自密實混凝土課件(PPT 72頁)

1、1/72第三節(jié) 自密實混凝土 武漢理工大學本科課程混凝土高性能化及其工程應用2009年8月15日，廣州西塔將C100超高性能免振自密實混凝土一次泵送至440.75米高度的直升飛機停機坪，繼前兩次試驗成功后再創(chuàng)新高度。 第1頁，共72頁。2/72自密實混凝土簡介12443自密實混凝土制作 自密實混凝土工程應用 國內(nèi)外標準對比 第2頁，共72頁。3/72 1.普通混凝土在澆筑過程中，由于一些客觀原因，不能保證混凝土完全密實，導致混凝土耐久性不良。 2.在配筋稠密且復雜的工程，或者是在一些特種薄壁結構、高細結構、淺埋暗挖工程、隧道和地下結構中，混凝土振搗密實困難。 3.商品混凝土的發(fā)展，對新拌混凝土

2、的大流動性及在運輸、澆筑過程中較長的保塑性提出了新的要求。 4.環(huán)保節(jié)能，傳統(tǒng)混凝土振搗施工不但產(chǎn)生噪音污染，而且費時費工，工人勞動強度大，工作環(huán)境惡劣。自密實混凝土產(chǎn)生的背景第3頁，共72頁。4/72海上承臺樁芯混凝土澆筑日本明石海峽大橋某工程剪力墻配筋實 例第4頁，共72頁。5/72 自密實混凝土（Self Compacting Concrete 簡稱SCC）是指拌合物具有很高的流動性并且在澆筑過程中不離析、不泌水，能夠不經(jīng)振搗而充滿模板和包裹鋼筋的混凝土。在傳統(tǒng)的坍落度試驗中，自密實混凝土在達到260mm以上坍落度、600mm以上擴展度的同時，無離析、泌水現(xiàn)象發(fā)生。高流動性：保證混凝土能

3、夠繞過障礙物，充分填充模型的每個角落。高穩(wěn)定性：保證混凝土質(zhì)量均勻一致，即不泌水，骨料不離析通過鋼筋間隙能力：保證混凝土穿越鋼筋間隙時不發(fā)生阻塞自填充性：是流動性、穩(wěn)定性和間隙通過性的最終結果自密實混凝土定義第5頁，共72頁。6/72岡村教授前川教授小沢教授 自密實混凝土是在1988年由東京大學的岡村教授，前川教授以及小沢教授首次在世界上提出的并冠以自密實混凝土的名稱，其設想是從水下不分離混凝土中得到的啟示；1988年夏天在東京大學土木系混凝土研究室成功配置出第一號免振自密實混凝土。自密實混凝土起源第6頁，共72頁。7/72年舉辦地參加國1998高知15 國家1999斯德歌爾摩20 國家200

4、1東京20 國家2003雷克雅未克31 國家2005芝加哥34 國家SCC研討會自密實混凝土國內(nèi)外研究現(xiàn)狀第7頁，共72頁。8/721998年，中建二局南方公司承建的施工高度為352.2m的深圳賽格廣場鋼管混凝土中使用了高拋免振搗自密實混凝土。錫宜高速公路、京杭運河大橋跨滬寧鐵路、京杭大運河在施工中采用了C50自密實微膨脹混凝土。深圳南方國際廣場的施工中，使用了C100自密實鋼管混凝土；武漢國際會展中心的主樓中庭軸的鋼骨混凝土中使用了C40高保塑自密實混凝土自密實混凝土國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1993年來，國內(nèi)的研究機構越來越關注自密實混凝土方面的研究。中南大學，清華大學，原重慶建筑大學和武漢理工大學

5、等相繼開展自密實混凝土的配置和性能等研究。第8頁，共72頁。9/72沉井連續(xù)墻鋼管柱預制混凝土水壩擋水墻適用場合第9頁，共72頁。1072自密實混凝土分類粉體型兼用型粘度劑型高性能混凝土建筑混凝土噴射混凝土填埋混凝土由于粉料量的増加，材料的抗分離性提高了由于粘度劑的效果提高了材料的抗分離性粉料量的増加提高了材料的抗分離性、而粘度劑的使用減小了高流動混凝土的擴展度變化粉料量少，處于分離狀態(tài)的混凝土可塑性狀態(tài)的混凝土第10頁，共72頁。1172自密實混凝土的工作機理 按照流變學理論，新拌混凝土屬于賓漢姆流體，其流變方程為式中： 為剪切應力 為屈服剪切應力 為塑性粘度 為剪切速度 是阻礙塑性變形的最

6、大能力，由材料之間的附著力和摩擦力引起，它支配了拌合物的變形能力；當 時，混凝土產(chǎn)生流動。 是反映流體各平流層之間產(chǎn)生的與流動方向反向的阻止其流動的粘滯阻力，它支配了拌和物的流動能力， 越小，在相同外力作用下流動越快。 第11頁，共72頁。1272自密實混凝土評價方法坍落度擴展度實驗SCC 通常具有較大的坍落度(240 mm270 mm) ，因此可以用坍落擴展度試驗代替坍落度試驗做混凝土拌合物初步控制用。 倒坍落度筒試驗 牽引球粘度計 L儀流動度試驗 第12頁，共72頁。1372J形環(huán)擴展度與坍落擴展度差值（mm）通過能力級別備注0 250高通過能力25 - 501中等通過能力 502低通過能

7、力J 環(huán)試驗自密實混凝土評價方法第13頁，共72頁。1472形容器漏斗自密實混凝土評價方法第14頁，共72頁。1572坍落擴展度試驗V型漏斗試驗U型箱試驗第15頁，共72頁。1672 混凝土的強度主要決定于三個方面：（1）膠結材料硬化后的強度（2）膠結材料與骨料的粘結強度（3）粗骨料的顆粒及骨架強度 自密實混凝土的力學性能試驗主要包括不同齡期和配合比對抗壓強度、劈裂強度、抗折強度、彈性模量的影響。試驗1：自密實混凝土基本力學性能配合比自密實混凝土力學性能第16頁，共72頁。1772第17頁，共72頁。1872第18頁，共72頁。1972第19頁，共72頁。2072試驗2：粉煤灰和膠凝材料對自密

8、實混凝土強度影響粉煤灰摻量對自密實高性能混凝土強度影響第20頁，共72頁。2172水泥為P.042.5R水泥為P.032.5第21頁，共72頁。2272膠凝材料用量對自密實高性能混凝土強度影響第22頁，共72頁。2372水泥為P.042.5R水泥為P.032.5第23頁，共72頁。2472自密實混凝土配合比設計方法設計方法依據(jù)自密實性能減水劑用量水泥用量拌合水用量骨料級配骨料用量自密實性能的影響因素24第24頁，共72頁。2572自密實混凝土配合比設計方法1.1粗骨料的影響 在粗骨料最大粒徑與障礙物間距相差較多時，影響砼流動性能的主要因素為粗骨料在砼中所占的體積比例，粗骨料的粒形和粒徑對砼的流

9、動性能并無明顯影響。 但如果障礙物間距與粗骨料最大粒徑接近的話，則需考慮粗骨料的粒形、粒徑和級配的影響。 因此在自密實砼配合比設計時，應控制粗骨料的用量和最大粒徑。25第25頁，共72頁。2672自密實混凝土配合比設計方法1.2 流動性和抗離析性的平衡 當砼的流動性增大時，抗離析性將隨之減小，而自密實砼的特點是具有高流動性并且具有較好的抗離析性能。 所以通過控制用水量、外加劑用量使自密實砼的流動性和抗離析性達到平衡是自密實砼配合比設計的關鍵。26第26頁，共72頁。2772自密實混凝土配合比設計方法1.3固液兩相物質(zhì)的相互作用砼粗骨料砂漿砂水泥漿水粉體材料27第27頁，共72頁。2872自密實

10、混凝土配合比設計方法1.3.1粗骨料與砂漿 具有良好流變性能的混凝土拌合物因具備兩個要素：較小的骨料體積含量和具有足夠黏度的砂漿。 自密實砼粗骨料松堆體積含量因控制在0.5000.550m/m28第28頁，共72頁。29724.5自密實混凝土配合比設計方法1.3.2砂和水泥漿 試驗表明，砂漿的體積砂率超過42%時，堵塞隨體積砂率的增加而增加；當砂漿的體積砂率達到44%時，堵塞幾率為100%，所以砂漿的體積砂率不能超過44%。 雖體積砂率小于42%時完全不堵塞，但砂漿的收縮隨體積砂率的減小而增大，故一般情況下體積砂率也不宜低于42%。29第29頁，共72頁。30724.5自密實混凝土配合比設計方

11、法1.3.3粉體材料和水 兩者的關系即為水粉比（體積比）。 水粉比大時漿體濃度小，砼有較好的流動性，但黏聚性較差且硬化后砼的強度較低。 為了保證耐久性和自密實性，可以通過使用礦物摻合料來調(diào)節(jié)砼拌合物的黏度和硬化后的強度。30第30頁，共72頁。31724.5自密實混凝土配合比設計方法1.4高效減水劑的影響 31第31頁，共72頁。3272自密實混凝土的配置 考慮到工作性要求及坍落度經(jīng)時損失小，應優(yōu)先選擇C3A 和堿含量小、標準稠度需水量低的水泥。所選水泥要符合GB175-2007通過硅酸鹽水泥的要求。 應選擇質(zhì)地堅硬、密實、潔凈的骨料。粗骨料針片含量少, 最大粒徑一般在16mm20mm范圍。細

12、骨料宜選用級配良好的中砂，砂中所含小于0.125 mm 的細粉對SCC 流變性能非常重要,一般要求不低于10 %。 石粉：石灰石、白云石、花崗巖等的磨細粉, 用于改善和保持SCC 的工作性。 粉煤灰：火山灰質(zhì)摻合料，能夠改善SCC 的流動性，有利于硬化混凝土的耐久性。 磨細礦渣：火山灰質(zhì)摻合料，能改善和保持SCC 的工作性，有利于硬化混凝土的耐久性。 微硅粉：高活性火山灰質(zhì)摻合料，用于改善SCC 的流變性能和抗離析能力,提高硬化混凝土的強度和耐久性。原材料：水泥骨料 礦物摻合料原材料：水泥第32頁，共72頁。3372外加劑(高效減水劑)自密實混凝土的配置 聚羧酸如今、所有的大流動性混凝土都使用

13、聚羧酸系外加劑。原材料第33頁，共72頁。3472自密實混凝土的配置 外加劑(粘度劑)主要成分自密實混凝土種類粘度劑型兼用型纖維素系水溶性高分子乙二醇系水溶性高分子丙烯基系水溶性高分子多糖類聚合物（聚糖）水溶性多糖類（韋蘭膠質(zhì)）原材料第34頁，共72頁。3572自密實混凝土的配置 配合比漿骨比 SCC需要一定的膠結料漿體含量,一般為3340 %，另外采用較小的粗骨料體積含量，以減少粗大顆粒在狹窄空間內(nèi)頻繁接觸發(fā)生堆集堵塞的概率(如圖) 。但對混凝土而言,過小的粗骨料體積含量會產(chǎn)生較大的收縮，因此，確定最佳漿骨比是配合比設計的關鍵第35頁，共72頁。3672自密實混凝土的配置配合比砂率 減小砂漿

14、與粗骨料之間的相互分離作用,還可通過增加混凝土砂率的辦法加以實現(xiàn),但砂率值過大會影響SCC 的彈性模量和抗壓強度,一般宜控制在40 %45 %。摻合料用量 可以按凈漿和砂漿流動度試驗確定不同種類摻合料的具體用量,也可根據(jù)實際情況和經(jīng)驗選取合理值,可大于膠凝材料總量的30 %。 水灰比 水灰比按混凝土強度、耐久性選擇確定,一般在0.4 以下,且用水量不宜超過200 kg/m3 。 第36頁，共72頁。3772自密實混凝土的配置設計的基本參數(shù)第37頁，共72頁。3872自密實混凝土的配置試配中存在的問題問題原因分析充填性能不足1.流動性不足2.粘性過大3.骨料用量過多流動性不足1.外加劑用量不足2

15、.體積水粉比過大3.原材料性能不佳4.配合比設計不當粘性過大1.體積水粉量過低2.外加劑用量不足3.細骨料過細抗離析性不足1.體積水粉比過大問題原因分析泌水、抓底1.外加劑適應性不佳2.粉體及顆粒級配不佳3.配合比設計不當SCC保塑時間短1.外加劑摻量過低2.外加劑保塑性能力差外加劑用量過高1.外加劑與水泥適應性問題2.粉煤灰中含碳量過高3.砂中細粉含量過高第38頁，共72頁。3972國內(nèi)外標準對比自密實混凝土設計與施工指南CCES02-2004（中國土木工程學會）自密實混凝土應用技術規(guī)程CECS203-2006（中國工程建設標準化協(xié)會）國內(nèi)標準 2004規(guī)程中，對外加劑的要求：28d收縮率比

16、不宜大于100%。若有必要，可摻加增塑劑。膠凝材料總用量范圍可為： 450-550kg/m3。 2006規(guī)程中，對于某些低強度等級的自密實混凝土，僅靠增加粉體量不能滿足漿體粘性時，可通過試驗確認后適當增加增稠劑。單位體積粉體量0.16-0.23 m3。 2個規(guī)程推薦的單位體積混凝土中的粗骨料用量：2006: 0.28-0.35 m3的絕對體積；2004： 0.5-0.6 m3的松散體積。 單方混凝土中的出骨料均在950 kg/m3以下 粗骨料的最大粒徑在20mm以下第39頁，共72頁。4072國內(nèi)外標準對比我國規(guī)程與國外規(guī)范對比規(guī)程日本規(guī)范歐洲規(guī)范法國規(guī)范自密實等級劃分標準1級鋼筋的最小凈間距

17、為3560mm鋼筋的最小凈間距為3560mm未提出分級概念未提出分級概念2級鋼筋的最小凈間距為60200mm 鋼筋的最小凈間距為60200mm 3級鋼筋的最小凈間距200mm以上和素混凝土鋼筋的最小凈間距200mm以上和素混凝土骨料最大粒徑25mm20或25mm20mm1020mm單位體積粗骨料量1級0.280.30m30.280.30m30.280.35m3（未分級）未分級，也為提出明確界限 2級0.300.33m30.300.33m3第40頁，共72頁。4172國內(nèi)外標準對比我國規(guī)程與國外規(guī)范對比規(guī)程日本規(guī)范歐洲規(guī)范法國規(guī)范單位體積用水量155180kg155175kg不超過200kg未提

18、出明確界限水粉比0.801.150.851.150.81.10未提出明確界限單位體積粉體體積0.160.23m30.160.19m30.160.24m3約500kg/m3單位體積漿體量0.320.40m3無無0.330.40m3骨料中粉體界限小于0.075mm小于0.075mm小于0.125mm小于0.080mm設計方法提出明確的設計方法提出明確的設計方法只給出參數(shù)，未明確提出設計方法只給出參數(shù)，未明確提出設計方法第41頁，共72頁。4272國內(nèi)外標準對比 我國規(guī)程與國外規(guī)范對比規(guī)程日本規(guī)范歐洲規(guī)范法國規(guī)范U型箱試驗(SCC自填充性)300mm以上（三種障礙形式對應三個等級）300mm以上（三

19、種障礙形式對應三個等級）高差30mm以內(nèi)（單一障礙形式）采用L型箱試驗檢測V型漏斗試驗（SCC抗離析性）1級：1025s2級：725s3級：425s（改進，增加靜置1mins環(huán)節(jié)）1級：1025s2級：720s3級：720s初始：612s靜置5mins：615s采用抗離析試驗檢測T50（SCC抗離析性）1級：520s2級：320s3級：320s1級：520s2級：315s3級：315s25s無坍落擴展度試驗（SCC流動性能）1級：650750mm2級：600700mm3級：550650mm1級：650750mm2級：600700mm3級：500650mm650800mm600750mm第42頁

20、，共72頁。4372自密實混凝土應用應用實例上海泓邦國際大廈MS(mm)W/B(%)s/a(%)水泥種類粉煤灰外加劑単位量(kg/m3)WCFASGSP25284552.52級RHEOPLUS251864051008209104.1第43頁，共72頁。4472自密實混凝土應用應用實例三峽大壩發(fā)電站配合比擴展度(cm)GLENIUM SP8 (C%)W/B(%)s/a(%)単位量(kg/m3)CFAWSG(5-10mm)G2(10-20mm)155-650.50.4051350881758958190255-650.60.4048300100160883546364355-650.60.4348

21、27993160895554369第44頁，共72頁。4572應用實例臺北金融中心101大樓MS(mm)W/B(%)s/a(%)設計基準強度MPa設計含氣量(%)外加劑単位量(kg/m3)WC礦粉硅粉SG1930.855.5C70 2.0RHEOBUILD SP8S(B)T (C1.2%)16034015030957760自密實混凝土應用第45頁，共72頁。4672應用實例世博演藝中心MS(mm)W/B(%)s/a(%)水泥種類粉煤灰種類外加劑単位量(kg/m3)WCFASG礦粉20324742.52級SP-8N(C2.37%)16535070800900100自密實混凝土應用第46頁，共72

22、頁。4772應用實例辰山植物園MS(mm)W/B(%)s/a(%)水泥種類粉煤灰種類外加劑単位量(kg/m3)WCFASG礦粉374552.52級RHEOPLUS25(C4.92%)16536040770101050自密實混凝土應用第47頁，共72頁。4872目標就地取材,總膠600mm (SDC)，10kg水或 0.1%外加劑摻量的情況下，混凝土基本穩(wěn)定，不離析、不泌水,硬化混凝土性能優(yōu)于或與普通混凝土相當?；炷列阅艹杀镜陀谕ㄟ^提高膠凝材料用量來配制的同一應用目的的自密實混凝土，比同強度等級的普通混凝土高10%左右。低強度自密實混凝土 Smart Dynamic Concrete (SDC

23、)第48頁，共72頁。497249配合比類型Type水W水泥C礦粉Slag粉煤灰FA細骨料Fine Agr.粗骨料Coarse Agr.水灰比W/B外加劑及摻量Admixture Dosage%SDC170180501308808800.472Glenium 6000 SDC1.0% TVC*18020070807929160.486LN800N 1.6SDCTVC坍落度 slump (mm)0min2352151hr220100擴展度 flow (mm)0min6053751hr600T50 (s)0min71hr10含氣量 (%)0min4.63.5凝結時間Setting (h: min)

24、初凝 Initial10: 159: 10終凝 Final13: 0012: 10抗壓強度Comp. strength（MPa）SDCTVC3d14.917.97d26.329.428d42.238.6低強度自密實混凝土 (SDC)TVC*：傳統(tǒng)振搗混凝土第49頁，共72頁。507250SDCTVC 彈性模量（GPa）Static modulus of elasticity34.8534.08抗?jié)B等級Impermeability grade1719 耐久性系數(shù)（）Durability coefficient67.4673.44碳化滲透深度(mm) Carbonation depth3d5.53

25、.67d8.86.614d10.58.028d12.29.7氣孔Air voidsA (%)1.522.1(1/in)395201Spacing factor (in)0.040.04低強度自密實混凝土 (SDC)第50頁，共72頁。517251收縮性能Shrinkage property低強度自密實混凝土 (SDC)第51頁，共72頁。527252水W水泥C細砂FRS中砂MRS機制砂MS碎石A粉煤灰FA礦粉SG外加劑 Admx1#160200300565-92080100Rheoplus 325 0.85%2#170200350515-92080100Glenium 6000 SDC 1.3

26、%3#170200300-56592080100SDC 1.6%低強度自密實混凝土 (SDC)上海探索實例第52頁，共72頁。5372抗壓強度 (Mpa)3D7D28D56D1#23.230.341.258.02#19.330.039.855.43#21.430.240.754.1性能試驗結果軸心抗壓強度，MPa 33.1靜彈性模量，GPa 37.1劈裂抗拉強度，MPa 4.1028d碳化性能，mm 2.7其它性能數(shù)據(jù)低強度自密實混凝土 (SDC)第53頁，共72頁。5472高速鐵路無砟軌道調(diào)整層高抗裂自密實混凝土研究第54頁，共72頁。5572一、背景意義1、武漢城市圈城際鐵路概括武漢城市圈

27、示意圖第55頁，共72頁。56721、武漢城市圈城際鐵路概況武漢城市圈城際鐵路武漢-黃石城際鐵路武漢-孝感城際鐵路武漢-咸寧城際鐵路武漢-黃岡城際鐵路武漢城市圈四條城際鐵路，目前處于施工圖設計階段，其中武漢至黃石、武漢至孝感、武漢至咸寧城際鐵路已于2009年3月開工建設，預計2010年底將開展無砟軌道施工第56頁，共72頁。57722、無砟軌道總體結構設計無砟軌道結構方案為帶擋肩的新型單元板式無砟軌道結構，軌道結構由鋼軌、扣件、預制軌道板、配筋的自密實混凝土（自流平混凝土調(diào)整層）、限位擋臺、中間隔離層（土工布）和鋼筋混凝土底座等部分組成。總體結構橫斷面圖第57頁，共72頁。58722、無砟軌道

28、總體結構設計軌道板采用分塊單元結構布置軌道板采用單元分塊式結構，在路基、橋梁和隧道地段軌道板間采用不連接的分塊式結構。底座板在每塊軌道板范圍內(nèi)設置兩個限位擋臺（凹槽結構），底座板與自流平混凝土層間設置中間隔離層軌道板實物圖第58頁，共72頁。59723、自流平混凝土結構設計 自流平混凝土結構設計具體指標結構尺寸設計研究自流平混凝土的長度，與軌道板的長度對齊自流平混凝土的寬度，根據(jù)灌注工藝的需要，通過現(xiàn)場試 驗確定，一般可較軌道板邊寬出150mm范圍內(nèi)自流平混凝土的厚度，根據(jù)現(xiàn)場灌注情況，初步定為90mm受力分析研究自流平混凝土強度為C40，底座為鋼筋混凝土結構，列車荷載取輪載300KN，采用有

29、限元初步計算自流平混凝土的配筋由于自流平混凝土主要受列車荷載引起彎曲應力，根據(jù)以上計算分析結果，自流平混凝土與軌道板分離時受到的受彎曲應力為0.45MPa，自流平混凝土與軌道板為一整體時受到的受彎曲應力為2.2MPa，其內(nèi)部配筋采用單層結構配筋進行設計，根據(jù)結構配筋計算，可采用10200mm的鋼筋網(wǎng)片第59頁，共72頁。60724、自密實混凝土體系的特點板式無砟軌道CA砂漿出現(xiàn)了許多質(zhì)量問題，如脫空、積水、開裂、掉塊、剝離CA砂漿屬引進技術，無自主知識產(chǎn)權自密實混凝土體系可形成國內(nèi)自主知識產(chǎn)權自密實混凝土體系除應用于國內(nèi)外，爭取在國外應用（俄羅斯寒冷地區(qū)），課題會進一步研究寒冷地區(qū)高速鐵路用自密實混凝土為什么要用自密實混凝土體系替代CA砂漿層？第60頁，共72頁。6172二、內(nèi)容介紹 間隙通過性 韌性指數(shù) 堿骨料反應 硫酸鹽侵蝕自密實混凝土的性能工作性能物理力學性能抗裂性能耐久性能流動性抗離析性填充性抗壓強度抗拉強度彈性模量平板法橢圓環(huán)法碳化抗?jié)B凍融循環(huán)第61頁，共72頁。62721、評價指標1、拌合物技術要求與檢測方法性能項目京滬指標成灌指標武漢城際鐵路檢測方法流動性坍落擴展度，mm600-75070050600-750坍落筒檢測一小時擴展度損失，mm未明確列出0400-40擴展時間 T50，s2-6-2-6抗離析