自密實(shí)混凝土的配合比特征與硬化后的性能優(yōu)缺點(diǎn)-朋-批注

1、自密實(shí)混凝土的配合比特征與硬化后的性能優(yōu)缺點(diǎn)摘要：首先論述了自密實(shí)混凝土的配制原理，然后講述了自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)原則與其特征，最后論述了自密實(shí)混凝土硬化后的性能優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞：自密實(shí)混凝土；配合比；硬化。0 引言20世紀(jì)80年代初，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題在日本引起了廣泛的關(guān)注。為了減少混凝土施工質(zhì)量下降的問題，而衍生了自密實(shí)混凝土，這一概念首先是Okamura在1986年提出的。自密實(shí)混凝土(SelfCompacting Concrete，簡(jiǎn)稱SCC)是高性能混凝(Higll Performance Concrete，簡(jiǎn)稱HPC)的一種，是指具有不離析、不泌水，能夠不經(jīng)振搗或少振搗而自動(dòng)

2、流平，并能夠通過鋼筋間隙充滿模板的混凝土，即無(wú)需振搗，僅依靠自重作用就能仿混凝土密實(shí)填充模板的各個(gè)角落【1】。其與相同強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土相比，具有較大的漿骨比、砂率較大、細(xì)摻料總量大的特點(diǎn)，有很高的施工性能1。但至今為止，國(guó)內(nèi)在自密實(shí)混凝土的配制技術(shù)上，仍未形成一種統(tǒng)一的配合比方法，你參考的文獻(xiàn)太老了。因?yàn)閷?duì)其配合比特征是很有意義的?；炷劣不螅诹W(xué)性能和耐久性方面與普通混凝土相比具有很大優(yōu)勢(shì)。1 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用研究現(xiàn)狀 自密實(shí)混凝土自80年代后半期由日本東京大學(xué)的崗GANG字錯(cuò)了。村甫提出來(lái)而問世以來(lái)，它的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其研究也越來(lái)越受到重視。此后，北京建工集團(tuán)二公司開始研制并試用。中南

3、大學(xué)等單位于2005年5月2628日在湖南長(zhǎng)沙主辦了我國(guó)第一次自密實(shí)混凝土技術(shù)方面的國(guó)際研討會(huì)(1st International Symposium Design,Performance and Use of Self-Consolidating Concrete,SCC,2005China)。特別是近幾年，國(guó)內(nèi)免振搗自密實(shí)混凝土的研究有了很大起色，到目前為止，已經(jīng)將自密實(shí)混凝土應(yīng)用于各類工業(yè)與民用建筑、道路、橋梁、隧道及水下工程【3】。但是由于各地原材料和施工條件的差別，具體實(shí)施時(shí)不能照搬國(guó)內(nèi)外同行的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。為保證自密實(shí)混凝土具有良好的工作性，且完全符合自密實(shí)混凝土的工作性要求，可通過采

4、用優(yōu)化配合比的方式來(lái)改善其工作性能，以達(dá)到自密實(shí)性。所以，對(duì)自密實(shí)混凝土的配合比特征與硬化后的性能優(yōu)研究是很有必要的。2 自密實(shí)混凝土的制備原理與普通混凝土相比，自密實(shí)混凝土的關(guān)鍵是在新拌階段能夠依靠自重作用充模、密實(shí)，而不需額外的人工振搗，也就是所謂的“自密實(shí)性(self-compactability）”，它包括流動(dòng)性或填充性、間隙通過性以及抗離析性等3個(gè)方面的內(nèi)容2。自密實(shí)混凝土拌合物的自密實(shí)過程可由圖l表示，粗骨料懸浮在具有足夠粘度和變形能力的砂漿中，在自重的作用下，砂漿包裹粗骨料一起沿模板向前流動(dòng)，通過鋼筋間隙、進(jìn)而形成均勻密實(shí)的結(jié)構(gòu)。自密實(shí)混凝土拌合物的自密實(shí)性，為硬化混凝土的性能提

5、供了重要保證，因而，也是進(jìn)行自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)，已有的白密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)方法大部分是根據(jù)這一原理發(fā)展的。日本東京大學(xué)最早進(jìn)行了自密實(shí)混凝土的設(shè)計(jì)研究，提出了所謂自密實(shí)混凝土原型模型方法(prototype method)【4】，后來(lái)日本、泰國(guó)、荷蘭、法國(guó)、加拿大、中國(guó)等國(guó)的學(xué)者進(jìn)一步進(jìn)行了自密實(shí)混凝土的設(shè)計(jì)方法研究，歸納起來(lái)可以分為三類：(1) 基于自密實(shí)混凝土拌合物的變形性、間隙通過性以及抗離析性的理論分析，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究結(jié)果，建立拌合物變形性、抗離析性以及間隙通過性與其配合比參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。如：日本學(xué)者Edanatsu等【5】提出的基于砂漿變形及其與粗骨料之間相互作用的設(shè)計(jì)方

6、法；泰國(guó)學(xué)者Kasemsa瑚ra徹不足。等【6】基于自密實(shí)混凝土拌合物變形性、離析以及間隙通過性提出的設(shè)計(jì)方法等。(2) Edanatsu等認(rèn)為：砂漿的變形性能對(duì)自密實(shí)混凝土拌合物性能起關(guān)鍵作用，自密實(shí)混凝土拌合物中砂子與砂漿的體積比相對(duì)固定，然后基于普通混凝土配合比設(shè)計(jì)方法即可進(jìn)行自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)，并研究提出了一種測(cè)定砂漿變形性能和粘度的v形漏斗測(cè)定方法。這一模型比較簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便。然而，這一設(shè)計(jì)方法理論依據(jù)不充分，實(shí)驗(yàn)依賴性較強(qiáng)，而且對(duì)于粗骨料含量、性質(zhì)等參數(shù)對(duì)自密實(shí)混凝土拌合物性能的影響不明確。(3) 由于混凝土混合物組成的復(fù)雜性及其對(duì)混凝土拌合物性能的高要求，導(dǎo)致理論計(jì)算分析與模擬的不

7、確定性和困難，因此，有關(guān)學(xué)者提出了基于大量試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)關(guān)系的自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方，即通過積累大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立原材料配比參數(shù)與混凝土性能之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。然而，此方法工作量非常巨大，需要進(jìn)行大范圍的相關(guān)數(shù)據(jù)的收集累積，建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)，以提高模型的普適性。 綜上所述，由于已有的設(shè)計(jì)方法在全面反映自密實(shí)混凝土拌合物性能的真正內(nèi)涵及其在體現(xiàn)混凝土工作性、強(qiáng)度等級(jí)與耐久性之間的相互協(xié)調(diào)關(guān)系或是實(shí)用性等方面存在差距，目前還缺乏被廣泛認(rèn)同接受的自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)方法。3 自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)自密實(shí)混凝土原材料包括：粗細(xì)骨料、膠凝材料、超塑化劑等。為了獲得滿意的性能，必須對(duì)自密實(shí)混凝土進(jìn)行精心的配合比設(shè)

8、計(jì)，并且配比設(shè)計(jì)方法直接影響混凝土成本，如果考慮不當(dāng)將導(dǎo)致成本大幅度提高。確定各特定性質(zhì)組成材料的合理比例。自密實(shí)混凝土發(fā)展至今，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出的配合比設(shè)計(jì)方法主要有：固定砂石體積法、全計(jì)算法、改進(jìn)全計(jì)算法、參數(shù)沒計(jì)法、骨料比表面積法、簡(jiǎn)易配合比設(shè)計(jì)方法等。自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)要從流動(dòng)性、 抗分離性、 間隙通過性和填充性 4 個(gè)方面統(tǒng)一考慮，解決流動(dòng)性與抗分離性的矛盾，從而提高間隙通過能力和填充性。新拌混凝土的自密實(shí)性與配合比中粗骨料所占比例，粗骨料的級(jí)配，膠凝材料漿體的壓力傳遞能力、變形性能及粘性有很大的關(guān)系。4 自密實(shí)混凝土的配合比特征自密實(shí)混凝土的配合比特征主要包括高粉體用量、低骨料用

9、量、低水膠比等。4.1 高粉體用量自實(shí)混凝土中的粉體種類較多，如水泥、粉煤灰、硅灰、膨脹劑、礦渣、保水劑、砂子中的石粉、外摻的石粉等【8-9】。4.2 砂率砂率是影響混凝土拌合物勻質(zhì)性和填充性的重要因素。砂率過大或過小都將引起擴(kuò)展度的減小，但砂率對(duì)坍落度的影響較小。大量的試驗(yàn)表明,自密實(shí)混凝土的砂率一般在45%55%范圍內(nèi)取值比較適宜,粗細(xì)骨料比以0.851.20較為合適.對(duì)于砂率的控制,根據(jù)美國(guó)混凝土專家P. K . Me -hta和 P. C. Aitcin 的觀點(diǎn),高性能混凝土同時(shí)達(dá)到最佳的施工和易性和強(qiáng)度性能,其水泥漿與骨料的體積比應(yīng)為3565。4.3 砂與膠凝材料漿體試驗(yàn)表明,砂子在

10、砂漿中的體積含量超過42%以上,堵塞隨砂體積含量的增加而增加；當(dāng)砂體積含量達(dá)到44%時(shí),堵塞機(jī)率為100%。故砂漿中砂體積含量不能超過44%。小于42%時(shí),可完全不堵塞,但砂漿的收縮隨砂體積含量的減小而增大,故砂子在砂漿中的體積應(yīng)不低于 42%,膠凝材料在漿體中的體積含量不高于58%。4.4 膠凝材料和水膠凝材料漿體包括膠凝材料和水兩相,其關(guān)系即水膠比。水膠比大則漿體濃度小,混凝土有較好的流動(dòng)性,但強(qiáng)度隨水膠比的增大而下降。為保證混凝土的耐久性,高性能混凝土水膠比應(yīng)低于0.4?？捎玫V物摻合料調(diào)節(jié)混凝土強(qiáng)度和拌合物的粘度。由有關(guān)文獻(xiàn)可知,對(duì)摻加摻合料如粉煤灰、強(qiáng)度等級(jí)不超過C50 的高強(qiáng)自密實(shí)混

11、凝土,混凝土強(qiáng)度與水膠比 m( w)/m( c+f)有線性關(guān)系的假設(shè)仍是成立的,根據(jù)混凝土配制強(qiáng)度可導(dǎo)出水灰比( 或水膠比)的近似計(jì)算公式7:式中：fcu，p為混凝土的配制強(qiáng)度；fce為水泥的實(shí)測(cè)強(qiáng)度；m( w)/m( c+f)為水灰比（或水膠比）；，為回歸系數(shù),對(duì)碎石混凝土，=0.48，=0. 52；對(duì)卵石混凝土，=0.50 ,=0.61。要滿足自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性要求,水膠比一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在0.30 0.40之間取值,且用水量不宜超過200 kg/m3，可用礦物摻合料調(diào)節(jié)混凝土強(qiáng)度和拌和物的粘度。5 自密實(shí)混凝土硬化后的性能優(yōu)缺點(diǎn)自密實(shí)混凝土硬化后具有良好的力學(xué)性能、優(yōu)異的耐久性能以及體積穩(wěn)

12、定性。且硬化后的表面十分致晰不通。，滲透性低，從而又提高了其耐久性。但是其硬化后的自密實(shí)混凝土耐久性非常有限,前言后語(yǔ)不一致。尤其是在寒冷氣候條件下。同時(shí)，自密實(shí)混凝土中還有不穩(wěn)定的氣泡。高流動(dòng)自密實(shí)性混凝土與普通混凝相比，干燥收縮稍大一些【10】。5.1 力學(xué)性能 新拌混凝土的質(zhì)量、施工過程中振搗密實(shí)程度、養(yǎng)護(hù)條件及齡期等決定了自密實(shí)混凝土硬化后的性能。在水膠比相同條件下，自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度與普通混凝土相似，強(qiáng)度等級(jí)相同的自密實(shí)混凝土的彈性模量與普通混凝土的相當(dāng)。另外，與相同強(qiáng)度的高強(qiáng)混凝土相比，雖然自密實(shí)混凝土與普通高強(qiáng)混凝土一樣呈現(xiàn)出較大的脆性，但自密實(shí)混凝土的峰值應(yīng)變明顯

13、偏大，這表明白不足。密實(shí)混凝土具有更高的斷裂韌性【11】。5.2 長(zhǎng)期耐久性能近年來(lái)，隨著混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的日益突出，自密實(shí)混凝土的長(zhǎng)期耐久性能也成為關(guān)注的焦點(diǎn)。自密實(shí)混凝土的水灰比、水膠(水泥+填料)比是影響氯離子滲透深度的關(guān)鍵因素，自密實(shí)混凝土中氯離子的滲透深度要比普通混凝土的小。自密實(shí)混凝土由于含有較多的膠凝材料，導(dǎo)致其水化放熱增大，且最大放熱峰出現(xiàn)更早，填料(礦物摻合料)摻入后可以避免過大的水化放熱，但由于填料起到晶核作用而明顯影響自密實(shí)混凝土的水化過程【12】。5.3 體積穩(wěn)定性自密實(shí)混凝土由于漿體含量相對(duì)較多，因而其體積穩(wěn)定性成為關(guān)注的重點(diǎn)之一。在密封與非密封條件下，影響自密實(shí)

14、混凝土收縮、徐變的主要影響因其水灰比，相反，填料的細(xì)度對(duì)收縮與徐變無(wú)顯著影響；同時(shí)，雖然水泥強(qiáng)度等級(jí)對(duì)自密實(shí)混凝土的收縮無(wú)影響，但不可忽視其對(duì)自密實(shí)混凝土基本徐變和干燥徐變的影響作用。此外，環(huán)境條件對(duì)自密實(shí)混凝土的徐變變形影響顯著。為了其體積穩(wěn)定性可以得到較好的控制，通常情況下，自密實(shí)混凝土采用低水膠比以及較大摻量的礦物摻合料等合理的配合比設(shè)計(jì)【11】。5.4 氣泡由于自密實(shí)混凝土的高流動(dòng)性,原本引入的適宜氣泡很容易被破壞掉,空氣容易被排出來(lái),小氣泡變成大氣泡。近來(lái)Siebel和Khay at 等人已經(jīng)對(duì)自密實(shí)混凝土中的氣泡的穩(wěn)定性進(jìn)行研究。他們的結(jié)論是人們可以生產(chǎn)出抗凍融的自密實(shí)混凝土。根據(jù)

15、Siebel,加入高效減水劑的自密實(shí)混凝土抗凍融,需要比普通混凝土更高的含氣量。Khayat等人也對(duì)自密實(shí)混凝土中不穩(wěn)定的小氣泡合并進(jìn)行了研究,認(rèn)為為保證自密實(shí)混凝土中穩(wěn)定的氣泡系統(tǒng),塑性粘度和屈服應(yīng)力分別不應(yīng)超過10N.m.s和2N.m 【11】。6 自密實(shí)混凝土發(fā)展前景展望 SCC具有許多振動(dòng)密實(shí)混凝土所不具備的優(yōu)點(diǎn)，有良好的發(fā)展前景。但目前仍需要進(jìn)行深入的研究敏感性問題。SCC的性能會(huì)受到原材料質(zhì)量、配合比、攪拌運(yùn)輸設(shè)備等波動(dòng)因素的影響而大幅度變化，這是一個(gè)重要的課題。未來(lái)需要探求更為優(yōu)異的超細(xì)粉摻合材，制訂自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程和統(tǒng)一的工作性檢測(cè)方法。參考文獻(xiàn)：1 謝雄敏 有關(guān)自密

16、實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)的相關(guān)研究期刊論文-ChengShi Jianshe LiLun Yan Jiu,2012(2).2 QZAWA K,MAEKAWA K,KUNISHIMA M,et al.Development of high performance concrete 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

17、,1989.445-450.3 邢振影 自密實(shí)混凝土的理論分析與配合比設(shè)計(jì)期刊論文-中國(guó)科技博覽 2011(15).4 OKAMURA Hajime,OUCHI Masahiro.Ssif-compacting concrete:development,present use and future A.In:SKARENDAHLA,PETERSSON O eds.Proceeding of 1st International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete C.Paris:RILEM Publication SARL,1999.3-14.

18、5 EDANATSU Yoshinobu,NISHIDA Naoki. A rational mix design method for self-compacting concrete considering interaction between coarse aggregate and mortar particles A. In:SKARENDAHL A,PETERSSON O eds.Proceeding of 1st International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete C.Paris:RILEM Publication

19、 SARL,1999.309-320.6 kASEMSAMRARN,TANGTERMSIRIKUL 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 Self-Co