自密实混凝土的研究现状及展望

1、自密实混凝土的研究现状及展望摘要:本文简要说明了自密实混凝土的定义,概述了自密实混凝土的发展历程以及当前国内外的研究现状,着重介绍了当前较为成熟的自密实混凝土配制技术和主要性能,并对其未来的发展给出了建议。关键词:自密实混凝土;高性能;配制技术;性能1引言近年来混凝土工程不断向规模化、复杂化、高层化方向发展,钢筋混凝土体内配筋越来越复杂稠密,浇筑难度很大,振捣困难,导致工程质量难以保证;对于已有建筑、桥梁的加固工程等,更是难以用普通混凝土进行正常施工;同时城市建筑施工因混凝土振捣引起的噪音污染问题也亟待解决。在此工程背景下,自密实混凝土以其独特的优点脱颖而出。自密实混凝土源于高性能混凝土而高于

2、高性能混凝土,是高性能混凝土的一个重要分支和发展方向。自密实混凝土是于上世纪80年代首先在日本发明和应用的,而后推广至欧美等发达国家,进而传入我国。这一概念最早由日本学者Okamum于1986年提出,该混凝土能够在自重作用下,均匀密实的填充至试模空间,而且不发生离析,因此在成型过程中不需要振捣,减小噪音,减少环境污染,给施工带来方便,给周围居民带来安宁和谐的环境。自密实混凝土是基于混凝土的施工性能来分类和命名的,这是一种流动性大、不用振捣即可自行密实的混凝土,其某些性能类似于大流动性混凝土和泵送混凝土,但又不完全相同。与普通混凝土相比,自密实混凝土具有以下性能特点:(1在新拌阶段,不需人工额外

3、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。自密实混凝土一方面要求在不增加水泥用量和用水量的前提下具有大流动性混凝土的施工性能,便于浇筑成型时免于振捣,另一方面又要求得到泵送混凝土的质量, 保证浇筑时不离析,硬化后不开裂,而且耐久性要好,所以它是一种新型的混凝土材料。2 自密实混凝土的研究现状2.1自密实混凝土的发展概况在水泥混凝土技术发展的初期,采用干硬性混凝土建造大体积的建筑物,用人工捣实方法使混凝土密实。当采用钢筋混凝土以后,由于构件断面小、钢筋密,当时又缺乏捣实机械,所以就采用塑性、易成型的混凝土,这样的混凝土强度和耐

4、久性都不够稳定。后来,随着振动捣实机械的使用,干硬性混凝土得到了很大的发展,这比手工振捣的塑性混凝土能节约水泥,提高强度和耐久性,但施工时能耗大、工效低,不能适应建设工程迅速发展的需要。因此,随着外加剂的兴起,干硬性混凝土在现浇混凝土工程中的应用日益减少,采用外加剂的塑性混凝土重新得到了普遍推广。近年来,高效减水剂的出现使配制自密实混凝土成为了可能,自密实混凝土最早是在20世纪后期由前联邦德国研制出来的,后来传至英国、美国、加拿大和日本等国,准确的概念是由日本学者Okamum于1986年提出,随后,东京大学的Ozawa等开展了自密实混凝土的研究。1988年,自密实混凝土第一次使用市售原材料研制

5、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。这也为其后来的推广应用奠定了基础。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,但是在我国,由于高效减水剂的开发较晚,自密实混凝土的研究时间也较短,在实际工程中的应用还不是很多。2.2国内外研究应用现状近年来,欧美等一些国家都大力发展推广使用自密实混凝土技术。到2004年日本自密实混凝土总使用量已超过250万m3,并且在混凝土制品中的应用有逐年增加之势。目前,日本正在致力于将自密实混凝土从高性能混凝土发展成普通混凝土。其中较典型的工程应用是跨度为1990m的明石海峡大桥,由于采用自密

6、实混凝土施工,工期由2.5年缩短为2年,缩短工期20%。同时,欧美各国也在大力推广自密实混凝土的应用。美国西雅图双联广场是迄今为止自密实混凝土应用中强度最高的。在我国,冯乃谦教授于1987年就提出了流态混凝土概念,奠定了我国这一领域研究的基础。目前, 自密实混凝土已广泛应用于各类工业民用建筑、道路、桥梁、隧道及水下工程、预制构件中, 特别是在一些截面尺寸小的薄壁结构、密集配筋结构等工程施工中显示出明显的优越性。在一些复杂结构中, 加固建筑, 以及大体积复杂结构中都有应用。尤其是最近一些国家标志性建筑比如国家大剧院,国家体育场, 新北京南站都大量使用了自密实混凝土。3自密实混凝土的配制技术自密实

7、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。(1原材料水泥:自密实混凝土对水泥无特殊要求,采用普通硅酸盐水泥即可。对采用早强硅酸盐水泥和抗硫酸盐水泥配制自密实混凝土目前尚缺乏经验。骨料:自密实混凝土对骨料的要求很高。考虑混凝土的和易性、离析等因素,必须注意选择骨料的最大粒径、粒型和级配。配制自密实混凝土时其粗骨料最大粒径一般不超过25cm,针、片

8、状颗粒含量要少。如果骨料级配不好,自密实混凝土的粘性不足,容易离析、泌水多。矿物掺合料:粉煤灰是目前使用最多的矿物掺合料,在自密实混凝土中掺加粉煤灰可以改善和易性。对于掺加其他矿物掺合料配制自密实混凝土的研究还不全面。化学外加剂: 高效减水剂是配制自密实混凝土的关键材料,减水率要求达到20% 以上,掺量应在1%以上。(2配合比自密实混凝土配合比设计的一般原则是:要求拌合物具有很高的坍落度,能自行密实,而且不产生离析;满足所要求的强度和耐久性。水灰比:自密实混凝土的水灰比和普通混凝土的水灰比基本相同,根据要求的强度和耐久性来确定。单位用水量:在采取其他措施能保证自密实混凝土坍落度的前提下,应尽量

9、降低单位用水量。砂率:为了保证自密实混凝土在泵送时和浇筑后不离析,要适量增加砂率。4自密实混凝土的性能(1坍落度坍落度是衡量自密实混凝土自密实能力的重要技术指标,一般要求自密实混凝土的坍落度在2025cm 之间。坍落度太低,不能保证自密实混凝土浇筑后的密实度。如果高效减水剂的掺入量过多,自密实混凝土的坍落度过大,则在运输、浇筑等过程中粗骨料易产生离析,混凝土容易产生蜂窝麻面。自密实混凝土虽然初期的坍落度很大,和大流动性混凝土差不多,但是由于自密实混凝土坍落度的经时损失比大流动性混凝土大得多,所以自密实混凝土在工程中的应用受到了一定程度的制约。研究表明,通过采用合适的高效减水剂添加方法和选择合适

10、的水泥品种,可以在一定程度上缓解这一问题。(2泌水性自密实混凝土比大流动性混凝土用水量少,当坍落度相同时,泌水量也较少。但是由于大部分自密实混凝土是泵送施工的,对这一问题还是要重视。(3抗离析性自密实混凝土由于流动性较大,因此在具有压力梯度的地方,易于流动的水泥浆会最先开始流动,骨料就会残留下来而产生离析现象。如果离析程度比较严重,就会产生内部孔洞,达不到自密实的效果。(4含气量为了达到高坍落度的目的,自密实混凝土的含气量比普通混凝土要高。虽然含气量高一些,可以提高自密实混凝土的抗冻性和抗海水腐蚀能力,但会使自密实混凝土的抗压强度降低。根据经验,混凝土中含气量增加1%,坍落度约增加1.5cm,

11、抗压强度则降低约5%。当采用引气型的高效减水剂时,这一问题尤其要引起重视。(5力学性能硬化混凝土的性能取决于新拌混凝土的质量、施工过程中振捣密实程度、养护条件及龄期等。自密实混凝土由于具有优异的工作性能,在同样的条件下,其硬化混凝土的力学性能将能得到保证。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,这表明自密实混凝土具有更高的断裂韧性。5展望随着中国内陆基础设施的大规模建设,道路桥梁、水工大坝、铁路设施等混凝土工程量迅速增加。这些工程都是在野外比较困难的条件下施工的,工程进度的效率和连续性成了最为关键的问题。自密实混凝土正是解决这些问题的最有效材料。通过学习我们可以知道自密实混凝土在以下几个方面可以取得较好的技术和经济效果:钢筋密集、振捣困难的部位;采用泵送混凝土时;必须均匀致密地抹平混凝土时;对于墙壁、楼板、屋面板等构件,可以不用振捣,而高效率地浇筑混凝土。今后,如何量化和保证自密实混凝土