自密实混凝土的配合比特征与硬化后的性能优缺点-朋-批注

1、自密实混凝土的配合比特征与硬化后的性能优缺点摘要：首先论述了自密实混凝土的配制原理，然后讲述了自密实混 凝土的配合比设计原则与其特征，最后论述了自密实混凝土硬化后 的性能优缺点。关键词：自密实混凝土；配合比；硬化。0 引言20世纪80年代初，混凝土结构的耐久性问题在日本引起了广 泛的关注。为了减少混凝土施工质量下降的问题，而衍生了自密实 混凝土，这一概念首先是Okamura在1986年提出的。自密实混凝 土(SelfCompacting Concrete ,简称 SCC)是高性能混凝(Higll Performance Concrete,简称HPC)的一种，是指具有不离析、不泌 水，能够不经振

2、捣或少振捣而自动流平，并能够通过钢筋间隙充满 模板的混凝土，即无需振捣，仅依靠自重作用就能仿混凝土密实填 充模板的各个角落。其与相同强度等级的普通混凝土相比，具有 较大的浆骨比、砂率较大、细掺料总量大的特点，有很高的施工性 能。但至今为止，国内在自密实混凝土的配制技术上，仍未形成 一种统一的配合比方法，因为对其配合比特征是很有意义的。混凝 土硬化后，在力学性能和耐久性方面与普通混凝土相比具有很大优 势。1 国内外应用研究现状自密实混凝土自80年代后半期由日本东京大学的岗村甫提出来而问世以来，它的应用越来越广泛，其研究也越来越受到重视。此 后，北京建工集团二公司开始研制并试用。中南大学等单位于2

3、005 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 Design, Performance and Use of Self-Consolidating Concrete, SCC, 2005-China)o 特 别是近几年，国内免振捣自密实混凝土的研究有了很大起色，到目 前为止，己经将自密实混凝土应用于各类工业与民用建筑、道路、 桥梁、隧道及水下工程但是由于各地原材料和施工条件的差 别，具体实施时不能照搬国内外同行的技术经验。为保证自密实混 凝土具有良好的工作性，且完全符合自密实混凝土的工作性要求， 可通

4、过采用优化配合比的方式来改善其工作性能，以达到自密实 性。所以，对自密实混凝土的配合比特征与硬化后的性能优研究是 很有必要的。2 自密实混凝土的制备原理图1自密实混凝土拌合物的自密实过程Fig.l Selcompacting process of self-compacting ccmcrete mix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 (selfcompactability )”， 它 包括流动性或填充性、间隙通过性以及抗离析性等3个方面的内容。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

5、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，己有的 白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) J ,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，归纳起来可以分为三类：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

6、，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Kasemsa瑚ra彻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等。(2)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

7、，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。(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，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

8、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 自密实混凝土的配合比设计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，必须对自密实混凝土进行精心的配合比 设计，并且配比设计方法直接影响混凝土成本，如果考虑不当将导 致成本大幅度提高。确定各特定性质组成材料的合理比例。自密实 混凝土发展至今，国内外学者提出的配合比设计方法主要有：固定 砂石体积法、全计算法、改进全计算法、参数没计法、骨料比表面 积法、简易配合比设计方法等。自密实混凝土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

9、充性。新拌混 凝土的自密实性与配合比中粗骨料所占比例，粗骨料的级配，胶凝 材料浆体的压力传递能力、变形性能及粘性有很大的关系。4 自密实混凝土的配合比特征自密实混凝土的配合比特征主要包括高粉体用量、低骨料用 量、低水胶比等。4. 1高粉体用量自实混凝土中的粉体种类较多，如水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀 剂、矿渣、保水剂、砂子中的石粉、外掺的石粉等外。4.2砂率砂率是影响混凝土拌合物匀质性和填充性的重要因素。砂率过 大或过小都将引起扩展度的减小，但砂率对坍落度的影响较小。大 量的试验表明，自密实混凝土的砂率一般在45%55%范围内取值比 较适宜，粗细骨料比以0. 85-1.20较为合适.对于砂率的控制

10、，根据 美国混凝土专家P. K . Me -hta和P. C. Aitcin的观点，高性能 混凝土同时达到最佳的施工和易性和强度性能,其水泥浆与骨料的体 积比应为35 ： 65 o4. 3砂与胶凝材料浆体试验表明，砂子在砂浆中的体积含量超过42%以上,堵塞随砂体 积含量的增加而增加；当砂体积含量达到44%时，堵塞机率为100%。 故砂浆中砂体积含量不能超过44%。小于42%时,可完全不堵塞，但砂 浆的收缩随砂体积含量的减小而增大，故砂子在砂浆中的体积应不低 于42%,胶凝材料在浆体中的体积含量不高于58%。4.4胶凝材料和水胶凝材料浆体包括胶凝材料和水两相,其关系即水胶比。水胶比 大则浆体浓度

11、小，混凝土有较好的流动性，但强度随水胶比的增大而 下降。为保证混凝土的耐久性，高性能混凝土水胶比应低于0.4。可 用矿物掺合料调节混凝土强度和拌合物的粘度。由有关文献可知,对 掺加掺合料如粉煤灰、强度等级不超过C50的高强自密实混凝土, 混凝土强度与水胶比m( w)/m( c+f)有线性关系的假设仍是成立的, 根据混凝土配制强度可导出水灰比(或水胶比)的近似计算公式：m (坟)f) /az.p nQ*式中：feu, p为混凝土的配制强度；fee为水泥的实测强度；m( w)/m( c+f)为水灰比(或水胶比)；a , B为回归系数，对碎石 混凝土，a =0.48, 3 =0. 52；对卵石混凝土

12、，a =0. 50 ,8=0.61。要满足自密实混凝土的流动性要求，水胶比一般根据经验在0. 30 0. 40之间取值,且用水量不宜超过200 kg/m3,可用矿物掺合料调节 混凝土强度和拌和物的粘度。自密实混凝土硬化后的性能优缺点自密实混凝土硬化后具有良好的力学性能、优异的耐久性能以 及体积稳定性。且硬化后的表面十分致晰，渗透性低，从而又提高 了其耐久性。但是其硬化后的自密实混凝土耐久性非常有限,尤其是在寒冷气候条件下。同时，自密实混凝土中还有不稳定的气泡。高 流动自密实性混凝土与普通混凝相比，干燥收缩稍大一些“°】。5.1 力学性能新拌混凝土的质量、施工过程中振捣密实程度、养护条

13、件及龄 期等决定了自密实混凝土硬化后的性能。在水胶比相同条件下，自 密实混凝土的抗压强度、抗拉强度与普通混凝土相似，强度等级相 同的自密实混凝土的弹性模量与普通混凝土的相当。另外，与相同 强度的高强混凝土相比，虽然自密实混凝土与普通高强混凝土一样 呈现出较大的脆性，但自密实混凝土的峰值应变明显偏大，这表明 白密实混凝土具有更高的断裂韧性115.2 长期耐久性能近年来，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。自密实混凝土的水灰比、水 胶（水泥+填料）比是影响氯离子渗透深度的关键因素，自密实混凝土 中氯离子的渗透深度要比普通混凝土的小。自密实混凝土由于含有

14、 较多的胶凝材料，导致其水化放热增大，且最大放热峰出现更早， 填料（矿物掺合料）掺入后可以避免过大的水化放热，但由于填料起 到晶核作用而明显影响自密实混凝土的水化过程。5. 3体积稳定性自密实混凝土由于浆体含量相对较多，因而其体积稳定性成为 关注的重点之一。在密封与非密封条件下，影响自密实混凝土收 缩、徐变的主要影响因其水灰比，相反，填料的细度对收缩与徐变 无显著影响；同时，虽然水泥强度等级对自密实混凝土的收缩无影 响，但不可忽视其对自密实混凝土基本徐变和干燥徐变的影响作 用。此外，环境条件对自密实混凝土的徐变变形影响显著。为了其 体积稳定性可以得到较好的控制，通常情况下，自密实混凝土采用 低

15、水胶比以及较大掺量的矿物掺合料等合理的配合比设计111o5.4气泡由于自密实混凝土的高流动性，原本引入的适宜气泡很容易被破 坏掉,空气容易被排出来,小气泡变成大气泡。近来Siebel和Khay at等人己经对自密实混凝土中的气泡的稳定性进行研究。他们的结 论是人们可以生产出抗冻融的自密实混凝土。根据Siebel,加入高 效减水剂的自密实混凝土抗冻融,需要比普通混凝土更高的含气量。 Khayat等人也对自密实混凝土中不稳定的小气泡合并进行了研究， 认为为保证自密实混凝土中稳定的气泡系统,塑性粘度和屈服应力分 别不应超过ION. m. s和2N. m。6. 自密实混凝土发展前景展?SCC具有许多振

16、动密实混凝土所不具备的优点，有良好的发展前景。但目前仍需要进行深入的研究敏感性问题。SCC的性能会受 1 /1到原材料质量、配合比、搅拌运输设备等波动因素的影响而大幅度 变化，这是一个重要的课题。未来需要探求更为优异的超细粉掺合 材.，制订自密实混凝土配合比设计规程和统一的工作性检测方法。参考文献：1谢雄敏 有关自密实混凝土的配合比设计的相关研究期刊论 文-ChengShi Jianshe Li Lun Yan Jiu,2012 (2).2 QZAWA K,MAEKAWA K,KUNISHIMA M,et al.Development of high performance concrete

17、based on the durability design of concrete structure A.The Second East-Asia and Pacific Concrete on Structural Engineering and Construction (EASEC-2)C,Tokyo,Japan, 1989.445-450. 3邢振影自密实混凝土的理论分析与配合比设计期刊论文-中 国科技博览2011(15).4 OKAMURA Hajime,OUCHI Masahiro.Ssif-compacting concrete:development,presentusea

18、ndfutureA.In:SKARENDAHLA,PETERSSON O eds.Proceeding of 1st International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete C.Paris:RILEM Publication SARL,1999.3-14.5 EDANATSU Yoshinobu,NISHIDA Naoki. A rational mix design method for self-compacting concrete considering interaction between coarse aggregate

19、 and mortar particles A. In:SKARENDAHL A,PETERSSON O eds.Proceeding of 1st International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete C.Paris:RILEM PublicationSARL J 999.309-320.6 kASEMSAMRARNJANGTERMSIRIKUL S.A design approach for self-compacting concrete based on deformability,segregation resistance and passing ability model A.In: YU ZHiwu, SHI Caijum, KHAYAT K H,et al eds. Proceeding of 1st International Symposium on Design,Performance and Use of Se