自密实混凝土的优越性及制备要点

关键字：自密实混凝土；优越性；材料选择；配合比摘要：自密实混凝土具有很高的流动性，能不离析、不泌水、不经振捣仅依靠重力而自流平均匀充满模型，同普通混凝土相比有着诸多优越性。本文主要阐述了自密实混凝土制备的原材料选择、配合比设计两个关键环节。自密实混凝土的优越性及制备要点自密实混凝土也被称为高流态混凝土，属高性能混凝土的一种。自密实混凝土由高效减水剂、流化剂、增稠剂以及掺加粉煤灰、矿渣等粉粒制成，具有很高的流动性，能不离析、不泌水、不经振捣仅依靠重力而自流平，均匀充满模型、包裹钢筋。普通混凝土会因为振捣不足或过分振捣产生空洞、蜂窝、麻面等质量缺陷，影响混凝土的力学性能以及耐久性。20世纪80年代后期，混凝土的耐久性在日本受到高度重视，但因缺乏混凝土施工的熟练工人，混凝土浇筑质量难以保证。因此，日本学者首先提出“自密实混凝土”的概念。他们进行了大量的研究、试验，在许多工程实例中取得了成功。之后，美国及欧洲等国家也开始了该项技术的研究。我国自90年代初期开始对自密实混凝土进行研究，现已广泛应用，在多项工程实践中取得到成功，研究成果总体上已达到国际先进水平。1自密实混凝土的优越性通过大量的理论研究和工程实践表明，自密实混凝土与普通混凝土相比有着诸多优势，具体表现为：.自密实混凝土不需振捣，避免了漏振、过振等施工中的人为因素以及配筋密集、结构形成复杂等不利条件对其影响，保证了钢筋、埋件及预留孔道位置不因振捣而移位，保证结构质量，从而提高混凝土质量，增加结构综合寿命，降低工程的综合成本。有着客观的综合经济效益。.由于取消了振捣成型，简化工序，可以提高施工速度，缩短施工工期。具有显著经济和社会效益。.降低劳动强度、节省劳动力，减少振捣机具和能耗，从而减少机械费用及人工费用，具有显著的经济效益。.可以消除因振捣而带来的噪音，改善施工环境，不扰民，可24h作业，具有显著的环境效益。.大量掺加矿渣、粉煤灰等工业废料，使资源得到更有效的利用，具有显著的环境效益。.施工方便，为结构设计提供了更大的自由度，具有综合效益。2自密实混凝土的制备要点从1995年开始，我国北京、深圳、济南、青岛等城市开始使用自密实混凝土，主要用于地下暗挖、密筋、浇筑量大、形状复杂等无法浇筑或浇筑困难的部位及解决扰民问题、缩短工期等。典型工程如：北京西单北大街东商业区热力通道工程、朝阳区南磨房1、2号楼、西单G3区2号楼、十里河综合楼、恒基中心—天元大厦地下通道、恒基中心—北京站地铁地下通道工程、深圳南方国际工程、青岛基地海洋世界工程等。随着城市基础设施建设的发展和当今高大、复杂建筑结构的需要，以及自密实混凝土经济效益、社会效益和环境效益的日益显现，自密实混凝土应用市场越来越大。目前，对自密实混凝土的研究更加深入，已开发出高强、抗渗等多种高性能自密实混凝土。材料选择、配合比设计等是自密实混凝土的关键环节，对其的大量研究为自密实混凝土的普及和推广奠定了坚实的基础。2.1自密实混凝土原材料选择（1）水泥：各种水泥都可以用,选择取决于对混凝土强度、耐久性等的要求。一般优选稳定性好，低需水性，并与高效减水剂相容的水泥。水泥用量为350kg～450kg/m3。（2）细骨料：普通混凝土用的砂均可使用，包括粉碎砂、河砂。一般优选中粗砂，并严格控制含泥量。砂在混凝土中存在双重效应，一是减水效应，二是需水效应。这对相互矛盾的效应需根据水泥、掺合料、外加剂等情况综合考虑。（3）粗骨料：各种类型粗骨料均可使用，如：卵石、碎石等，其中卵石有利于改善流动性，碎石有利于改善强度。粒径一般在16mm～20mm之间，最大粒径可到40mm以上，视混凝土结构尺寸及钢筋疏密程度而定，应优选圆形石子，控制针状、片状颗粒含量。（4）外加剂：是自密实混凝土的重要组成部分，在调解混凝土高流动性与高抗分离性中起着重要的作用。根据混凝土强度、使用要求及施工环境选择适宜的外加剂，并考虑外加剂彼此之间、外加剂与水泥之间的相容性。常用的外加剂如：①减水剂：宜采用减水率30%以上的高效减水剂，如：聚羧酸系列高效减水剂、DFS-2高效减水剂、JDF减水剂等。②增稠剂：二醇、酰胺、丙烯酸、多糖、纤维素等。③引气剂：有抗渗、防冻要求时使用。（5）矿物掺合料①石粉：粒径小于0.125mm，作为惰性填料，用于保证足够的浆量，改善和保持自密实混凝土的工作性。②粉煤灰：优质的粉煤灰（细度约4000m2/g）是自密实混凝土最常用的活性掺合料，具有“活性效应”、“界面效应”、“微填充效应”和“减水效应”,可有效改善自密实混凝土的流动性。③矿渣：磨细矿渣（粒径小于0.125mm）用于改善和保持自密实混凝土的工作性，提高自密实混凝土硬化后的强度。④微硅粉：用于改善自密实混凝土的流变性能和抗离析能力。2.2配合比设计方法自密实混凝土高工作性要求新拌状态下的混凝土应具有高流动性、高抗离析性、高间隙通过性和高填充性。自密实混凝土的这四项基本性能，需要通过添加适当外加剂及合理的配合比来实现。通过对影响自密实混凝土工作性能和硬化后力学、耐久性能等各因素的研究表明：①掺加新型高效减水剂后，拌合物中砂浆的屈服剪切应力显著降低，适宜的掺量和较低的水胶比条件下混凝土流动性好，不易离析。②浆固比增大，拌合物流动性、间隙通过能力和填充性都得到提高，强度也增大。但随浆固比的提高，混凝土收缩值会有所增大。研究表明：浆体所占体积比率在34％~42％时，可使混凝土具有良好的工作性能、力学性能及耐久性能。③砂率值的大小影响间隙通过性。砂率值在50％左右为最佳。④在水泥用量相同的条件下，增大掺合料掺量可提高浆固比，能调节改善混凝土拌合物的流变性，并可降低水胶比，提高强度和其它性能。⑤在浆固比相同的条件下，粉煤灰掺量超过30％时会降低强度，掺量45％以上时影响较为显著，但增加粉煤灰掺入量能减小混凝土收缩值。⑥混凝土拌合物的流变性能与拌合物中砂浆的流变性能直接相关，同时也受粗细骨料的质量、比率和胶结材料浆体所占比例的影响。如果拌合物中砂浆的屈服剪应力过小，则混凝土容易产生离析，此时需对外加剂掺量和水胶比等加以调整，以获得良好的流动性与抗分离性。针对自密实混凝土对材料和配比的敏感，在大量正交试验的基础上，分析外加剂、矿物掺合料、骨料质量和数量等波动因素对自密实混凝土工作性能的影响。根据优化理论，优选的自密实混凝土配合比有以下特征：水胶比为0.27~0.41；胶结材料浆体体积占34％~42％；砂率值为50％左右；DFS-2高效减水剂掺量一般为0.5％~0.8％；粉煤灰、磨细矿渣等掺合料按其品质和作用效应的不同，有各自的掺量范围，如粉煤灰的掺量一般为20％~45％，磨细矿渣一般为40％～75％。总结国内外的相关资料，自密实混凝土的工作性能指标应达到：坍落度为240~270mm，扩展度大于600mm。为达到自密实混凝土这些特殊的性能指标，大批国内外专家、学者进行了大量的研究试验，提出了许多切实可行的配合比设计方法，如：1993年，东京大学的学者Okamura提出的一种配合比设计方法是，先做水泥浆和砂浆试验，主要目的是检查超塑化剂、水泥、细骨料和火山灰材料的性能和密实能力，然后再做自密实混凝土试验。台湾学者提出的方法是填密拌合物设计算法，是从最大密度原理和超砂浆理论推导出来的。我国也有多家建筑公司和构件厂结合自己的经验，提出了各具特色的配合比计算方法。如：北京建工集团等单位提出的按混凝土、砂浆、水泥净浆、胶凝材料四层次体系的设计方法。配制自密实混凝土，原则是用水泥浆(胶凝材料)填充骨料骨架的间隙。目前国内通用的、简便易行的计算步骤是：①粗、细骨料用量。②水泥用量。③按强度推算水泥需要的拌合用水量。④粉煤灰及矿渣灰掺量。⑤自密实混凝土中需要的拌合用水量(水泥、粉煤灰、矿渣灰用水量之和)。⑥减水剂用量。⑦根据骨料的含水率调整自密实混凝土中的拌合水用量。计算出配合比后，进行试配和性能测试试验，然后根据试验数据调整配合比，最终计算出符合设计要求的自密实混凝土配合比。3需要研究解决的问题目前国内许多单位和部门参考国外资料，再结合自己的实验，创造了各种各样的拌合物评价方法、配合比计算试验方法、硬化混凝土性能检测评定方法等，不利于自密实混凝土的普及推广，有待规范。自密实混凝土与相同强度的普通混凝土相比，其弹性模量稍低，收缩和徐变稍大，需要系统研究用于主要受弯构件在荷载作用下产生裂缝后，混凝土碳化及其对钢筋绣蚀的影响。此外，自密实混凝土凝结时间较长，早期强度低，冬季施工时要采取相应措施。自密实混凝土对原材料和配合比很敏感，对模板工程、钢筋工程、支撑工程等都具有新的要求，因此在施工管理时要求更高，浇筑工人也需要进行系统的培训。（赵中永：