自密實混凝土的配合比特征與硬化后的性能優(yōu)缺點-朋-批注

1、自密實混凝土的配合比特征與硬化后的性能優(yōu)缺點摘要：首先論述了自密實混凝土的配制原理，然后講述了自密實混 凝土的配合比設計原則與其特征，最后論述了自密實混凝土硬化后 的性能優(yōu)缺點。關(guān)鍵詞：自密實混凝土；配合比；硬化。0 引言20世紀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 混凝土，這一概念首先是Okamura在1986年提出的。自密實混凝 土(SelfCompacting Concrete ,簡稱 SCC)是高性能混凝(Higll Performance Concrete,簡稱HPC)的一種，是指具有不離析、不泌 水，能夠不經(jīng)振

2、搗或少振搗而自動流平，并能夠通過鋼筋間隙充滿 模板的混凝土，即無需振搗，僅依靠自重作用就能仿混凝土密實填 充模板的各個角落。其與相同強度等級的普通混凝土相比，具有 較大的漿骨比、砂率較大、細摻料總量大的特點，有很高的施工性 能。但至今為止，國內(nèi)在自密實混凝土的配制技術(shù)上，仍未形成 一種統(tǒng)一的配合比方法，因為對其配合比特征是很有意義的?；炷?土硬化后，在力學性能和耐久性方面與普通混凝土相比具有很大優(yōu) 勢。1 國內(nèi)外應用研究現(xiàn)狀自密實混凝土自80年代后半期由日本東京大學的崗村甫提出來而問世以來，它的應用越來越廣泛，其研究也越來越受到重視。此 后，北京建工集團二公司開始研制并試用。中南大學等單位于2

3、005 年5月2628日在湖南長沙主辦了我國第一次自密實混凝土技術(shù)方 面的國際研討會(1st International Symposium Design, Performance and Use of Self-Consolidating Concrete, SCC, 2005-China)o 特 別是近幾年，國內(nèi)免振搗自密實混凝土的研究有了很大起色，到目 前為止，己經(jīng)將自密實混凝土應用于各類工業(yè)與民用建筑、道路、 橋梁、隧道及水下工程但是由于各地原材料和施工條件的差 別，具體實施時不能照搬國內(nèi)外同行的技術(shù)經(jīng)驗。為保證自密實混 凝土具有良好的工作性，且完全符合自密實混凝土的工作性要求， 可通

4、過采用優(yōu)化配合比的方式來改善其工作性能，以達到自密實 性。所以，對自密實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 自密實混凝土的制備原理圖1自密實混凝土拌合物的自密實過程Fig.l Selcompacting process of self-compacting ccmcrete mix與普通混凝土相比，自密實混凝土的關(guān)鍵是在新拌階段能夠依 靠自重作用充模、密實， 而不需額外的人工振搗， 也就是所謂的“自密實性 (selfcompactability )”， 它 包括流動性或填充性、間隙通過性以及抗離析性等3個方面的內(nèi)容。自密實混凝土拌合物 的自密實過程可由圖1表示，粗骨料懸浮

5、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，通過鋼筋間隙、進而形成均勻密實的結(jié)構(gòu)。自密實混凝土拌合物的自密實性，為硬化混凝土的性能提供了 重要保證，因而，也是進行自密實混凝土設計的重要基礎，己有的 白密實混凝土設計方法大部分是根據(jù)這一原理發(fā)展的。日本東京大 學最早進行了自密實混凝土的設計研究，提出了所謂自密實混凝土 原型模型方法(prototype method) J ,后來日本、泰國、荷蘭、法 國、加拿大、中國等國的學者進一步進行了自密實混凝土的設計方 法研究，歸納起來可以分為三類：基于自密實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

6、，結(jié)合實驗室試驗研究結(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)驗關(guān)系。如：日本學者 Edanatsu等提出的基于砂漿變形及其與粗骨料之間相互作用的 設計方法；泰國學者Kasemsa瑚ra徹等基于自密實混凝土拌合 物變形性、離析以及間隙通過性提出的設計方法等。(2)Edanatsu等認為：砂漿的變形性能對自密實混凝土拌合物性能 起關(guān)鍵作用，自密實混凝土拌合物中砂子與砂漿的體積比相對固 定，然后基于普通混凝土配合比設計方法即可進行自密實混凝土設 計，并研究提出了一種測定砂漿變形性能和粘度的v形漏斗測定方 法。這一模型比較簡單，操作簡便。然而，這一設計方法理論依據(jù) 不充分

7、，實驗依賴性較強，而且對于粗骨料含量、性質(zhì)等參數(shù)對自 密實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雜性及其對混凝土拌合物性能的高要 求，導致理論計算分析與模擬的不確定性和困難，因此，有關(guān)學者 提出了基于大量試驗統(tǒng)計關(guān)系的自密實混凝土配合比設計方，即通 過積累大量的實驗數(shù)據(jù)，建立原材料配比參數(shù)與混凝土性能之間的 經(jīng)驗關(guān)系。然而，此方法工作量非常巨大，需要進行大范圍的相關(guān) 數(shù)據(jù)的收集累積，建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，以提高模型的普適性。綜上所述，由于已有的設計方法在全面反映自密實混凝土拌合 物性能的真正內(nèi)涵及其在體現(xiàn)混凝土工作性、強度等級與耐久性之 間的相互協(xié)調(diào)關(guān)系或是實用性等方面存在差

8、距，目前還缺乏被廣泛 認同接受的自密實混凝土設計方法。3 自密實混凝土的配合比設計自密實混凝土原材料包括：粗細骨料、膠凝材料、超塑化劑 等。為了獲得滿意的性能，必須對自密實混凝土進行精心的配合比 設計，并且配比設計方法直接影響混凝土成本，如果考慮不當將導 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 混凝土發(fā)展至今，國內(nèi)外學者提出的配合比設計方法主要有：固定 砂石體積法、全計算法、改進全計算法、參數(shù)沒計法、骨料比表面 積法、簡易配合比設計方法等。自密實混凝土配合比設計要從流動 性、抗分離性、間隙通過性和填充性4個方面統(tǒng)一考慮，解決流 動性與抗分離性的矛盾，從而提高間隙通過能力和填

9、充性。新拌混 凝土的自密實性與配合比中粗骨料所占比例，粗骨料的級配，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 自密實混凝土的配合比特征自密實混凝土的配合比特征主要包括高粉體用量、低骨料用 量、低水膠比等。4. 1高粉體用量自實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、外摻的石粉等外。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展度的減小，但砂率對坍落度的影響較小。大 量的試驗表明，自密實混凝土的砂率一般在45%55%范圍內(nèi)取值比 較適宜，粗細骨料比以0. 85-1.20較為合適.對于砂率的控制

10、，根據(jù) 美國混凝土專家P. K . Me -hta和P. C. Aitcin的觀點，高性能 混凝土同時達到最佳的施工和易性和強度性能,其水泥漿與骨料的體 積比應為35 ： 65 o4. 3砂與膠凝材料漿體試驗表明，砂子在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；當砂體積含量達到44%時，堵塞機率為100%。 故砂漿中砂體積含量不能超過44%。小于42%時,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

11、小，混凝土有較好的流動性，但強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低于0.4?？?用礦物摻合料調(diào)節(jié)混凝土強度和拌合物的粘度。由有關(guān)文獻可知,對 摻加摻合料如粉煤灰、強度等級不超過C50的高強自密實混凝土, 混凝土強度與水膠比m( w)/m( c+f)有線性關(guān)系的假設仍是成立的, 根據(jù)混凝土配制強度可導出水灰比(或水膠比)的近似計算公式：m (墳)f) /az.p nQ*式中：feu, p為混凝土的配制強度；fee為水泥的實測強度；m( w)/m( c+f)為水灰比(或水膠比)；a , B為回歸系數(shù)，對碎石 混凝土，a =0.48, 3 =0. 52；對卵石混凝土

12、，a =0. 50 ,8=0.61。要滿足自密實混凝土的流動性要求，水膠比一般根據(jù)經(jīng)驗在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) 混凝土強度和拌和物的粘度。自密實混凝土硬化后的性能優(yōu)缺點自密實混凝土硬化后具有良好的力學性能、優(yōu)異的耐久性能以 及體積穩(wěn)定性。且硬化后的表面十分致晰，滲透性低，從而又提高 了其耐久性。但是其硬化后的自密實混凝土耐久性非常有限,尤其是在寒冷氣候條件下。同時，自密實混凝土中還有不穩(wěn)定的氣泡。高 流動自密實性混凝土與普通混凝相比，干燥收縮稍大一些“°】。5.1 力學性能新拌混凝土的質(zhì)量、施工過程中振搗密實程度、養(yǎng)護條

13、件及齡 期等決定了自密實混凝土硬化后的性能。在水膠比相同條件下，自 密實混凝土的抗壓強度、抗拉強度與普通混凝土相似，強度等級相 同的自密實混凝土的彈性模量與普通混凝土的相當。另外，與相同 強度的高強混凝土相比，雖然自密實混凝土與普通高強混凝土一樣 呈現(xiàn)出較大的脆性，但自密實混凝土的峰值應變明顯偏大，這表明 白密實混凝土具有更高的斷裂韌性115.2 長期耐久性能近年來，隨著混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的日益突出，自密實混凝 土的長期耐久性能也成為關(guān)注的焦點。自密實混凝土的水灰比、水 膠（水泥+填料）比是影響氯離子滲透深度的關(guān)鍵因素，自密實混凝土 中氯離子的滲透深度要比普通混凝土的小。自密實混凝土由于含有

14、 較多的膠凝材料，導致其水化放熱增大，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混凝土的水化過程。5. 3體積穩(wěn)定性自密實混凝土由于漿體含量相對較多，因而其體積穩(wěn)定性成為 關(guān)注的重點之一。在密封與非密封條件下，影響自密實混凝土收 縮、徐變的主要影響因其水灰比，相反，填料的細度對收縮與徐變 無顯著影響；同時，雖然水泥強度等級對自密實混凝土的收縮無影 響，但不可忽視其對自密實混凝土基本徐變和干燥徐變的影響作 用。此外，環(huán)境條件對自密實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，自密實混凝土采用 低

15、水膠比以及較大摻量的礦物摻合料等合理的配合比設計111o5.4氣泡由于自密實混凝土的高流動性，原本引入的適宜氣泡很容易被破 壞掉,空氣容易被排出來,小氣泡變成大氣泡。近來Siebel和Khay at等人己經(jīng)對自密實混凝土中的氣泡的穩(wěn)定性進行研究。他們的結(jié) 論是人們可以生產(chǎn)出抗凍融的自密實混凝土。根據(jù)Siebel,加入高 效減水劑的自密實混凝土抗凍融,需要比普通混凝土更高的含氣量。 Khayat等人也對自密實混凝土中不穩(wěn)定的小氣泡合并進行了研究， 認為為保證自密實混凝土中穩(wěn)定的氣泡系統(tǒng),塑性粘度和屈服應力分 別不應超過ION. m. s和2N. m。6. 自密實混凝土發(fā)展前景展?SCC具有許多振

16、動密實混凝土所不具備的優(yōu)點，有良好的發(fā)展前景。但目前仍需要進行深入的研究敏感性問題。SCC的性能會受 1 /1到原材料質(zhì)量、配合比、攪拌運輸設備等波動因素的影響而大幅度 變化，這是一個重要的課題。未來需要探求更為優(yōu)異的超細粉摻合 材.，制訂自密實混凝土配合比設計規(guī)程和統(tǒng)一的工作性檢測方法。參考文獻：1謝雄敏 有關(guān)自密實混凝土的配合比設計的相關(guān)研究期刊論 文-ChengShi Jianshe Li Lun Yan Jiu,2012 (2).2 QZAWA K,MAEKAWA K,KUNISHIMA M,et al.Development of high performance concrete

17、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, 1989.445-450. 3邢振影自密實混凝土的理論分析與配合比設計期刊論文-中 國科技博覽2011(15).4 OKAMURA Hajime,OUCHI Masahiro.Ssif-compacting concrete:development,presentusea

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