自密实混凝土的特点及性能.docx

1、自密实混凝土的特点及性能现代混凝土技术已不再仅仅追求高强度，而是越来越重视工作性、体积稳定性、耐久性等的统一，即向高性能方向发展。自密实混凝土（Self-Compacting Concrete，简称SCC） 作为高性能混凝土的一种，就是以其卓越的工作性能为最大特征的混凝土，现已成为高性能混凝土的一个重要发展方向。混凝土拌合物良好的的工作性不仅是为了满足施工要求，更有利于改善混凝土结构的匀质性，使成型后的混凝土更加密实，减少原始缺陷，从而保证混凝土的长期耐久性能。可以说，没有良好的工作性就不可能有良好的耐久性。自密实混凝土是具有高流动性、均匀性和稳定性，浇筑 时无需外力振捣，能够在自重作用下流动

2、并充满模板空间 的混凝土。自密实混凝土拌合物除应满足普通混凝土拌合物对凝结时间、黏聚性和保水性等的要求外，还要满足自密实性能的要求，即填充性、间隙通过性和抗离析性。自密实混凝土技术最早由日本在20世纪末提出，随后很快传入其他国家并获得迅速发展。我国主要是在2000年后开始引进研究和应用自密实混凝土的。目前自密实混凝土面临的问题主要有：（1）自密实混凝土的工作性内涵较广，测试方法及量化指标还不成熟。（2）配合比设计没有标准的流程。（3）对原材料要求高，胶凝材料用量大，必须掺加高效 减水剂，成本高。（4）尚未能在中低强度等级混凝土中广泛应用。（5）组成上的差异导致性能上与普通混凝土的差异， 尤其是

3、长期的耐久性能，还需进一步研究等。1 自密实混凝土的组成特点为了提高新拌自密实混凝土的流动性和抗离析能力， 粗骨料的体积和最大粒径必须减小，粗骨料最大粒径不 宜超过1620 mm。粗骨料中针、片状颗粒含量对自密实 混凝土间隙通过性影响较大，会增加拌合物的流动阻力，同时对混凝土强度等性能也存在不利影响，因此自密实混凝土对粗骨料的针、片状颗粒含量要求较严格，JGJ/T 2832012自密实混凝土应用技术规程规定的限值为 8%，而有研究指出当自密实混凝土中含胶凝材料较少时，粗骨料的针、 片状颗粒含量宜控制在7%以内。人工砂中含有适量石粉能改善混凝土的工作性，但过量的石粉会吸附更多的水分，导致混凝土工

4、作性变差。另外人工砂往往级配不良、颗粒粗糙、多棱角，用于配制自密实混凝土时需提高砂率。聚羧酸系高性能减水剂具有掺量低、减水率高、混凝土强度增长快、混凝土拌合物坍落度损失小、拌合物黏滞阻力小等优点，而且相比于其他类型的高效减水剂，聚羧酸系高性能减水剂还具有引气功能，可以明显改善混凝土的收缩性能，并在一定程度上弥补自密实混凝土收缩较大的缺陷。因此聚羧酸系高性能减水剂适用于配制自密实混凝土，尤其是高强自密实混凝土。高性能的聚羧酸系外加 剂是自密实混凝土配制的关键材料，它有效解决了自密实 混凝土大流动性和抗离析性之间的矛盾，为配制自密实混凝土简化了制约因素。不过若其掺量过大也会造成离析泌水等不稳定问题

5、，此时应设法调整配合比，不应一味地依靠减水剂来解决所有的工作性问题。低 水 胶 比 （不 宜 大 于0.45）、 高胶凝材料用量 （400550 kg/m3）、高砂率（50%左右）是自密实混凝土的组 成特点，这也决定了其早期易于开裂、体积稳定性差的问题，为了缓解水泥过多带来的水化热，自密实混凝土一般需掺入不低于胶凝材料总用量20%的矿物掺合料。粉体材料即水泥+细粉（如粉煤灰、硅灰、石灰石粉及粒径小于125m的细砂）用量的增加有利于浆体充分包裹骨料颗粒，使粗细骨料悬浮于浆体中，达到自密实性能。但对低强度等级的自密实混凝土，由于其水胶比较大，浆体黏度较小，仅仅靠增加单位体积浆体量不能满足工作性要求

6、，尤其是难以满足抗离析性要求。此时可通过掺加黏度调节剂（掺量为胶凝材料用量的 0.1%0.2%）予以改善，这样会增加浆体的屈服应力和混凝土拌合物的黏聚性，同时也 会对混凝土的流动性造成不利影响，因此黏度调节剂的应用要通过试验确定。2 自密实混凝土的工作性工作性能是自密实混凝土的关键性能，如何量化和保证新拌自密实混凝土的工作性能一直是而且还将会是自密实混凝土研究的重点。现行行业标准规定自密实混凝土的自密实性能包括填充性、间隙通过性和抗离析性，并规定了不同的性能等级和适用范围，实际应用时应将其中一项或者几项指标作为主要要求，一般不需要每个指标都达到最高要求，其中填充性是必控指标，而间隙通过性和抗离

7、析性可作为选择指标。自密实混凝土的填充性通过坍落扩展度试验和T500试验共同测试，间隙通过性通过J环扩展试验进行测试，抗离析性通过筛析试验或跳桌试验测试。另外国内外常用的 评价自密实混凝土工作性能的方法还有L形仪、U形仪、V形漏斗试验等，特殊工程还要进行足尺模拟浇筑试验。鉴于自密实混凝土拌合物复杂的工作性，必须从其流变学模型入手才能较好地揭示混凝土中各成分的相互作 用以及自密实混凝土拌合物工作性的机理，从而建立起新拌混凝土的流变特性与实际工程应用中工作性参数的关系，甚至对自密实混凝土进行数值模拟、建立虚拟试验室。随着计算机技术的发展，也可采用神经网络方法对自密实混凝土工作性能进行预测。3 自密

8、实混凝土流变特性和配合比设计目前尚没有标准的自密实混凝土配合比设计方法。普通混凝土的配制原则是，在满足设计强度等其他要求性能指标的前提下，用最少的胶凝材料拌制的浆体填充最紧密堆积的骨料空隙。而自密实混凝土的配制原则是，砂、石骨料较均匀地被包裹、悬浮在有一定黏度和流动性的胶凝材料浆体中。自密实混凝土的流变性近似于宾汉姆体，可用屈服剪切应力和塑性黏度两个参数来表达其流变特性。根据流变学理论，材料的变形必须克服屈服剪切应力，只有当在材料内部产生的剪切应力大于屈服剪切应力时，材料才能发生流动变形。普通混凝土是通过外加的振捣作用来使混凝土流动的， 但自密实混凝土仅依靠自重来使混凝土流动，这就要求自密实混

9、凝土自身的屈服剪切应力较小。混凝土的稳定性与黏度有很大的关系，黏度太小，混凝土容易离析，自密实混凝土必须有较高的稳定性，因而黏度不能太小；同时要在较小的自 重作用力下产生较大的流动，黏度还不能太大。所以，自密实混凝土的屈服剪切应力和塑性黏度必须处在适当的范围。冰岛建筑研究院的研究认为，当自密实混凝土的流变学参数满足：屈服剪切应力 3080Pa、塑性黏度 1040Pas 时，可以较好地解决高流动性与高稳定性之间的矛盾。从国内外的研究文献上看，常规的自密实混凝土的配合 比计算方法一般有：固定砂石体积法；全计算法，是否适用于自密实混凝土尚有争议；改进全计算法；参数法； 骨料比表面法；简易配合比设计方

10、法；正交试验法或“析因法”；经验推导法或试配法；绝对体积法等。现行行标推荐的是绝对体积法，其实与固定砂石体积法较为类似，其他各种设计方法也各有优缺点。另外以下几种自密实混凝土 配合比设计方法新颖独特，值得介绍：基于流变学特性的自密实混凝土配合比设计方法。基于颗粒级配理论设计自密实混凝土配合比的方法。均匀试验设计法。因为没有足够的胶凝材料浆体带动骨料流动，中低强度等级的混凝土较难达到自密实混凝土的性能要求，这严重阻碍了普通强度等级自密实混凝土的广泛应用。BASF公司利用黏度改性剂，配制出了低胶凝材料用量的普通强度等级自密实混凝土，称为智能动力混凝土（Smart Dynamic Concrete，

11、SDC），与传统的自密实混凝土相比，可节省50100kg/m3的胶凝材料。另外，还有一类在自密实混凝土的基础上发展起来的干拌自密实混凝土也有很好的发展前景。干拌自密实混凝土最大的特点是主要材料（基料）的商品化生产，施工现场直接在基料中加入一定量的水和粗集料，搅拌均匀即可。4 自密实混凝土的力学耐久性能理论上来讲，自密实混凝土中粗骨料用量偏少，会导 致弹性模量偏低，但孟志良的研究认为，与同强度普通混凝土相比，低强度自密实混凝土弹性模量偏高。一般来说自密实混凝土的粉体材料用量偏大，也会造成其弹性模量偏低，可王钧的研究认为，随着粉煤灰掺量的增大，自密实混凝土的弹性模量逐渐增大，当粉煤灰掺量不大时，自

12、密实混凝土的弹性模量相对于普通混凝土稍小，当粉煤灰掺量较大时，其弹性模量反而略高于普通混凝土。这可能跟自密实混凝土硬化后更加均匀密实有关，对此还需要进行深入研究。胶凝材料用量的增加引发了自密实混凝土一系列的收缩和早期裂缝问题，因此在配制自密实混凝土时可掺入一定量的膨胀剂，以补偿自密实混凝土的收缩，降低其开裂的可能性。不过杨医博的研究认为，在同样水胶比的情况下，自密实混凝土的抗早期开裂和干缩开裂的性能均优于普通泵送混凝土。因此在自密实混凝土的收缩以及抗裂性方面尚有待深入研究。自密实混凝土拌合物基本没有泌水问题，减少了骨料界面上硬化后作为渗透通道的原生裂缝的产生，同时矿物掺合料的火山灰反应使得氢氧

13、化钙在界面上的富集与结晶的定向排列得到了较好的解决，界面结构致密强度高，因此抗渗性得到提高。自密实混凝土的碳化深度与28d抗压强度有良好的线性关系，其抗碳化性能较同强度等级的普通混凝土为优。5 结论与展望从以上可以看出，自密实混凝土在原材料组成、配合比设计方法、硬化混凝土性能、工作性能评价上均与普通混凝土甚至一般的高性能混凝土存在较大差异。虽然对于自密实混凝土的研究已取得了很多的成果，但仍然存在一 些争议和不明确之处，比如自密实混凝土的粉体材料用量 与弹性模量的关系、自密实混凝土的收缩和抗裂等。把握自密实混凝土的流变学特性，可以更好地进行自密实混凝土 的配合比设计和新拌混凝土的自密实性能评价，有利于自密实混凝土技术的发展。研究新型的黏度改性剂和聚羧酸 系高性能减水剂等外加剂可推动自密实混凝土向普通强度等级发展，节省胶凝材料用量，降低成本，同时使自密实混凝土的配制简单化。