低強度自密實混凝土工作性能的研究[摘要]：自密實混凝土是一種具有高工作性能的高性能混凝土。具有很高的流動性而不離析、不泌水,能不經(jīng)振搗或少振搗而自動流平并充滿模型和包裹鋼筋的混凝土。自20世紀80年代在日本發(fā)明和應(yīng)用以來,其應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴展至世界許多國家，自密實混凝土也逐漸向著高強、輕質(zhì)的方向發(fā)展。本文主要對自密實混凝土的工作性能進行了探討，簡要評述了自密實混凝土的性能特點,并介紹了其研究進展。[關(guān)鍵詞]：自密實混凝土配合比工作性能[Abstract]：Self-compactingconcrete(SCC)isakindofhigh-performanceconcretewithhighworkability,whichpossessesveryhighfluiditybutnosegregationandnobleeding.WithoutvibrationthefreshSCCcanflowtobeauto-leveling,fillupthemouldingboardandholdthereinforcedbar.TheapplicationscopeofSelfCompactingConcrete(SCC)hasbeenincreasinglyexpandedtomanycountriesintheworldsinceSCCwasfirstlyproducedinJapanin1980x.AndSCCisbeingdevelopedwithhigh-performanceandlight-weight.ThispaperintroducesworkabilityofSelfCompactingConcrete(SCC)andtheperformanceofSCCisreviewedbrieflyandtheresearchprogressisalsosummarized.[Keywards]：Self-compactingconcrete；mixdesign；Workability.1自密實混凝土的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展1.1自密實混凝土的由來自密實混凝土（Self-CompactingConcrete）又稱高流動性混凝土，是指在澆筑過程中無需施加任何振搗，僅依靠混凝土自重就能完全填充至模板內(nèi)任何角落和鋼筋間隙的混凝土。自密實混凝土的出現(xiàn)，源于1983年以后的幾年中，日本遇到的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題，以及因技術(shù)工人數(shù)量的減少而引起混凝土質(zhì)量下降。1.2自密實混凝土的優(yōu)勢1.保證混凝土良好的密實。2.提高生產(chǎn)效率。由于不需要振搗，混凝土澆筑需要的時間大幅度縮短，工人勞動強度大幅度降低，需要工人數(shù)量減少。3.改善工作環(huán)境和安全性。沒有振搗噪音，避免工人長時間手持振動器導致的“手臂振動綜合癥”。4.改善混凝土的表面質(zhì)量。不會出現(xiàn)表面氣泡或蜂窩麻面，不需要進行表面修補；能夠逼真呈現(xiàn)模板表面的紋理或造型。5.增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計的自由度。不需要振搗，可以澆筑成型形狀復雜、薄壁和密集配筋的結(jié)構(gòu)。在此之前，這類結(jié)構(gòu)往往因為混凝土澆筑施工的困難而限制采用。6.避免了振搗對模板產(chǎn)生的磨損。7.減少了混凝土對攪拌機的磨損。8.可以降低工程整體造價。從提高施工速度、環(huán)境對噪音限制、減少人工和保證質(zhì)量等各方面降低成本。9.由于提高了耐久性，結(jié)構(gòu)的服務(wù)年限增長，且維修費用降低，又消耗了粉煤灰等工業(yè)廢料，減少了工業(yè)廢料的處理費，因此，從整個結(jié)構(gòu)的壽命周期成本來講是有利的，也具有較好的技術(shù)、經(jīng)濟、社會和環(huán)境等綜合效益。1.3自密實混凝土的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢隨著人類社會的發(fā)展和進步，環(huán)境保護越來越受到世界各國的重視。近年來提出的“綠色混凝土”代表著混凝土的發(fā)展趨勢；它所倡導的“綠色”是對“健康、環(huán)保、安全”屬性的評價。當前國內(nèi)外各大中城市，環(huán)境噪音的控制是環(huán)境保護的一個重要組成部分。自密實高性能混凝土的應(yīng)用將大大降低建設(shè)工程所帶來的施工噪音，此外它還具備降低勞動力成本、縮短施工周期、提高可施工性以及提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性等多種優(yōu)點。所謂自密實高性能混凝土是指能在保證所需強度的前提下得到可以不振搗或少振搗的高流動性混凝土。其混凝土拌合物具有很高的流動性，可以自流平而充滿模型，并且不泌水、不離析，成型后質(zhì)量均勻，不會產(chǎn)生蜂窩、麻面和內(nèi)部空洞等質(zhì)量缺陷。由此可見，自密實高性能混凝土必將作為“高性能混凝土”的一個重要研究方向。自密實高性混凝土于２０世紀９０年代初在日本迅速發(fā)展起來，美國、歐洲等國家也相繼進行了這方面的研究與應(yīng)用。在我國，自密實高性能混凝土的研究與應(yīng)用比較晚，廈門地區(qū)目前尚處于研究試用階段。2自密實混凝土的配制理論及方法自密實混凝土通過外加劑、膠凝材料、粗細骨料的合理選擇和配合比的設(shè)計，使混凝土拌合物具有足夠的塑性粘度，以保證粗細骨料能懸浮于水泥漿中不離析、不泌水。在不用或基本不用振搗的條件下，新拌混凝土能填充模板和通過鋼筋間隙，形成密實、均勻的混凝土結(jié)構(gòu)。2.1配制理論自密實混凝土的成型原理是通過外加劑(包括減水劑、增稠劑、穩(wěn)定劑等),膠結(jié)材料和粗細骨料的選擇與搭配和配合比的精心設(shè)計,使混凝土拌合物屈服剪應(yīng)力減小到適宜范圍內(nèi),同時又具有足夠的塑性粘度,使骨料懸浮于水泥漿中,不出現(xiàn)離析和泌水的現(xiàn)象。自密實混凝土的配比設(shè)計要考慮的因素比普通混凝土的復雜,并且配比設(shè)計方法直接影響混凝土成本,如果考慮不當將導致成本大幅度提高。自密實混凝土設(shè)計時必須考慮建筑物的結(jié)構(gòu)條件、施工條件、環(huán)境條件和經(jīng)濟性。一般而言,填充性、強度和耐久性是自密實混凝土配比設(shè)計的基本要求。自密實混凝土配合比設(shè)計要從流動性、抗分離性、間隙通過性和填充性4個方面統(tǒng)一考慮,解決流動性與抗分離性的矛盾,從而提高間隙通過能力和填充性。2.2配制方法自密實混凝土除了具有優(yōu)異的工作性能外，還具有良好的力學性能和較高的耐久性能。因此對于配制自密實混凝土最為關(guān)鍵的技術(shù)應(yīng)為選用優(yōu)質(zhì)的活性礦物質(zhì)和化學外加劑1.優(yōu)選原材料，降低膠結(jié)料用量，在保證自密實混凝土工作性同時，盡量降低砂率，并優(yōu)化集料級配。自密實混凝土拌合物的砂率值，對混凝土拌合物的工作性能有很大影響。由于自密實混凝土要求有較好的流動性，因此砂率一般比普通混凝土或泵送混凝土會大一些。當自密實混凝土的砂率值較小時，拌合物中粗集料體積含量太大，容易使自密實混凝土穿越狹窄間隙時堵塞，影響自密實混凝土的穿越能力。當砂率較大時，拌合物通過間隙的能力較好，但砂率過大會使混凝土硬化后彈性模量降低，也會使混凝土的粘性增大，影響拌合物的流動性。因此在保證混凝土拌和物工作性的同時，應(yīng)盡量降低自密實混凝土的砂率，以使其具有較好的變形抵抗能力。同普通混凝土一樣，自密實混凝土骨料的間隙要由漿體來填充，當骨料級配較差時，骨料的空隙率很大，大量的漿體被用于填充空隙，此時混凝土的膠結(jié)料用量較高。因此，在進行自密實混凝土的配制時，應(yīng)對骨料的級配給予足夠的重視。2.以礦物細摻料作為自密實混凝土的一種組分。由于礦物細摻料顆粒較細，比表面積較大，增加了漿體的保水能力和觸變性，提高拌合物的抗分離能力。特別是摻入粉煤灰作為礦物細摻料，可以發(fā)揮其形態(tài)效應(yīng)，增加混凝土的和易性。通過摻加礦物細摻料來改善自密實混凝土的工作性，不僅可以避免摻加增粘劑帶來的不利影響，而且可以節(jié)約造價。3.合理選用或配制復合高效減水劑。外加劑在配制自密實混凝土中起到關(guān)鍵作用。由于自密實混凝土對外加劑比較敏感，應(yīng)精心選擇合適的外加劑。首先應(yīng)該選擇性能穩(wěn)定，對用水量不是很敏感的減水劑。有的產(chǎn)品，只要加水量稍有變化，拌合物的坍落度就有很大差別，這種外加劑容易使拌合物離析，難以自密實成型。這一方面與外加劑的品種有關(guān)，另一方而也與產(chǎn)品的生產(chǎn)方法、原材料來源有關(guān)。4.當膠結(jié)料總量和混凝土配合比其它因素不變。而在膠結(jié)料總量中使粉煤灰和水泥的比例在一定范圍內(nèi)變化時，混凝土硬化后的強度沒有太大的變化。這說明混凝土的強度在很大程度上取決于水膠比。當水泥用量達到一定程度時。再增大水泥用量也不會使混凝土的強度有更大的提高。在低的水灰比下，水泥不可能完全水化，未水化的水泥在混凝土中其實起到了微集料的作用。而用礦物細摻料來代替這部分水泥，不僅不會影響強度，而且還會使混凝土的密實度增加、水化熱降低，提高混凝土的耐久性降低混凝土造價。3試驗原材料選擇及方法3.1對試驗原材料的要求水泥基于目前我國的水泥的生產(chǎn)現(xiàn)狀，水泥的主要問題是質(zhì)量穩(wěn)定性、與外加劑的相容性、標準稠度用水量和強度等問題。水泥質(zhì)量是否穩(wěn)定和與外加劑是否相容，是能否配制出自密實混凝土的關(guān)鍵，因此，應(yīng)選用質(zhì)量穩(wěn)定與外加劑相容性好的水泥。除要求溫升很低的大體積自密實混凝土需要選用中熱或低熱水泥外，硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥都可選用。細骨料砂率對于自密實混凝土拌合物的工作性影響很大。也決定了必須根據(jù)水泥、摻合料、外加劑等情況綜合考慮。砂的含泥量和雜質(zhì)會使水泥與骨料的粘接力下降，同時也會增加用水量和水泥用量。因此，細骨料應(yīng)選擇級配良好和有害物質(zhì)含量少的中砂，并且最好為河砂。由于砂率大，砂子宜選用中砂。同時應(yīng)嚴格控制砂中粉細顆粒的含量和石子的含泥量粗骨料由于自密實混凝土常常用于鋼筋稠密或薄壁的結(jié)構(gòu)中，因此，粗骨料最大粒徑的選擇應(yīng)重點考慮鋼筋凈距，通過試驗來確定，一般小于20mm,針片狀顆粒含量較少為宜。同普通混凝土一樣，自密實混凝土骨料的空隙要由砂漿來填充，當粗骨料級配較差時，粗骨料的空隙率很大，大量的砂漿被用于填充空隙，此時混凝土的膠結(jié)料用量較高。因此，在進行自密實混凝土的配制時，應(yīng)對骨料的級配給予足夠的重視。盡可能選用連續(xù)級配的骨料。外加劑自密實混凝土應(yīng)具備的高流動性、高抗離析性、良好間隙通過性和填充性，這四個方面都需要依靠摻入不同的外加劑來實現(xiàn)。因此，對外加劑的主要要求為：a)與水泥的相容性好；b)減水率大；c)緩凝、保塑d)增稠。外加劑在配制自密實混凝土中起到主導作用，是能否配制成功的關(guān)鍵所在。隨著我國外加劑工業(yè)的發(fā)展，可供選擇的高效（高性能）減水劑的品種越來越多。由于自密實混凝土對外加劑比較敏感，因此，應(yīng)精心選擇與水泥相容性好、減水率大和質(zhì)量穩(wěn)定的高效減水劑。另外，合理的選用緩凝劑，可以有效的控制混凝土拌合物的坍落度損失，但應(yīng)控制好摻量。如果摻量過多，不僅會造成新拌混凝土的泌水，而且還會降低混凝土的早期強度。增粘劑可提高混凝土拌合物抗離析和保水性能。增粘劑能夠解決高流動度、高擴展度的新拌混凝土高流動性、抗離析性和保水性的矛盾，使自密實混凝土拌合物的高流動性、穩(wěn)定性、填充性相統(tǒng)一。試驗原材料的選擇（1）水泥：采用河北省鹿泉市鼎鑫牌42.5R普通硅酸鹽水泥。（2）外加劑：采用保定慕湖恒源新型建材有限公司生產(chǎn)的高效減水劑：聚羧酸高效減水劑。試驗用增粘劑為纖維類增粘劑。緩凝劑的主要品種有木鈣、三聚磷酸鈉、葡萄糖酸鈉。（3）礦物摻合料：采用河北省衡水市陶城Ⅰ級粉煤灰。表1粉煤灰的物理指標表觀密度（kg/m3）細度（≤120）需水量（%）（≤95）含水率（％）（≤1）2200105940.325（4）砂：采用河北省滿城中砂。表2砂子的物理指標表觀密度（kg/m3）堆積密度（kg/m3）含泥量（％）空隙率（％）27001445940.325表3砂子的級配篩子尺寸(mm))分計篩余累計篩余篩分結(jié)果500Ⅱ區(qū)級配良好Mx=2.59中砂2.516.3416.341.258.7625.10.6316.8241.920.31542.4984.410.167.3191.72底盤8.29100.01（5）石：采用河北省滿城石子，5～10mm連續(xù)級配，級配良好。表4石子的物理指標表觀密度（kg/m3）堆積密度（kg/m3）含泥量（％）空隙率（％）針片狀含量（％）280015000.3434（6）水：普通自來水。采用NJB-50型單臥軸強制式混凝土攪拌機進行混凝土攪拌。3.2試驗方法1.自密實混凝土工作性測定評價自密實混凝土工作性能的試驗方法很多。難以用一種方法能全面反映混凝土拌合物的工作性能?；炷猎嚺鋾r多使用幾種方法以便盡可能全面地掌握拌合物的性能。本次試驗從拌合物坍落度、擴展度、中邊差幾個方面來評價自密實混凝土的拌合物性能。按照GBJ81-85《普通混凝土力學性能試驗方法》進行。自密實混凝土和易性是一項綜合的技術(shù)性質(zhì)，包括流動性、粘聚性和保水性等三方面的含義。目前，尚沒有能夠全面反映混凝土拌和物和易性的測定方法。通常是測定混凝土拌和物的流動性，輔以其他方法或直接觀察評定混凝土拌和物的粘聚性和保水性，然后評定混凝土的和易性。本文采用坍落度試驗測定混凝土拌和物的和易性：將拌好的混凝土拌和物按一定的方法裝入坍落度筒，裝滿刮平，垂直平穩(wěn)的提起坍落度筒，量測筒高與坍落后混凝土試體最高點之間的高度差，即為該混凝土拌和物的坍落度值。2.自密實混凝土拌和方法當進行初步配合是采用人工拌和。采用人工拌和時按照：先水泥、粉煤灰拌和，為了使其均勻應(yīng)翻拌三次，然后加入砂子干拌均勻，再加入碎石干拌均勻，最后加入水拌和均勻。外加劑加入分兩種情況：對于粉劑，凡是不溶于水的，采用先摻法，即和水放在一起即可；當成型時由于混凝土的用量大，所以采用機械拌和，其拌和的投料順序以及外加劑的方法相同。3.養(yǎng)護進行標準養(yǎng)護，溫度保持在20±2℃范圍內(nèi)，相對濕度保持在98%以上，試件放在標準養(yǎng)護室的支架上，彼此之間間隔10～20mm，并應(yīng)避免用水直接沖淋試塊。試件從養(yǎng)護地點取出后應(yīng)及時進行試驗，以免試件的溫度和濕度發(fā)生明顯變化，影響強度測定結(jié)果。本文所有試件的制作和養(yǎng)護均按以上方法執(zhí)行。4自密實混凝土的工作性4.1概述評價自密實混凝土拌合物性能的方法有很多,但目前還沒有形成一套統(tǒng)一的標準。能全面反映自密實混凝土的工作性能,因此對于配合比設(shè)計時每一批混凝土的工作參數(shù),都要用2種以上的方法進行測試得到?；炷猎嚺鋾r多使用幾種方法以便盡可能全面地掌握拌合物的性能。這樣就可以選擇一種或幾種(盡量少而快速簡便)測試方法來控制拌合物的質(zhì)量。本次試驗從拌合物坍落度、擴展度、中邊差幾個方面來評價自密實混凝土的拌合物性能。4.2自密實混凝土工作性的評定自密實混凝土拌和物的工作性采用坍落度筒法。一般，坍落度值應(yīng)為255-270(mm)；擴展度為550-700(mm)；中邊差不大于20（mm）。經(jīng)過初步配合比設(shè)計、試配調(diào)整，得到自密實工作性良好的混凝土拌和物，并測其在0、30、60、90min的坍落度、擴展度、中邊差。經(jīng)時損失，要求達到的指標：坍落度≥220mm，擴展度≥550mm，中邊差≤20mm。坍落度筒法是將混凝土拌合物不經(jīng)插搗一次裝入坍落度筒，提起坍落度筒觀察拌合物的流動情況，測定坍落度、擴展度以及中邊差。在本次試驗中，采用單因素法對自密實混凝土幾組配合比進行試配，檢驗其各項指標，評價其工作性能，選擇其中符合要求的配合比，最終確定自密實混凝土配合比如下表：表5C20自密實混凝配合比（單位：kg/m3）水泥粉煤灰石子砂子水350350813813200可以通過各部分外加劑摻量不同以及試驗現(xiàn)象來評測自密實混凝土拌和物的工作性能,具體如下:高效減水劑通過初步試驗，對萘系高效減水劑采用1.0%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4%和1.5%摻量，均以膠凝材料質(zhì)量為技術(shù)。測定了對于C20自密實混凝土拌合物工作性包括坍落度、擴展度和中邊差的影響，如表6所示表6聚羧酸高效減水劑對自密實混凝土坍落度、擴展度和中邊差影響編號聚羧酸（%）坍落度（mm）擴展度（mm）中邊差（mm）T0T30T60T90T120K0K30K60K90K120Z0Z30Z60Z90Z120N11.0227257.578550018.533N21.2275.5272270260.577572063051519.5222430.5N31.3276274271268.5259.578574065062052019.5202325.632.5N41.42772762742702617707207056455201719202425N51.5277276279.5278272.57957757657506651819.51616.520表7現(xiàn)象說明試驗編號試驗現(xiàn)象N1N2N3N4N50min有氣泡有氣泡有氣泡有氣泡有氣泡30min嚴重泌水嚴重泌水嚴重泌水嚴重泌水嚴重泌水60min正常正常正常正常90min正常正常正常正常120min正常正常正常由表6可以看出：隨著聚羧酸高效減水劑摻量的不斷增加，自密實混凝土的坍落度和擴展度在增加，中邊差在減少，坍落度和擴展度損失在減少。說明隨著聚羧酸摻量的提高，自密實混凝土的流動性不斷增加。當N1聚羧酸摻量為1.0%時，坍落度經(jīng)時損失比較大，擴展度經(jīng)時損失比較大，中邊差比較大；當N2聚羧酸摻量為1.2%時，坍落度經(jīng)時損失比較小，擴展度經(jīng)時損失比較大，中邊差比較大；當N3聚羧酸摻量為1.3%時，坍落度經(jīng)時損失比較小，擴展度經(jīng)時損失比較小，中邊差比較大；當N4聚羧酸摻量為1.4%時，坍落度經(jīng)時損失比較小，擴展度經(jīng)時損失比較大，中邊差比較大；當N5聚羧酸摻量為1.5%時，坍落度經(jīng)時損失比較小，擴展度經(jīng)時損失比較小，中邊差比較小。緩凝劑考慮摻入緩凝劑來減少坍落度和擴展度的損失。針對不同的緩凝劑摻量進行了試驗，試驗結(jié)果和現(xiàn)象如表所示。本實驗緩凝劑用葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉。表8緩凝劑摻量對自密實混凝土拌和物的坍落度、擴展度和中邊差影響編號聚羧酸（%）木鈣（%）葡納（%）三鈉（%）ZC（%）坍落度（mm）擴展度（mm）中邊差（mm）T0T30T60T90T120K0K30K60K90K120Z0Z30Z60Z90Z120N61.42772762742702617707207056455201719202425N71.40.05275.5277276.5272.5267.578076573065560019181823.525.5N81.40.20.05273.5277274274.5265.57307357356905802017.521.52024.5N91.2275.5272270260.577572063051519.5222430.5N101.20.030.03275271.526278066552520.52231N111.3276274271268.5259.578574065062052019.5202325.632.5N121.30.030.03277274.52577656105851825.534N131.40.050.05276277276.527427076074073070561517.516.519.52121.5N141.40.050.06275.5279.5278.5274.526877078075570060518.515152025.5N151.50.05276.5278276.527526975075072570559518.517181923增稠劑增稠劑能夠起到增加稠度的效果，解決高流動度、高擴展度的新拌混凝土高流動性、抗離析性和保水性的矛盾，對其不同摻量的試驗結(jié)果和現(xiàn)象如下表所示：表9木鈣摻量增稠劑對自密實混凝土拌合物工作性能的影響編號聚羧酸（%）葡納（%）ZC（%）坍落度（mm）擴展度（mm）中邊差（mm）T0T30T60T90T120K0K30K60K90K120Z0Z30Z60Z90Z120N161.40.050.05276277276.527427076074073070561517.516.519.52121.5N171.40.050.06275.5279.5278.5274.526877078075570060518.515152025.5N181.50.05276.5278276.527526975075072570559518.517181923表10現(xiàn)象說明試驗編號試驗現(xiàn)象N16N17N180min有氣泡有氣泡有氣泡30min泌水較嚴重嚴重泌水嚴重泌水60min正常正常正常90min正常正常正常120min正常正常正常由表9和表10可以看出：當N16聚羧酸摻量為1.4%，葡萄糖酸鈉摻量0.05%，ZC摻量為0.05%時，坍落度經(jīng)時損失比較小，擴展度經(jīng)時損失比較小，中邊差比較大；當N17聚羧酸摻量為1