淺談自密實高性能混凝土

張文娜 李 立 李 青

（重慶交通大學 中國 重慶 400074）

0 前言

混凝土具有強度高、耐久性好、原材料來源廣、制作工藝簡單、成本較低、適用于各種自然環境等優點，因此，它是世界上使用量最大、最為廣泛的首選建筑材料。近年來，隨著建筑技術的不斷更新，混凝土的組成及施工工藝也發生了巨大變化，混凝土結構的研發與創新，新材料、新工藝、新技術的開發應用，混凝土工程不斷向大規模、復雜化、高層化方向發展，混凝土工程的施工難度也越來越大。很多情況下，因混凝土振搗困難而造成工程質量難以得到保證，同時，混凝土振搗引起的噪音也成為一個亟待解決的難題。自密實混凝土是一種特殊的高性能混凝土，可以通過自重流淌而充實薄壁混凝土結構和鋼筋密集的結構部位，可以不經振搗即可密實并保持自身的均勻性和密實性。因而解決此類問題，大力推廣施工無需振搗的自密實混凝土不失為一個好方法。自密實混凝土具有無可比擬的優越性，是未來混凝土發展的一個趨勢，其研究和應用已在世界范圍內得到廣泛的開展。

1 國內外研究現狀

自密實混凝土最初由日本學者岡村甫教授發明，主要是通過復合型外加劑、優質摻和料、粗細骨料的選擇，搭配及精心的配合比設計使混凝土拌和物能在自重作用下無需振搗，自行填充模板空間，形成自密實結構，并兼有良好的力學性能和耐久性能的一種高性能混凝土。SCC技術從20世紀90年代在日本獲得發展以來開展了一系列針對自密實高性能混凝土的系統研究，包括自密實混凝土的工作性測定及流變學性能，配合比設計，自密實混凝土的摻合料、外加劑以及自密實混凝土的耐久性，結構性能等方面。引起了整個世界的關注，無論是預制還是現澆混凝土工程中都有應用。

我國對自密實混凝土的研究于20世紀90年代初期伴隨流態混凝土這一概念的誕生而開始，隨之國內不少高校、科研機構與施工單位也對自密實混凝土技術進行了系統深入的理論分析、試驗研究和推廣應用。近幾年建筑技術的不斷改進，標新立異結構的出現、高強度的不斷提升，使混凝土結構內部配筋狀況也發生了變化，較密集的配筋布置已成為現實，而自密實高性能混凝土也就成為趨勢。自密實混凝土已在我國大量水利、港口、橋梁、土木等工程領域中應用，特別適合于澆筑量大、澆筑高度大、鋼筋密集、有特殊形狀等的工程。

2 自密實高性能混凝土的特性

自密實混凝土是基于混凝土的施工性能來分類和命名的，是一種流動性大、不經振搗即可自行密實的混凝土，其某些性能類似于大流動性混凝土和泵送混凝土，但又不完全相同。同時自密實混凝土作為高性能混凝土的一種，因其具有很高的流動性而不離析、不泌水，可不振搗而自行流平以及水泥用量低，廢渣利用率大，施工性能好等眾多優點而被廣泛使用。

自密實混凝土通過外加劑、膠結材料、粗細骨料的選擇和配合比的設計，使混凝土拌合物屈服值減小且又具有足夠的塑性粘度，粗細骨料能夠懸浮于水中不離析、不泌水，在不用或基本不用振搗的成型條件下，能充分填充所有空隙，形成密實而均勻混凝土結構的一種高性能混凝土。自密實混凝土可以在較低的水膠比下僅靠自重就能填充到復雜模型的各個角落，具有均勻的自密實成型性能，同時保證混凝土硬化后具有很好的力學性能和優異的耐久性能；且在硬化后表面的結構十分致密，滲透性低，提高了其耐久性。并且自密實混凝土的自密實性能利于施工，大大簡化了混凝土結構的施工工藝、提高了施工效率和施工質量，縮短施工工期，減少噪音污染。SCC被認為是幾十年來機構工程最具革命性的進步，其工作性較同水灰比的普通振動密實混凝土明顯提高，可以達到如下技術效果：

1）易于澆筑，施工快速，減少現場人力，提高勞動生產率，降低工程費用；

2）可以改善混凝土工程的施工環境，減少噪聲對環境的污染；

3）設計靈活，減小混凝土斷面，達到更好的表面裝飾效果，滿足特殊施工需要，如鋼筋密集、截面復雜而間隙過于狹窄等情況。

對于自密實高性能混凝土，拌合物的工作性能是重點。應具有良好的穿透性能（通過障礙入口，如鋼筋間隙，流入而不離析或阻塞的能力）、充填性能（在自重下流入或完全充滿模板各個部位的能力）、抗離析性能（穩定性）。在SCC的配合比設計中，所有三個工作性參數都要被評估以保證所有方面都符合要求并解決好流動性與抗離析性、間隙通過性與填充性之間的矛盾，混凝土高工作性與硬化后力學和耐久性的矛盾。

3 自密實高性能混凝土的材料要求

自密實高性能混凝土所用原材料(如水泥、砂、石)與普通混凝土基本相同，但因其大流動性、低離析泌水性而有所區別，必須選擇合適的集料粒徑（一般不超過20mm）、砂率，摻入高摻量的超細物料與適當的高效減水劑及其他外加劑，如提高穩定度的粘度調節劑、提高抗凍融能力的引氣劑、控制凝結時間的緩凝劑等等。有時候還會使用鋼纖維來提高混凝土的機械性能（如抗彎強度、韌度），使用聚合物纖維來減少離析和塑性收縮，并提高耐火性。各種原材料的選擇要求如下：

1）水泥：通過有關資料驗證普通硅酸鹽水泥配制的自密實混凝土，和易性、勻質性好，混凝土硬化時間短，混凝土外觀質量好，便于拆模。一般水泥用量為350kg/m3～450kg/m3，若過低則需摻加其他礦物摻合料，如粉煤灰、磨細礦渣等來提高混凝土的和易性。

2）礦物摻合料：自密實混凝土漿體總量較大，如單純用水泥會引起混凝土早期水化熱較大、混凝土收縮較大，不利于混凝土的體積穩定性和耐久性，摻入適量的礦物摻合料可彌補以上缺陷，并且可改善混凝土的工作性能。

3）細骨料：自密實混凝土的砂漿量大，砂率較大，故一般選用中砂或偏粗中砂，砂細度模數在2.5～3.0之間為宜。砂中所含粒徑小于0.125mm的細粉對自密實混凝土的流變性能非常重要，一般要求不低于10%。

4）粗骨料：各種類型的粗骨料都可使用，最大粒徑一般不超過20mm。

5）外加劑：配制自密實混凝土常使用各類高效減水劑，摻入適量外加劑后，混凝土可獲得適宜的粘度、良好的粘聚性、流動性、保塑性。

4 自密實高性能混凝土的配合比設計

自密實高性能混凝土配制成本比普通高性能混凝土要高，配合比設計要考慮的因素也較為復雜，一般應用于較為復雜的構件或工程環境。自密實高性能混凝土配合比的突出特點是：高砂率、低水膠比、高礦物摻合料摻量。

一般采用正交試驗的設計方法確定水膠比、砂率、摻合料摻量、碎石比例、外加劑等主要參數。進而經過混凝土性能試驗強度檢驗，反復調整各原材料參數，通過優化配合比，得出了混凝土的工作參數，同時滿足抗滲性、抗凍性、碳化、收縮等四個方面對自密實高性能混凝土的耐久性要求。除此之外，還可以采用簡易配合比設計方法（只適于配制中低強度自密實混凝土）、全計算法（推導出單方用水量和砂率的計算公式的定量設計法）、固定砂石體積含量方法、改進的全計算法、參數設計法、四層體系設計法、骨料比表面法等。各種混凝土配合比設計方法都有其針對性和側重點，配制自密實混凝土時不能完全照用，但可以借鑒其中的設計思想。可知應用更廣泛、更合理的自密實高性能混凝土配合比設計方法還有待進一步探索。

5 結束語

自密實混凝土的出現簡化了混凝土結構的施工工藝、提高了施工效率和施工質量，縮短施工工期，減少噪音污，同又因大量摻合各種工業廢料有利于資源的綜合利用和生態環境保護，做到了節能、環保、高效、經濟，它不僅適應了當代混凝土工程規模化、復雜化的要求，是名副其實的綠色高性能混凝土，更是混凝土工藝的一次革命。對自密實混凝土的研究不僅具有較高的學術價值，而且具有很好的應用前景。

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