自密實混凝土制備技術及特性研究

張先奇 張勇 張舒 安徽省建筑材料科學技術研究所

自密實混凝土屬于高性能混凝土，具有高流動性、高填充、高抗離析性能，在重力作用下無振動，自動填充模板空間，形成密實的混凝土結構。大量研究表明，自密實混凝土結構有很好的力學性能和耐久性，能夠有效提升工程施工進度，縮短施工周期，有效控制混凝土質量，使得建筑物和相關構筑物的耐久性得到有效的提升，且對環境保護有很好的作用，具有較高的社會效益和經濟效益。

一、自密實混凝土的設計方法與制備技術

（一）設計方法及原理

制備自密實混凝土重點是使其在新攪拌階段自動填充混凝土模板，在不增加振動的情況下達到密實，包括流動性、間隙通過性和抗離析三個方面。日本東京大學首次研究了自密實混凝土的設計，并提出了自密實混凝土的原型模型。后來，來自不同國家的研究人員對自密實混凝土的設計方法進行了進一步的研究，這些方法分為三類：

1.基于自密實混凝土拌合物的變形、間隙化和抗離析性的理論分析，以及實驗室測試結果，以建立拌合物變形、抗離析性和間隙的通過性以及配合比參數之間的經驗關系。日本科學家提出的設計方法，基于砂漿變形以及粗骨料之間的相互作用。

2.以自密實混凝土拌合物工作貢獻的理論為基礎，各組提出的自密實混凝土設計方法。如：各國學者提出的可壓縮密實模型、基于經濟性、耐久性的最小漿體體積的自密實混凝土設計方法等。

3.基于大量試驗統計關系的自密實混凝土配合比設計方法。即通過大量實驗數據的積累，建立了原料配比參數與混凝土性能之間的經驗關系。但是，這種方法的工作量非常大，需要大量收集和積累相關數據，建立相關數據庫，以提高模型的通用性。

現有的設計方法在充分反映自密實混凝土配合比性能的真實內涵，反映混凝土工作性、強度等級與耐久性或實用性等之間的協調關系方面還存在一定的差距。目前，自密實混凝土的設計方法還沒有得到廣泛的認可。

（二）自密實混凝土制備技術

自密實混凝土的特點是高度的流動性和體積穩定性，其組成比普通混凝土復雜。除了水泥、砂輪、混合物等基本成分。自密實混凝土中含有膨脹成分、改性粘度成分、超離心粉塵成分等。因此，自密實混凝土的制備比普通混凝土重要得多。高質量的自密實混凝土還必須具有高的流動性、高的自主性、高灌裝能力和高的分離強度，這需要其組成部分的各種參數的最佳組合。

自密實混凝土的制備技術是基于不同參數之間的關系的合理協調和不同參數的最佳組合。一般來說，下列因素對壓實混凝土的制備起決定性作用：

1.礦物摻合料

自密實混凝土漿料的總體積更大。如果只使用純混凝土，混凝土的初始水化熱就會更大，損害其體積的穩定性和強度。自密實混凝土的礦物混合物主要由石灰石、硅膠灰、粉煤灰和破碎礦物粉塵組成，這些粉塵在我國的使用相對廣泛。礦物混合物可用于增加混凝土混合物的流動退火能量，減少氫化熱，降低混凝土的溫度，減少溫度應力引起的裂縫。

2.多功能高效混合物

高效的多功能混合是自壓混凝土制備的關鍵技術。與普通混凝土中使用的添加劑相比，自密實混凝土中使用的添加劑更重視多成分或多功能重疊。目前，復雜的多組分外加劑在工程中得到了廣泛的應用。

（1）高效減水劑。自密實混凝土的制備需要有效的減水劑。一方面，高效率的減水劑可以通過降低混凝土的屈服剪應力和改善流變性能，來產生非常分散的效果；另一方面，可以有效地降低水膠的比例，保證硬化混凝土的力學性能和耐久性。目前，高效減水劑主要由四組主要的類型：萘磺酸系列、磺化三聚氰胺系列、氨基磺酸系列和聚羧酸系列。在我國家，前兩個類型穩定性好、水泥的適應性廣。

（2）其他因素。緩凝劑保證有效的施工時間；引氣劑能夠對混合料的流變性以及抗凍性產生改善的效果，減縮劑提高混凝土硬化過程中體積的穩定性；增稠劑提高了混凝土混合物的抗離析能力；膨脹劑可以補償混凝土的收縮，減少開裂的可能性，等等。多組件組合和多功能重疊為自密實混凝土的制備提供了技術基礎。

3.粗細骨料

粗骨料包括（骨量等級、顆粒大小、顆粒形狀、體積含量等）對自密實混凝土的制備也至關重要。與普通混凝土相比，自密實混凝土的粗料含量較低，但紙漿含量較高，增加了混合料的流動性，減少了通過裂縫堵塞骨料的可能性。自密實混凝土各組分的粒徑應力求滿足“最大堆積密度理論”，即要求骨料先達到最大密實度，保證骨料之間的填充空間最小，且在較低的膠料用量下，可以形成足夠的漿體體積，使混合物獲得高流動能力。

二、自密實混凝土的特性

與普通混凝土相比，自密實混凝土具有以下特點：

（1）在新的攪拌階段，無需額外人工振動壓實，依靠自重灌裝模具壓實；

（2）早期階段，避免產生原始缺陷；

（3）硬化后，有足夠的能力抵抗外部環境的侵蝕。

自密實混凝土可在無外力的情況下自動填充混凝土模板，達到密實性，具有良好的流動性和穩定性。為了獲得高流動性，應加入高效減水劑和一定數量的超細材料，以降低顆粒表面張力和顆粒間的摩擦阻力。為了獲得良好的穩定性，使物料不離析，需要加入適量粒徑小于0.25mm 的細填料，有時還需要加入粘度調節劑（增粘劑）。研究結果表明，在相同水灰比條件下，自密實混凝土的自由振動抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、握持強度等物理力學性能均優于傳統振動密實混凝土，收縮、徐變性能也有所提高，其原因是由于自密實混凝土的自由振動具有致密的微結構，且具有良好的均勻性。

三、結論

近年來，隨著混凝土產品的多樣化、生產成本的降低和生產環境要求的提高，自密實混凝土以其優異的質量特性逐漸的被普遍應用。因此，對自密實混凝土的設計方法和制備技術的進一步加強研究是非常必要的，特別是對于工程中常用強度等級的混凝土，這將有利于擴大自密實混凝土的工程應用領域，促進建筑材料領域的發展。