而言，用來表示材料特征的其它性能，比如抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、收縮率、徐變等等，幾乎是與素混凝土差不多的。鋼纖維混凝土的設計規則是以其韌性為基礎的。它的韌性作為定義材料的一個性能指標，也用來計算承載力或者裂紋分布。從設計準則來看，鋼纖維自密實混凝土與鋼纖維混凝土在韌性方面并沒有很大的不同，所以用于設計鋼纖維混凝土結構的設計方法對于鋼纖維自密實混凝土同樣適用。當然，和鋼纖維混凝土一樣，鋼纖維自密實混凝土的韌性仍是需要進行試驗的。

還有很多方面需要更進一步的研究，比如尋找一種對鋼纖維自密實混凝土最優的配合比設計模型，混凝土早期的一些性能如徐變、收縮及溫度發展，交界面的粘結性能，各種填充劑及外加劑的影響等等。

4.2.2 自密實高強混凝土

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

4.2.3 SCC用于預制法施工

絕大多數有關SCC的研究和應用實例是用于現澆結構。利用SCC預制混凝土構件，即體現著混凝土施工方法的發展方向，換句話說，現澆→預制→SCC預制的發展軌跡，體現著混凝土逐步實現工業生產、不斷提高生產效率。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。

5 結論

①與常規混凝土相比，自密實混凝土具有自流平、密實度高、縮短工期、減少人力投入等優點。

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

③目前自密實混凝土的研究和應用還處于初期階段，在配合比設計、性能評定、質量控制、施工技術等方面均有待試驗和理論方面的深入研究。

④自密實混凝土目前屬于”特種混凝土，”在實際應用中還不是十分普及，主要應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用前景。