浅谈自密实混凝土-职称论文

浅谈自密实混凝土

崔占辉

秦皇岛市建设局安监站

摘要：系统阐述了配制自密实混凝土的原理及设计方法、自密实混凝土的性能及其在工程中的应用。

关键词：自密实混凝土; 原理; 设计方法; 性能; 应用

1 引言

在20世纪80年代初，混凝土结构的耐久性问题引起了日本学者的普遍关注。混凝土结构的高耐久性是通过技术熟练的振捣工人来实现的，但是日本许多施工企业中严重缺乏符合这一要求的技术工人，从而导致施工质量下降。于是在1986年日本学者Okamura最早提出了自密实混凝土(Self-Compacting Concrete)这一概念。所谓自密实混凝土就是无需振捣，完全依靠自重就能密实地充满模型，同时自密实混凝土具有很高的流动性而且不离析、不泌水。

在近20年来，自密实混凝土的研究与应用实践在世界范围内广泛展开，这是因为自密实混凝土与普通混凝土相比具有以下优点[1]：

(1) 提高生产效率。由于混凝土不需要振捣，这样混凝土的浇筑时间大幅度的缩短，所需要的工人数量减少，工人的劳动强度也大大降低。

(2) 对于难以施加振捣的结构，也可以保证混凝土结构的良好密实性。

(3) 改善工作环境。免除振捣时产生的噪声污染对周边环境和工人的危害。

(4) 改善混凝土的表面质量。在混凝土结构的表面不会出现气泡或者蜂窝麻面等现象，可以逼真的呈现出模板表面的纹理或者造型。

(5) 增加了结构设计自由度，可以用于浇注成型形状复杂、薄壁和配筋密集的结构。

(6) 降低了工程整体造价。从提高施工速度、延长模板的使用寿命、减少工人数量和保证质量等多方面降低工程成本。

2 配制自密实混凝土的原理及设计方法

2.1 配制自密实混凝土的原理

自密实混凝土的成型原理是通过胶结材料，外加剂（包括减水剂、超塑化剂、稳定剂等）和粗骨料的选择与搭配以及配合比的精心设计，使混凝土的屈服剪应力减小到适宜的范围内，同时又具有足够的塑性粘度，使骨料悬浮于水泥浆中，且不出现离析和泌水现象，能够自由流淌并充分填充模板内的空间，形成密实且均匀的结构。因此，在配制的过程中应采取以下措施[2]：

(1) 采用以高效减水剂为主要组分的外加剂，可有效分散水泥粒子，并阻止分散的粒子再次凝聚，使混凝土拌合物的塑性粘度和屈服应力降低。

(2) 通过掺加适量矿物掺合料来改变混凝土的流变性，提高塑性粘度，同时提高拌合物中的浆-集比，使其和易性和匀质性得到改善，并减少粗细骨料颗粒之间的摩擦力，提高混凝土的通阻能力。

(3) 掺入适量膨胀剂，减少混凝土收缩，从而提高混凝土的抗裂能力，使其外观质量得到改善。

(4) 适当增加砂率和控制粗骨料粒径不超过20 mm，以降低遇到阻力时浆骨分离的几率，提高拌合物的抗离析稳定性。

(5) 在配制强度等级较低的自密实混凝土时可适当使用增稠剂以增加拌合物的粘度。

2.2 配制自密实混凝土的设计方法

自密实混凝土的配合比设计要从流动性、抗分离性、间隙通过性和填充性4个方面统一考虑，解决流动性与抗分离性的矛盾，从而提高间隙通过能力和填充性。日本东京大学最早进行了自密实混凝土的设计研究，提出了所谓自密实混凝土原型模型方法(Prototype Method)[1]，后来日本、法国、加拿大、中国等国的学者进一步进行了自密实混凝土的设计方法研究，归纳起来可以分为三类：

(1) 基于自密实混凝土拌合物的间隙通过性、抗离析性以及变形性的理论分析，结合实验室试验研究结果，建立拌合物间隙通过性、抗离析性以及变形性与其配合比参数之间的经验关系。如：日本学者Edanatsu等提出的基于砂浆变形及其与粗骨料之间相互作用的设计方法；泰国学者Kasemsamrarm等基于自密实混凝土拌合物变形性、离析以

及间隙通过性提出的设计方法。

(2) 基于各组分对自密实混凝土拌合物工作性贡献的理论分析提出的自密实混凝土设计方法。如：Sedran等开发了可压缩密实模型；Oh等基于过剩浆体理论提出了过剩浆体层厚度与粘度系数、屈服剪切应力经验关系的流变模型。

(3) 由于组成混凝土拌合物的成分复杂且对混凝土拌合物性能的要求较高，导致理论计算分析困难与模拟的不确定性，因此，有关学者提出了基于大量试验统计关系的自密实混凝土配合比设计方法。

综上所述，以上的设计方法还不能全面反映自密实混凝土拌合物性能的真正内涵，而且在体现混凝土工作性、强度等级与耐久性之间的关系还不能相互协调，同时在设计与实用性等方面还存在差距，目前还缺乏被广泛认同接受的自密实混凝土设计方法。

3 自密实混凝土的性能

3.1 力学性能

自密实混凝土配合比设计中低水胶比、高胶凝材料用量以及超塑化剂的使用会对自密实混凝土的力学性能产生影响。主要表现在[3]：1) 与水胶比相同的普通混凝土相比，自密实混凝土的抗压强度略高，由于胶凝材料浆体体积对抗拉强度影响不大，自密实混凝土的抗拉强度可偏安全地按普通混凝土取值；2) 一般认为由于粉体材料用量较大，砂率较高，自密实混凝土的弹性模量比普通混凝土有所降低。3) 自密实混凝土与同强度等级的普通混凝土相比，自密实混凝土的徐变、收缩和弹性模量没有显著的不同；4) 与普通混凝土相比，自密实混凝土包裹在粗骨料外的界面过渡区更加密实而且分布更均匀，自密实混凝土与钢筋的粘结性能要比普通混凝土的好；5) 自密实混凝土在700℃以下能保持较好的稳定性，但是超过700℃以后,重量急剧下降,说明自密实混凝土一旦受火，破坏性更大。

3.2 长期耐久性能

随着混凝土结构耐久性问题的日益突出，自密实混凝土的长期耐久性能也成为关注的焦点。研究表明在相同条件下，不管是引气或非引气自密实混凝土均具有更高的抗冻融性能，而且自密实混凝土中氯离子的渗透深度要比普通混凝土小。一般而言，自密实混凝土采用低水胶比以及较大掺量的矿物掺合料等合理的配合比设计，其体积稳定性可以得到较好地控制。有关自密实混凝土的碳化、护筋性能等研究报道较少。

3.3 微观结构

混凝土组成是影响其微观结构的主要因素，而混凝土微观结构与其宏观性能存在直接的相关性。研究结果表明：自密实混凝土的总孔隙率、孔径分布、临界孔径与高性能混凝土相似，但其氢氧化钙含量明显不同于高性能混凝土。这对于自密实混凝土的耐久性能具有重要意义。

4 自密实混凝土的应用

自密实混凝土由于其优异的性能特点，给其工程应用带来了极大的便利及广阔的前景，特别是应用在一些截面尺寸小且难于振捣的薄壁结构和密集配筋结构等工程施工中具有明显的优越性。目前，自密实混凝土已广泛应用于一些新建的大型建筑结构、桥梁以及既有结构的修复加固工程中。而且，根据不同的实际工程需要，已成功开发了不同类型的自密实混凝土，如建筑自密实混凝土，高强自密实混凝土，大体积自密实混凝土，预制轻质自密实混凝土，补偿收缩自密实混凝土，自密实钢纤维混凝土，再生骨料自密实混凝土等。

然而，混凝土的实际施工过程是个相当复杂的系统工程，其性能不仅与自身的性质相关，而且还与现场环境湿度、温度条件密切联系，必须根据实际工程综合考虑。同时，现场施工技术人员相对缺乏自密实混凝土施工方面的经验。因此，必须加强施工过程中自密实混凝土性能的波动性及其质量方面的控制。

美国用高强自密实混凝土建成了至今为止强度最高的西雅图双联广场；1998年4月建成的世界上最长的悬索桥—明石海峡大桥采用了大体积自密实混凝土为材料；在台湾的国际广场大厦，60层以下的所有混凝土柱中也采用了自密实混凝土为材料。

此外，国外已有不少企业将自密实混凝土应用于预制混凝土构件的生产中。自1999年以来，荷兰已有20多家企业采用自密实混凝土生产预制混凝土构件，至2002年其产量达到2.5×105 m3，2004年其产量达8×105 m3。

实践表明，自密实混凝土普通混凝土的力学性能虽然比较接近，但其其匀质性、耐久性能则明显优于普通混凝土，这为自密实混凝土应用的进一步拓展奠定了坚实的基础。显然，自密实混凝土的应用潜力非常巨大。

参考文献

[1] 刘运华, 谢友均, 等. 自密实混凝土研究进展[J]. 硅酸盐学报. 2007(5): 671-678.

[2] 杨建宁, 陈志龙, 等. 自密实混凝土的配制与应用[J]. 混凝土. 2007(2): 84-86.

[3] 刘小洁, 等. 自密实混凝土的研究与应用综述[J]. 铁道科学与工程学报. 2006(4): 6-10.