国内外自密实高性能混凝土研究及应用现状

1、.国内外自密实高性能混凝土研究及应用现状 摘要自密实混凝土即拌合物具有很高的流动性而不离析、不泌水,能不经振捣或少振捣而自动流平并充满模型和包裹钢筋的混凝土。不仅可大大降低施工噪声,而且可加快施工速度、保证和提高施工质量。可通过配合比调整其物理、力学性能。对原材料、配合比敏感,对施工要求严格。由于历史短,尚有若干问题需进一步研究。关键词混凝土自密实混凝土高性能混凝土配合比展望 80年代后半期,日本东京大学教授村甫开发了“不振捣的高耐久性混凝土”,称之为高性能混凝土(High Perfor-mance Concrete)。1996年在美国泰克萨斯大学讲学中,甫村称该混凝土为自

2、密实高性能混凝土(以下简称自密实混凝土self  compacting concrete)。之所以称为高性能,是因为具有很高的施工性能,能保证混凝土在不利的浇筑条件下也能密实成型,同时因使用大量矿物细掺料而降低混凝土的温升,并提高其抗劣化的能力,而可提高混凝土的耐久性。自密实混凝土即拌合物具有很高的流动性而不离析、不泌水,能不经振捣或少振捣而自动流平并充满模型和包裹钢筋的混凝土。自密实混凝土综合效益显著,特别是用于难以浇筑甚至无法浇筑的部位,可避免出现因振捣不足而造成的空洞、蜂窝、麻面等质量缺陷。强度等级越高,比常态混凝土费用越低。自密实混凝土配制的关键是满足良好的流变性能

3、要求。自密实混凝土属于高流动性混凝土的一部分。1国内外自密实混凝土的应用概况至1994年底,日本已有28个建筑公司掌握了自密实混凝土的技术。从日本19921993年各学会、技术刊物等发表的自密实的高性能混凝土在土木工程中应用实例来看,自密实高性能混凝土特别适合于浇筑量大、浇筑高度大、钢筋密集、有特殊形状等的工程。在西方也有不振捣的混凝土的应用,如美国西雅图65层的双联广场钢管混凝土柱,28d抗压强度115MPa。混凝土从底层逐层泵送,无振捣。在美国为了保证混凝土的浇筑质量以保证钢筋和混凝土的整体性,在密筋的钢筋混凝土和几何形状复杂的结构中,也使用高坍落度而能自流平的混凝土,但强调仍需要适当的振

4、捣以确保混凝土的足够密实。近年来由于在日本不断有采用自密实混凝土成功的工程实例,美国也开始注意该项技术。在我国北京、深圳、济南等城市也开始使用自密实混凝土,从1995年开始,浇筑量已超过4万m3。主要用于地下暗挖、密筋、形状复杂等无法浇筑或浇筑困难的部位、解决扰民问题、缩短工期等。2自密实混凝土的性能2.1自密实混凝土拌合物的性质自密实混凝土的拌合物除高流动性外,还必须具有良好的抗材料分离性(抗离析性)、间隙通过性(通过较密钢筋间隙和狭窄通道的能力)和抗堵塞性(填充能力)。国外大多用拌合物的坍落流动度,即坍落后拌合物铺展的直径,作为高流动性混凝土流变性能的量度。日本报道,坍落流动度一般为507

5、0mm。超过70mm时,拌合物易产生离析;不到50mm时,则可能发生充填障碍。拌合物抗离析性可用坍落流动速率来评定。坍落流动速率用拌合物坍落后铺展到直径为50cm的时间除以流动距离15cm的值表示。坍落流动速率快时,流动性好,但过快时容易产生离析。也有人在一种L形流动性测定装置的转角处装置传感器测定拌合物流动初始的速率,来判断拌合物的抗离析性。对于泌水量,按日本标准JASSA1123的方法检测时,JASS5规定对普通混凝土要求<0.5cm3/cm2,而对高耐久性的混凝土则要求<0.3cm3/cm2。抗离析性直接影响混凝土拌合物浇筑后的均匀性。必要时可检测水平流动至不同部位或垂直浇筑

6、到不同高度的拌合物中粗骨料的含量,作为拌合物均质性的评定。国内不同单位或部门参考国外已有检测方法,结合自己的实验,创造了各具特色的评价方法,有待于规范化。一般,自密实混凝土的凝结时间较长,可达10h左右,尤其是在冷天施工时。但初、终凝时间间隔短,一旦凝结,强度很快就会增长;如果使用低浓度的高效减水剂,由于NaSO4含量较高,会使混凝土凝结时间缩短,甚至在夏季还需添加适量缓凝剂。2.2硬化混凝土的性质(1) 强度自密实混凝土属于高性能混凝土,可有很宽的强度范围,即从C25到C60以上。我国目前大量使用的是C30C40。为了保证及时拆模,成型后在标准条件下24h抗压强度应5MPa。在施工计划允许、

7、着重长期强度、使用低热水泥等情况下,可放宽上述要求。(2) 弹性模量由于粗骨料用量较少,自密实混凝土比使用同一品种骨料的普通混凝土弹性模量稍低些,根据JIS的方法试验,标准养护28d时,降低值小于10%。根据北京二建的测试,因采用低水胶比,尽管有所降低,仍能满足结构设计规范的要求。适当提高配制强度、增加粉煤灰掺量、添加适量合成短纤维等措施均可提高弹性模量。(3) 收缩通常,由于粗骨料用量小,粉体材料用量大,自密实混凝土的干燥收缩会大些,容易产生有害裂缝。可根据结构形式、构件尺寸、施工条件、工程性质等的不同,确定不同的目标。据日本的资料,标准条件下养护7d的试件在20±2、相对湿度60

8、±5%的条件下6个月的干缩为8×10-4以下,比同种骨料的普通混凝土收缩增加量<10%。掺用粉煤灰和少量膨胀剂有利于减小收缩。掺用合成纤维不仅可减小收缩,也可提高抗裂性能。(4) 抗碳化性普通混凝土的碳化速率和水灰比近似于线性关系。掺入矿物细掺料后,在相同水灰比下,碳化速率增加。降低混凝土的水胶比,则可达到相近的碳化速率。混凝土掺用大量混合材料后,碱度大大降低,会加速碳化而不利于对钢筋的保护,但自密实混凝土因水胶比很低,混凝土密实度高,抵抗碳化的能力强。单纯从材料来说,可以不怀疑其对钢筋保护的作用。实际上,对不同的构件应作不同的考虑:对主要受压的构件,如基础、墩柱以及

9、长期处于水下的结构,可不考虑碳化问题;对受弯构件,如梁、板,则因在荷载作用下产生裂缝是不可避免的,设计时允许受力后受拉区产生宽度不大于0.2mm(对预应力钢筋混凝土是0.1mm)的裂缝,则碳化问题就应考虑。在此情况下,抗碳化的性能和细掺料的品种、掺量有关。例如掺粉煤灰30%而水胶比为0.35时,碳化速率约与普通混凝土水灰比为0.5时相当;同样效果的矿渣掺量可达70%;水胶比为0.4、矿渣掺量达50%时,碳化速率同普通混凝土的相差无几。因此,对用于不同部位的自密实混凝土,可通过配合比的调整来保证其抗碳化的性能。有些矿物细掺料中往往含有一定量的碱,对保持混凝土中的pH值是否起作用,需要通过试验来证

10、明。对自密实混凝土的抗碳化性也需要和构件的裂缝情况结合起来进行试验研究。(5) 其它掺用一定量的引气剂,是抵抗冻融,特别是除冰盐作用的有效措施。日本规范规定,经冻融循环作用后,动弹性模量必须保持80%以上,循环次数最低为200次,在冻融循环作用频繁的环境下,要求300次;含气量一般要求为3%6%,在冻融循环作用频繁的环境下,为4%7%。在日本多使用引气型减水剂(AE减水剂)。由于掺入较大量矿物细掺料,自密实混凝土有很好的抗化学侵蚀和抗碱骨料反应的能力。矿物细掺料抗碱骨料反应的有效掺量粉煤灰为30%,矿渣是40%。3自密实混凝土的原材料和配合比3.1自密实混凝土的原材料(1) 胶凝材料除要求温升

11、很低的大体积自密实混凝土需要选用中热或低热水泥外,硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥都可选用,按目前我国标准标号应不低于32.5号,具有较低的需水性,还应考虑与所有高效减水剂的相容性。掺用矿物细掺料的目的是调节混凝土的施工性能、提高混凝土的耐久性,降低混凝土的温升。因此矿物细掺料应具有低需水量、高活性。为了保证混凝土的耐久性,可利用不同细掺料的复合效应。例如,矿渣比粉煤灰活性高,而抗离析性差;粉煤灰比矿渣抗碳化性能差,但收缩小。按适当比例同时掺用粉煤灰和矿渣,则可取长补短。由于采用低水灰比,强度要求较低时,可再掺用适量填充性细掺料,如石英砂粉、石灰石粉等,来保证足够的浆量。因此,日本的

12、高流动性混凝土普遍采用水泥、矿渣、粉煤灰三组份胶凝材料,有时加上石粉,成为四组份。据日本资料,从活性来说,磨细矿渣最优的比面积为60008000cm2/g,但从减小收缩来说,最好为4000cm2/g左右。(2) 骨料骨料的粒形、尺寸和级配对自密实混凝土拌合物的施工性,尤其是对拌合物的间隙通过性影响很大。和泉意登志报道,用密实体积率为62%的日本青梅碎石,混凝土拌合物的间隙通过量是用密实体积率为67%的日本鬼怒川卵石时的一半,因此粗骨料的密实体积率大的好。粗骨料的最大粒径,当使用卵石时为25mm,使用碎石时为20mm,间隙狭小的部位用15mm。由于砂率大,砂子宜选用中粗砂,以偏粗为好。应严格控制

13、砂中粉细颗粒的含量和石子的含泥量。同时要保证0.63mm筛的累计筛余大于70%,0.315mm筛的累计筛余为90%左右,而0.15mm筛的累计筛余>98%。(3) 外加剂即使设计强度等级不高,也要用高效减水剂。日本杉本贡报道,对高流动混凝土外加剂性能的要求为:有优质的流化性能,保持拌合物流动性的性能、合适的凝结时间与泌水率、良好的泵送性;对硬化混凝土力学性质、干缩和徐变无坏影响、耐久性(抗冻、抗渗、抗碳化、抗盐浸)好。为此多采用高性能引气型(AE)减水剂。同时,由于自密实混凝土拌合物往往有离析的倾向,在日本多采取掺抗离析剂或增稠剂来解决。日本的抗离析剂有纤维素水溶性高分子、丙烯酸类水溶性

14、高分子、葡萄糖或蔗糖等生物高聚物等。其中纤维素醚和甲基纤维素用得最多。但是添加抗离析剂时,对混凝土的强度有些影响。北京建工集团二建公司使用两种不同原料来源的萘系高效减水剂复合使用,对自密实混凝土的抗离析性有显著效果。3.2自密实混凝土的配合比自密实混凝土的配合比应满足拌合物高施工性能的要求,因此,与相同强度等级的普通混凝土相比,有较大的浆骨比,即较小的骨料用量,胶凝材料总量一般要超过500kg/m3;砂率较大,即粗骨料用量较小,砂率最大可达50%左右;使用高效减水剂,由于胶凝材料用量大,必须掺用大量矿物细掺料,细掺料总掺量一般大于胶凝材料总量的30%。为了保证耐久性,水胶比一般不宜大于0.4。

15、自密实混凝土配合比的确定是以上各参数和混凝土强度、耐久性、施工性、体积稳定性(硬化前的抗离析性,硬化后的弹性模量、收缩徐变)等诸性质间矛盾的统一。例如流动性和抗离析性要求粗骨料用量小,但粗骨料用量小时硬化混凝土的弹性模量低,收缩、徐变大;砂率大,有利于施工性和强度而不利于弹性模量;水胶比大,有利于流动性,而不利于强度和耐久性等等。因此与普通混凝土配合比设计不同的是,根据上述矛盾的统一确定粗骨料的最合适用量、砂子在砂浆中的含量。小和村建议作为砂浆和混凝土两个层次的体系考虑自密实混凝土配合比设计。石子最大粒径为20mm,使用中热水泥和增稠剂。北京建工集团二建公司建议按混凝土、砂浆、水泥净浆、胶凝材

16、料四层次体系设计,如图1所示。 粗骨料体积0.50.55m3混凝土                 砂体积含量40%43%砂浆                    水    &#

17、160;                       初步配合比水泥浆          W/C胶凝材料    水泥、掺合料外加剂图1北京建工集团二建公司建议的自密实混凝土配合比设计体系 以上步骤均采用绝对体积方法计算。

18、由此可见,自密实混凝土的浆骨比变化的范围是很小的。混凝土的性质主要受水泥浆浓度和性质的支配。自密实混凝土配合比的实例如表1所示。表1自密实混凝土配合比实例 工程名称现场实际强度MPa混凝土中原材料用量    /m3龄期强度水水泥细掺料砂石外加剂日本日本明石大桥A1基础91d62.3142中热172矿渣 172粉煤灰 86771965高效引气型减水剂+超塑化剂+引气剂北京恒基中心地下通道方厅墙、顶板、柱28 d37.5200P.O.525#280粉煤灰175UEA  33830830DFS0.75%北京凯旋大厦梁、板、柱28

19、d53.5200P.S.425#381粉煤灰148UEA  20796760SN  1.8%  4自密实混凝土施工的特点自密实混凝土的质量对原材料的变动很敏感,制作和施工中各环节的控制要求严格,因此对操作工人的要求低了,而对技术和管理人员的要求高了。由于组成材料多,必须注意搅拌均匀,目前多采用双卧轴强制式搅拌机,搅拌时间比普通混凝土的长12倍,60180min甚至更长是必要的。搅拌不足的拌合物不仅因不均匀而影响硬化后的性质,而且在泵送出管后流动性进一步增大,会产生离析现象。投料顺序最好是先搅拌砂浆,最后投入粗骨料。一般来说,自密实混凝

20、土适合于泵送浇筑。墙或柱的浇筑高度可在4m左右。浇筑顺序可参考和泉意登志在文献中给出的泵管移动顺序用吊斗浇筑时产生离析的可能性大,对配合比要求更严格,难度较大。在必须用吊斗浇筑时,应使出料口和模板入口的距离尽量小,必要时可加串筒。柱子和墙浇筑前要严格检查钢筋间距及钢筋与模板间的距离,最好准备一根长钎,以便必要时进行适当的插捣,排除可能截留的空气。自密实混凝土的质量对原材料和配合比的变动以及施工工艺都很敏感,因此对施工管理水平要求较高。每项工程实施前要有严格的施工规程和班前交底,尤其在交接班时,要有具体的措施以免差错。5自密实混凝土应用展望及需进一步研究的问题(1) 自密实混凝土由于优异的施工性

21、能,可大大加快施工速率,减小劳动强度,并可避免由于可能振捣不足而引起混凝土的严重质量事故;低水胶比、低温升和大量矿物细掺料,可保证混凝土的耐久性。但与相同强度的普通混凝土相比,弹性模量稍低,收缩和徐变稍大。此问题可通过适当提高配制强度、掺用膨胀组分或纤维和收缩小的细掺料(如优质粉煤灰)等措施来解决。但因掺用大量细掺料,混凝土碱度较低,宜用于主要受压的构件,特别适用于较大体积的基础底板和桩。用于受弯构件时,在目前尚无构件试验的情况下,细掺料掺量以不超过30%为宜。为此需要系统研究用自密实混凝土的主要受弯构件在荷载作用下的裂缝和混凝土性质的关系、碳化及其对钢筋绣蚀的影响。(2) 目前尚未查到自密实

22、混凝土用于预应力钢筋混凝土的报道,需要进行有针对性的系统研究。(3) 自密实混凝土由于一般凝结时间较长,早期强度较低,冬季施工时最好不用。但在大体积混凝土中混凝土温升对掺用细掺料的混凝土强度发展有利,自密实混凝土可在采取冬施措施的前提下使用。(4) 对都可达到自密实的高流动性混凝土并不是所有文献上都称之为“自密实”或其它如“免振”等,如明石大桥的混凝土无论水下还是水上,都是不振捣的;美国西雅图双联广场钢管柱混凝土也是不振捣的,但都没有称做“自密实或“免振”等,因为在“拥挤的部位”“尽管可得到高坍落度而自流平,但仍需稍加振捣以保证混凝土的足够密实”,也就是说,并非任何工程浇筑的混凝土都能够完全不

23、振捣,需要在施工规程中加以区别,否则反而会引起质量问题。(5) 自密实混凝土由于质量对原材料和配合比很敏感,要求严格的施工管理制度。实践表明,进行过自密实混凝土施工后,可有力地推动施工管理水平的提高,但在管理水平低、缺少技术人员的工程中不宜采用。高性能自密实混凝土在工程中的应用  试验研究1.1 原材料水泥: 河南上街525号普通水泥,28抗压强度55.0,425号矿渣水泥,28抗压强度45.0。粉煤灰: 首阳山级、郑州电厂级粉煤灰。膨胀剂: 北京贝思达。硅灰: 山西忻州产硅灰,SiO2含量占92%。砂: 卢山中砂,细度模数为2.7,含泥量1.2%。石子: 新密粒

24、径连续级配碎石,含泥量0.3%,压碎指标%。外加剂: 中建八局一公司YNB高性能超塑化剂,减水率28%,泌水率80%,抗压强度比140%。1.2 混凝土配合比设计高性能自密实混凝土是在较低水灰比条件下,利用外加剂和掺合料的调节作用,降低混凝土的屈服应力,同时混凝土拌合物又具有足够的塑性粘度,使骨料悬浮在水泥浆中,不泌水,不离析,填充钢筋和模板空间,形成均匀致密结构,硬化后具有良好力学性能及耐久性能。采用的技术路线是利用高性能超塑化剂和粉煤灰等掺合料,降低混凝土的屈服应力和水胶比,提高混凝土流动性,保持适度的粘度系数,经合理的配合比设计,使混凝土高性能化,并用合理便捷的方法,对高性能自

25、密实混凝土工作性定量评价。在配合比设计中,遵守流动性和抗离析性平衡的原则,遵循水泥用量、粉煤灰掺量、砂率、外加剂掺量四因素,以混凝土坍落度、扩展度、Orimet法流下时间、28标养强度为考核指标,建立正交试验表,其设计程序如下:(1) 确定混凝土强度等级进而确定试配强度;(2) 计算水灰比;(3) 拌合水用量计算;(4) 在胶体总体积含量0.35情况下,计算水泥浆各组分的体积含量,确定各组分用量;(5) 根据骨料体积0.65,确定各强度等级粗细骨料比例（砂率）,确定粗细骨料用量;(6) 确定外加剂的掺量。1.3 高性能自密实混凝土工作性指标及评价高性能自密实混凝土拌合物应具有高流动性

26、和良好的变形能力,且有较好的均匀性和稳定性,能填充钢筋和模板的空间,形成均匀致密结构。高性能自密实混凝土的流动性、粘聚性、均匀稳定性、填充性和间隙通过性体现了工作性的全部。我们参考国内外资料,结合首次在山东省立医院的施工经验,提出高性能自密实混凝土工作性指标为坍落度240260,扩展度大于600,Orimet法流下时间17;扩展度中边差10%;穿过形仪前后骨料差小于10%。并用坍落度、扩展度、Orimet法、形仪、扩展度中边差进行工作性定量评价。试验用配合比见表。表中50、60混凝土所用材料:525号普通水泥,粉煤灰级;30、40混凝土所用材料:425号矿渣水泥,粉煤灰级。表1 &#

27、160;                各强度等级混凝土配合比                    /m3混凝土强度等级水泥粉煤灰膨胀剂硅灰水砂石外加剂水胶比砂率塌落度/mm扩展度/mmT0/S28天抗压强度比/%C303208545&#

28、160;1907301000110.420.422557001597C403867658 1806781017130.350.42606509130C504286260 1756881032160.320.425065012101C604307158601706381041170.290.382406501399 表2             标养震捣与自密实混凝土抗压强度的比较     

29、;        Mpa砼强度等级标养28天震捣标养28天免震C3040.842.441.539.239.041.242.040.0C4051.350.553.049.550.449.851.558.2C5063.864.463.466.665.762.863.065.4C6072.874.276.779.472.274.774.281.7 1.4 高性能自密实混凝土的坍落度、扩展度及其损失坍落度、扩展度作为高性能自密实混凝土工作性的便捷定量评价方法,在应用中同样存在坍落度、扩展度损失问题。试验

30、中发现,坍落度损失和扩展度损失并不同步,扩展度损失一般先表现出来,这可能是由于扩展度的增加必须通过自身的流淌和重力的推动作用,使其拌合物一起向前移动才能有效地表现出来。扩展度损失与坍落度损失原因相同,有物理、化学因素,试验中通过改善外加剂的组成和掺入大量粉煤灰等有效措施,较好地控制了坍落度损失,的损失小于10,扩展度的损失后仍大于600。1.5 高性能自密实混凝土的力学性能和耐久性能在同材料、同配合比条件下做振捣和免振的28标养强度试验及自密实混凝土的抗冻、抗渗试验。经检测其抗压强度基本一致,在%范围内波动,见表。底板40、12混凝土的抗冻等级达100,抗渗等级达40。 高

31、性能自密实混凝土的施工本工程地下室为超长结构,其底板为1.85厚40大体积混凝土,地下室外墙为60。施工中要考虑混凝土的工作性、力学性能,而且要较好地控制混凝土裂缝。40底板混凝土一次浇筑完成,60外墙设计后浇带,分段浇筑,较好地解决了裂缝问题。混凝土拌合的投料顺序为砂、石、水泥、膨胀剂、粉煤灰、外加剂,搅拌min后出料。底板混凝土采用蓄热养护法,覆盖一层塑料布,二层麻袋,保持麻袋湿润,后改为浇水养护;外墙及柱拆模后,外包麻袋浇水养护。对底板50203自密实混凝土历时一次浇筑成功,混凝土坍落度250,扩展度600,混凝土强度平均值44.3;60混凝土地下部分17003,试件抗压强度平均值65.

32、7,施工完成后,对底板自密实混凝土进行抽芯和抗冻、抗渗检测,芯样强度,成型试件抗冻等级100,强度损失率%、重量损失率%,抗渗等级40。 高抛免振捣自密实混凝土 摘要本文提出了对高抛免振捣自密实钢管混凝土性能的评价方法、性能指标以及相应的试验方法。根据上述方法对配置的免振捣自密实钢管混凝土拌合物进行试验验证,并进行了两次与现场施工状况完全相同的模拟高抛试验。从模拟高抛试验的检测结果可以证明,本文提出的研制高抛免振捣自密实混凝土的一整套技术是切实可行的。关键词高抛免振捣自密实混凝土钢管混凝土高性能混凝土混凝土外加剂 1高抛免振捣自密实混凝土性能评价方法及性能指标1.

33、1高抛免振捣自密实混凝土拌合物性能评价方法和试验方法1.1.1坍落度S1p和坍落扩展度Lsf坍落度是用来评价混凝土拌合物流动性的最常用的方法。但是当混凝土拌合物的坍落度大于25cm时,就显得无能为力了。为弥补这一点,一种普遍采用的方法是测量坍落扩展度以及扩展速度。坍落扩展度不但是衡量混凝土拌合物流动性好坏的一个很直观的方法,而且也可以从坍落扩展的过程中判断混凝土拌合物的抗离析性能。扩展速度是通过从坍落度筒上提开始计时,流至直径为50cm时的时间来计量的。从流变力学的角度来看,扩展速度可以反映混凝土拌合物的粘度系数。但是测定坍落扩展速度要求很高,在实际施工中较少采用。坍落度和坍落扩展度试验影响因

34、素较大,如铁板表面的含水率、坍落度筒上提的速度和垂直度、扩展度测量时间、扩展的均匀程度等因素有关。但坍落度试验简单易行,而且从坍落扩展的过程中,可以目测混凝土拌合物抗离析能力,故坍落度和坍落扩展度试验可作混凝土拌合物初步控制用。所以有些工程在实际施工中就把坍落度和坍落扩展度作为控制免振捣自密实混凝土拌合物性能的一种方法。1.1.2充填性试验用U型仪做混凝土拌合物充填性试验是被实践证明评价混凝土拌合物充填性最有效的方法。U型仪分左右两腔,中间有距底板一定距离的隔板分开。试验时用挡板挡住间隙。将混凝土装入左侧箱内,装满后上提挡板,混凝土拌合物从底部间隙流过,测量2min时两侧混凝土的高差H。1.1

35、.3流动性试验用L型流动仪做流动性试验克服了坍落度试验的不足,受人为因素影响较小,是衡量流动度的一个较理想的方法。试验时把L型流动仪置于水平位置,混凝土拌合物装入左侧箱内,用抹刀抹平后上提隔板,量取2min混凝土流动的长度Lf。1.1.4抗离析性能试验混凝土拌合物抗离析性能可以通过U型仪试验后左右两腔粗骨料对含量G来判别。如果混凝土拌合物抗离析性能欠佳,先装入的那一腔混凝土粗骨料会下沉,左右两腔混凝土的粗骨料相对含量就会有较大差别,这样就能判别混凝土拌合物的抗离析性能。通过坍落扩展度试验,目测混凝土拌合物的抗离析性能。要求粗骨料中间不集堆,而且混凝土拌合物扩展边缘无砂浆析出。1.1.5模型试验

36、模型试验是模拟实际工程中局部的施工条件,制作模拟试验模型,进行验证性试验。1.2混凝土物理力学和长期耐久性能评价高抛免振捣自密实混凝土的物理力学和长期耐久性能的评价方法与C60混凝土相同。1.3高抛免振捣自密实混凝土性能指标1.3.1混凝土拌合物性能指标坍落度S1p255mm;坍落扩展度Lsf600mm;充填性H5mm;流动性Lf700mm;抗离析性G7%;保塑性90min内满足以上各项指标要求。1.3.2混凝土力学性能指标应达到相应强度等级的普通混凝土力学性能指标。其耐久性指标,除应满足设计要求外,为避免混凝土收缩产生裂缝,按普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法(GBJ8285)要求的标准试

37、验方法,28d收缩值不宜大于0.3mm/m。2高抛免振捣自密实混凝土的配制2.1混凝土原材料水泥:小野田525硅酸盐水泥;外加剂:中国建筑科学研究院生产CABR-SF高性能混凝土外加剂,减水率达到35%,且具有增强、保塑、增稠、减缩和降低混凝土拌合物剪应力等综合效应;掺合料:深圳妈湾电厂 级粉煤灰;砂子:深圳东莞中砂,表观密度2620kg/m3,含泥量1.1%,泥块含量0.4%,细度模数2.7;石子:深圳深云碎石,表观密度2640kg/m3,含泥量0.8%,泥块含量0.4%,压碎指标6.9%,最大粒径25mm。       

38、   2.2混凝土配合比(见表1)表1混凝土配合比(重量比)kg水泥粉煤灰水外加剂砂石42018017220.227598560.70.30.310.0341.2651.427 2.3配合比的验证试验验证试验目的是要验证特定配合比的混凝土各种性能的复演性。验证其充填性和流动性在每盘中的复演性以及其配制强度是否符合规定的要求。验证试验结果如下:(1)坍落度平均值为27.7cm;坍落度之间相差的最大值为1.9cm。(2)坍落扩展度均值的平均值为79.2cm;坍落扩展度平均值之间相差的最大值为6.25cm;坍落扩展度均值:每个坍落扩展度两垂直方向相差的最大值为

39、10cm;从坍落扩展度试验中可以观察到混凝土的抗离析性能很好。(3)U型仪高差平均值为0.8mm;U型仪高差之间相差的最大值为2mm。(4)L型仪流动度平均值为933mm;L型仪流动度之间相差的最大值为105mm。(5)混凝土拌合物的抗离析性能试验结果如表2所示,G=4.9%5.5%。表2抗离析性能试验H1G1G1/H1H2G2G2/H2G1+G2H1+H2G19.667.170.36417.055.900.34613.0736.170.04916.796.770.40314.326.100.42612.8731.110.055注:G=|(G1/H1-G2/H2)|/(G1+G2)/(H1+H

40、2)式中:G为抗离析性;H1为一腔的混凝土重量;H2为另一腔的混凝土重量;G1为一腔的粗骨料重量;G2为另一腔的粗骨料重量。(6)对试验编号为Y2-7的这一盘做了90min后的保塑性试验,其结果如表3所示,证明保塑性符合要求。表3保塑性能试验S1p(cm)Lsp(cm)Lf(mm)H(mm)G(%)时间(min)27.584×74.528755.51027.076×7438201.5590 (7)用优化后的配合比配制的混凝土拌合物的充填性、流动性和抗离析性能是非常稳定的。(8)用免振捣方法成型了3d、7d、28d检测强度的试件;且每盘用插捣方法成型一组与免振捣方法

41、成型的混凝土试件强度作对比。免振捣成型的混凝土28d强度最大值为75.5MPa,最小值为63.8MPa,平均值为69.8MPa,强度标准差为2.36MPa;插捣成型的混凝土28d强度最大值为73.2MPa,最小值为62.5MPa,平均值为69.6MPa,强度标准差为3.67MPa;由此可以得出:28d免振捣成型的强度完全满足C60强度等级的要求。而且其离差很小,说明这种混凝土的力学性能比较稳定。免振捣成型的强度略高于插捣成型的强度,其标准差也小于插捣成型的标准差。这说明用免振捣成型对免振捣自密实混凝土的强度没有任何影响,从某种意义上说,只有用免振捣成型的方法才更适用于这种性能的混凝土。3模拟试

42、验模拟试验是完全模拟赛格广场钢管混凝土的真实施工状况,对具有2.3性能的高抛免振捣自密实混凝土的保持性能、施工性能、成型后的自密实性能及力学性能进行进一步的试验验证。模拟试验由中建二局深圳南方公司赛格项目组负责实施。模拟试验采用18mm厚胶合板加工成 1600mm×1800mm和 800mm×1800mm半圆形模板,内包铁皮,做成 1600mm×1800mm和 800mm×1800mm两个圆柱,上套钢管。混凝土从11.1m高度,泵送或料斗高抛,免振一次成型。还用胶合板做成900mm×900mm×1800mm方形柱,采用低位直接泵送入模

43、,免振一次成型。混凝土浇筑后24h拆模,检查其外观,然后用麻袋包裹,浇水养护7d。到28d龄期后用抽芯取样的方法,检查从柱顶到柱底混凝土的密实度、均匀性和强度。我们用2.2的配合比进行了二次模拟试验。模拟试验结果如下:(1)经混凝土搅拌车的运送,达到施工现场约需1h,混凝土拌合物的各种流变性能都优于在搅拌站时的性能;再经2h的施工,仍然保持这种优异的流动性、充填性和抗离析性能。(2)从浇筑外观的质量看,不论是用泵送或料斗高抛免振捣成型还是低位免振捣成型,混凝土成型质量良好,无蜂窝麻面,表面密实。(3)各柱的粗骨料沿高度方向分布均匀,无任何分层离析现象。(4)深圳质检站检测报告:同条件养护试块2

44、8d强度为83.4MPa;混凝土芯样共计49个,其强度最小值为74.25MPa;最大值为89.9MPa;平均值为82.6MPa;标准差为3.47MPa。4混凝土其它物理力学性能这种混凝土的其它力学性能委托国家工程质量监督检验中心检测,各种性能指标如表4所示。  表4混凝土物理力学性能统计轴压强度(MPa)弹性模量(MPa)劈拉强度(MPa)抗折强度(MPa)150d收缩(mm/m)72.53.99×1044.615.50.414 5结论(1)高抛免振捣自密实混凝土技术与以往任何混凝土技术不同,以往的混凝土技术都是借助于用外界的技术措施来达到混凝土特定性能

45、要求的,而高抛免振捣自密实混凝土技术是依靠混凝土自身的优异的性能来达到的,所以高抛免振捣自密实混凝土是一种高性能混凝土。(2)本文提出的高抛免振捣自密实混凝土性能试验方法及其性能指标,为评价高抛免振捣自密实混凝土性能提供依据。(3)按本文提出的配合比配制出高抛免振捣自密实混凝土,用同条件模拟试验证实混凝土拌合物具有超高流动性、充填性、抗离析性和保塑性能,既能采用泵送或料斗高抛施工,也能采用低位泵送浇注施工,成型的钢管混凝土芯柱,具有高度的匀质性,强度等级符合C60的要求,达到C80;其它物理力学性能指标符合设计要求,是一种高强高性能混凝土。(4)我们在试验研究基础上提出的“高抛免振捣自密实混凝

46、土质量标准”、“生产质量控制规程”和“施工技术规程”为高抛免振捣自密实混凝土的生产和施工提供依据和保证。(5)高抛免振捣自密实混凝土技术,进一步完善我国钢管混凝土结构的施工工艺,减轻工人的劳动强度,避免管内危险作业和人为影响混凝土质量的因素,有效地控制混凝土质量,加快施工进度,在钢管混凝土结构工程的施工中具有广阔的应用前景。  自密实混凝土研究进展发布人：jobin 发布时间：2009年11月25日 被浏览 1063 次自密实混凝土研究进硅酸盐学报第35卷第5期2007年5月摘 要：评述了自密实混凝土在其设计方法与制备技术领域的研究进展。深入调

47、查了自密实混凝土拌合物工作性的测试与评价方法及其应用技术等方面的最新动态。综合分析了自密实混凝土拌合物的流变特性、硬化后的性能及其微观结构特征。对自密实混凝土的设计原理、工作性测试评价方法及其工程应用的发展前景进行了展望，指出了加强自密实混凝土施工质量控制措施及其质量保证体系研究的重要性。关键词：自密实混凝土；自密实性；设计方法；性能；应用中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：04545648(2007)05067108自密实混凝土这一概念最早由日本学者Okamura 于1986 年提出1。随后，东京大学的Ozawa等2开展了自密实混凝土的研究。1988 年，自

48、密实混凝土第一次使用市售原材料研制成功，获得了满意的性能，包括适当的水化放热、良好的密实性以及其他性能。与普通混凝土相比，自密实混凝土具有以下性能特点2：(1)在新拌阶段，不需人工额外振捣密实，依靠自重充模、密实。(2)早龄期阶段，避免了原始缺陷的产生。(3)硬化后，具有足够的抗外部环境侵蚀的能力。近20 年来，由于自密实混凝土的优越性，自密实混凝土的研究与应用实践在世界范围内广泛展开39。中南大学等单位于2005 年5 月2628 日在湖南长沙主办了我国第一次自密实混凝土技术方面的国际研讨会(1st International Symposium on Design,Performance

49、and Use of Self-Consolidating Concrete,SCC2005China)。为促进我国自密实混凝土技术的发展，综合评述了自密实混凝土的设计方法与配制技术、拌合物性能与硬化性能及其工程应用等方面的研究进展，并对其未来的发展与应用前景进行了展望。1 自密实混凝土的设计方法与制备技术1.1 设计方法及原理混凝土设计是指确定其合适的原材料组成及其比例，使其达到预定目标性能的设计方法。与普通混凝土相比，自密实混凝土的关键是在新拌阶段能够依靠自重作用充模、密实，而不需额外的人工振捣，也就是所谓的“自密实性(self-compactability)”，它包括流动性或填

50、充性、间隙通过性以及抗离析性等3 个方面的内容2。自密实混凝土拌合物的自密实过程可由图1 表示，粗骨料悬浮在具有足够粘度和变形能力的砂浆中，在自重的作用下，砂浆包裹粗骨料一起沿模板向前流动，通过钢筋间隙、进而形成均匀密实的结构。自密实混凝土拌合物的自密实性，为硬化混凝土的性能提供了重要保证，因而，也是进行自密实混凝土设计的重要基础，已有的自密实混凝土设计方法大部分是根据这一原理发展的。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、泰国、荷兰、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10

51、20，归纳起来可以分为三类：(1) 基于自密实混凝土拌合物的变形性、间隙通过性以及抗离析性的理论分析，结合实验室试验研究结果，建立拌合物变形性、抗离析性以及间隙通过性与其配合比参数之间的经验关系。如：日本学者Edanatsu 等11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12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等。Edanatsu 等认为：砂浆的变形性能对自密实混凝土拌合物性能起关键作用，自密实混凝土拌合物中砂子与砂浆的体积比(VS/Vm)相对固定，然后基于普通混凝土配合比设计方法即可进行自密实混凝土设计，并研究提出

52、了一种测定砂浆变形性能和粘度的V 形漏斗测定方法。这一模型比较简单，操作简便。然而，这一设计方法理论依据不充分，实验依赖性较强，而且对于粗骨料含量、性质等参数对自密实混凝土拌合物性能的影响不明确。Kasemsamrarm 等12认为：自密实混凝土拌合物的自密实性取决其变形性、离析以及间隙通过性，其关键影响因素是拌合物的自由水含量、粉体与骨料的保水性以及固体颗粒的有效表面积，由此建立了这些参数与变形能力、变形速度、离析等之间的经验模型。由于混凝土拌合物体系组成非常复杂，很难用数学公式对其自由水含量、固体颗粒的有效表面积等参数进行精确量化，而且仅以泌水量反映拌合物的离析性能似乎缺乏足够的说服力。(

53、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 13开发了可压缩密实模型(compressiblepacking model, CPM)；Oh 等14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；Bui 等 15基于经济性、耐久性提出了最小浆体体积的自密实混凝土设计方法等。Sedran 等提出的CPM 模型主要根据自密实混凝土拌合物流变性能与混合物体系密实度、超塑化剂等参数之间的理论分析，并考虑计算的精确性和快速化，开发了一套配合比设计软件，其建立的模型如下两式所示：其中： ， 分别为粘度、屈服剪切应力

54、；a0，a，b，m 分别为与超塑化剂有关的常数；Sp，Sp*分别为超塑化剂掺量及其饱和点掺量，下标p 表示超塑化剂；Ki 为与颗粒混合物体系有关的密实指数，di 为颗粒粒径，下标i 表示第i 级尺寸的颗粒。该模型采用计算机处理，大大减少了工作量。然而，该模型需要进一步建立混凝土拌合物的流变性能与实际工程应用中工作性参数之间的联系，以利于现场施工控制与应用；而且，由于原材料参数的复杂性，需要建立适用于由更广泛性质原材料组成的混合物流变模型并考虑其变异性。(3) 由于混凝土混合物组成的复杂性及其对混凝土拌合物性能的高要求，导致理论计算分析与模拟的不

55、确定性和困难，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18，即：通过积累大量的实验数据，建立原材料配比参数与混凝土性能之间的经验关系。然而，此方法工作量非常巨大，需要进行大范围的相关数据的收集累积，建立相关的数据库，以提高模型的普适性。综上所述，由于已有的设计方法在全面反映自密实混凝土拌合物性能的真正内涵及其在体现混凝土工作性、强度等级与耐久性之间的相互协调关系或是实用性等方面存在差距，目前还缺乏被广泛认同接受的自密实混凝土设计方法。1.2 配制技术自密实混凝土原材料包括：粗细骨料、胶凝材料、超塑化剂等。为了获得满意的性能，必须采取相应的技术途径，对自密实

56、混凝土进行精心设计，确定各特定性质组成材料的合理比例。实践表明：混凝土拌合物的性能取决于浆体和骨料的性质与含量。当骨料性质与含量一定时，优化浆体的粘度、屈服剪切应力，即可获得满意的拌合物工作性。Okamura 等1认为：通过限制骨料的含量、选用低水胶比以及添加超塑化剂等措施，可使混凝土拌合物达到自密实性要求。Okamura 等为预拌混凝土工厂制定了如下配制自密实混凝土的技术原则：(1)混凝土中粗骨料占总骨料体积的50%；(2)细骨料占砂浆体积的40%左右；(3)水与胶凝材料体积比根据胶凝材料性质调整，在0.91.0 之间；(4)依据拌合物的自密实性，确定超塑化剂的掺量和最终的水胶比。随着矿物掺

57、合料、高分子聚合物合成技术及其在混凝土中的应用技术进步，自密实混凝土已形成了三大配制技术途径，即所谓的矿物掺合料(填料)体系、增稠剂体系以及两者并用体系2123。化学外加剂对促进混凝土技术的发展起到了非常大的作用，其应用潜力巨大，包括自密实混凝土在内的混凝土外加剂的研制与应用技术还有很大的发展空间。相信在不久的将来，自密实混凝土技术会取得更大的突破，配制技术、经济性不再成为其广泛应用的障碍，自密实混凝土将成为真正普遍应用的“普通混凝土”。2 自密实混凝土拌合物性能及其测试方法2.1 自密实混凝土拌合物的流变性能研究混凝土这类材料的流变性一般采用Bingham 模型，这个模型包括粘度系

58、数 和屈服剪切应力 两个参数。对于特定骨料体系的自密实混凝土，其流变参数主要取决于浆体的流变性能。因而，矿物掺合料、化学外加剂等对混凝土流变性能影响较大，目前改善混凝土的流变性质的主要技术途径是掺加矿物粉体材料、超塑化剂以及增稠剂等2428。为了测定混凝土的流变性能参数，开发了不同的混凝土流变仪，然而，不同流变仪测得的参数并没有可比性29。因而，必须开发具有普遍意义上的混凝土流变仪，以深入认识自密实混凝土的流变性能。混凝土拌合物相对砂浆、水泥浆体体系更为复杂，而且与普通混凝土相比，自密实混凝土拌合物的流变性能要求更高，必须合理平衡其粘度和屈服剪切应力值，才能使其达到所要求的

59、“自密实”。因而，大部分学者从组成自密实混凝土的砂浆、水泥浆体的流变性能来研究自密实混凝土拌合物的流变特性11,3032。Ouchi32研究认为：混凝土拌合物的自密实性主要与粗骨料占固体体积的比例、粗骨料级配、砂浆的变形性与粘度以及砂浆的压力传递性能等5 个因素有关。目前，有关自密实混凝土拌合物流变参数与其宏观工作性参数之间相互关系等方面的成果还很少；而且，对于满足“自密实性”的混凝土拌合物的粘度与屈服应力值的取值范围也不甚清楚，仅在Sedran 等13的论文中有一些介绍，认为， 分别小于等于200 Pa·s，400 Pa 时，混凝土拌合物具有良好的流动性和可泵性。总的来说，采用混凝土拌合物的流变参数来指导其工程实践还存在差距，其实用性需进一步研究。但无论如何，采用粘度、屈服剪切应力两个流变参数能真正全面表征自密实混凝土拌合物的流变特性，具有较强的理论意义。2.2 自密实混凝土拌合物的工作性及其检测评价混凝土拌合物的工作性能与其工程应用实践存在直接联系。因而，由于工业、工程应用实践等方面的相关需求，促使不少学者对自密实混凝土拌合物的工作性能开展了较为广泛的研究，包括：工作性的影响因素、测试方法及其评价指标等。随着自密实混凝土应用领域的拓展，