［摘要］自密實混凝土具有許多優(yōu)點和良好的發(fā)展前景,，但是目前還沒有具有普遍適應(yīng)性的配合比設(shè)計方法，以及標準的工作度評價體系,。本文對國內(nèi)外的自密實混凝土配合比設(shè)計方法進行了分析總結(jié),，提出了自密實混凝土配合比設(shè)計需要遵循的原則、配制技術(shù)和相應(yīng)的質(zhì)量控制措施,。
1 前言
普通混凝土施工由于依靠人工振搗,，因此存在諸多不足，主要表現(xiàn)在：（1）勞動強度大,，工作環(huán)境差,，影響施工人員身體健康和周圍居民正常生活；（2）在實施混凝土振搗作業(yè)時,，混凝土工程各部位的振搗時間由施工人員憑經(jīng)驗控制,，影響混凝土工程整體施工質(zhì)量；（3）薄壁結(jié)構(gòu),、鋼管混凝土,、稠密配筋結(jié)構(gòu)和復雜結(jié)構(gòu)中，作業(yè)空間較小,，人工振搗難度大,；（4）在工程改造中,，后加柱,、加粗柱等結(jié)構(gòu)施工時,，由于受原有結(jié)構(gòu)的影響，難以實現(xiàn)人工振搗,。
針對上述普通混凝土的施工工藝不便之處,，近年來，國內(nèi)外提出應(yīng)用自密實混凝土加以解決,，并且已經(jīng)應(yīng)用于許多大型工程,，如日本的明石大橋等。自密實混凝土（SCC）具有高流動度,、抗離析性,、均勻性、穩(wěn)定性和自填充性,，澆筑時依靠其自重流動,，無需振搗而達到密實。自密實混凝土不論在組成還是性能上,，均與普通振搗混凝土存在較大差別,。所以，必須從自密實混凝土的特點出發(fā),，發(fā)展一種新的配合比設(shè)計方法,。但是目前缺乏有效的自密實混凝土配合比設(shè)計理論指導，給自密實混凝土的推廣應(yīng)用造成很多困難,，因此對這一問題進行探討,，具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的應(yīng)用前景。
2 自密實混凝土配合比設(shè)計方法綜述
目前已有一些學者提出了自密實混凝土的配合比設(shè)計方法,，具有代表性的是：1）日本東京大學岡村教授提出了簡單的自密實高性能混凝土配合比方法：粗骨料的用量固定為固體體積的50%,；細骨料的用量固定為砂漿體積的40%；體積水灰比取決于水泥的性質(zhì),，約為0.9～1.0,；超塑化劑的用量和最終的水灰比根據(jù)自密實混凝土工作度的要求來決定。該方法適用于大摻量細粉摻合料和水膠比小于0.30的混凝土,。2）北方工業(yè)大學姜德民等提出了高性能自密實混凝土的一種設(shè)計方法,。首先建立了混凝土體積模型，推導出了混凝土單方用水量和砂率的計算公式,。然后將這兩個公式結(jié)合傳統(tǒng)的水灰比定則,，得出外加劑摻量的計算方法，即可全面地確定混凝土各組成材料用量,，實現(xiàn)了自密實混凝土全計算配合比設(shè)計,。3）中南大學的余志武等在自密實混凝土的配合比計算中，結(jié)合固定砂石體積含量計算法，對全計算法進行了改進,，改進后的全計算法可以通過用水量計算公式將漿體體積與傳統(tǒng)的水膠比定則聯(lián)系起來,，混凝土配合比的參數(shù)可全部按公式定量計算，計算公式和步驟簡單,，公式的物理意義明確,。4）Steven等提出了較為簡單的混凝土配合比設(shè)計方法：設(shè)普通混凝土的配合比為：水、水泥,、細集料,、粗集料分別為10%、18%,、25%,、45%（質(zhì)量比、含2%空氣）,，在此基礎(chǔ)上,，固定水和水泥用量，加入8%細粒物質(zhì),，并將粗細集料比例分別調(diào)整為36%和26%,。
綜上所述，雖然已經(jīng)提出了許多自密實混凝土的配合比設(shè)計方法,，但是由于原材料,、配制工藝以及工作性評價方法的差異，應(yīng)用上述方法得到的配合比差異較大,，進行試驗驗證時重復性較差,。因此，這些方法還缺乏系統(tǒng)性和普遍適應(yīng)性,，仍然需要進行深入探討和分析,，以便設(shè)計出一套更有效的自密實混凝土配合比設(shè)計方法。
3 自密實混凝土配合比設(shè)計基本要點
自密實混凝土的配合比設(shè)計,，需要充分考慮自密實混凝土流動性,、抗離析性、自填充性,、漿體用量和體積穩(wěn)定性之間的相互關(guān)系及其矛盾,，形成一套系統(tǒng)的自密實混凝土配合比設(shè)計原則?？偨Y(jié)自密實混凝土的配合比設(shè)計研究成果,，提出以下幾點自密實混凝土的配合比設(shè)計要點。
3.1 滿足工作度要求
設(shè)計自密實混凝土必須首先考慮工作度,，因為優(yōu)良的工作度是自密實混凝土最主要的特點,，這與普通混凝土根本不同。工作度主要包括流動性、穩(wěn)定性,、保水性,、粘聚性等，這些性能是自密實混凝土能否依靠自重達到密實填充的基礎(chǔ)和保證,，所以自密實混凝土配合比設(shè)計時,，首先要考慮工作性,。
3.2 滿足強度要求
在充分滿足工作性要求后,，應(yīng)該通過調(diào)整其它配合比因素來達到強度要求。影響自密實混凝土強度的因素很多,，除了水膠比之外,，砂率、微細摻合料品種和摻量,、外加劑等對自密實混凝土強度的發(fā)展都具有較大的影響,，而且一般的普通混凝土強度———水膠比經(jīng)驗公式已經(jīng)不適用于自密實混凝土，這點應(yīng)該引起注意,。
3.3 滿足耐久性要求
從已有研究和工程實踐來看,，自密實混凝土的易收縮開裂的特性是影響其耐久性的重要缺陷。由于自密實混凝土膠結(jié)料用量較大,、水灰比低,、砂率較高，因此導致收縮較大,，需要采取相應(yīng)的控制措施,，比如摻加纖維、減縮劑,、粉煤灰以及膨脹劑等,。另外需要注意的是，混凝土減水劑對早期收縮的影響較大,，因此最好使用與水泥相適應(yīng)的高效減水劑,，以減少減水劑用量及提高工作度，此外還需要加強混凝土的早期養(yǎng)護,。
3.4 盡量降低材料成本
自密實混凝土膠凝材料和外加劑用量較大,，因此混凝土的材料成本要略高于普通混凝土10～20元/m3，雖然考慮到節(jié)約了人工成本,、減少了電力和機械設(shè)備,、加快了施工速度能夠整體降低工程造價，但是要使自密實混凝土應(yīng)用更為普遍,，并且為廣大攪拌站所接受,，就必須在保證其流動性、強度和耐久性要求的前提下，盡量減少水泥和外加劑用量,?？梢杂眯杷啃〉模杉壏勖夯掖娌糠炙啵越档退嗪透咝p水劑的用量,，此外其它降低材料成本的方法和技術(shù)也正在研究之中,。
4 自密實混凝土制備技術(shù)
4.1 指導思想
由試驗結(jié)果可知，混凝土的流變曲線接近于賓漢姆粘塑性體流變曲線,，其屈服強度很大,。因此，在自密實混凝土的配制過程中,，應(yīng)通過外加劑,、膠結(jié)材料、粗細骨料的選擇,，以及有效的配合比設(shè)計使自密實混凝土拌和物的屈服剪應(yīng)力足夠小,，同時具有一定的塑性粘度，確保不出現(xiàn)離析和泌水等問題,，并具有良好的流變性能,。
4.2 原材料選擇依據(jù)
（1）水泥：一般來說，各種水泥都可用于自密實混凝土,。但是,，水泥的礦物組成影響著與高效減水劑的適應(yīng)性。一般地C3A含量低和標準稠度用水量低的水泥更適宜于配制自密實混凝土,，可以通過水泥與減水劑相容性試驗來確定二者之間是否相互適應(yīng),，否則可以通過更換水泥或減水劑等措施加以解決。
（2）微細摻合料：微細摻合料具有“活性效應(yīng)”,、“界面效應(yīng)”,、“微填效應(yīng)”和“減水效應(yīng)”等諸多綜合效應(yīng)，可以說,，各種微細摻合料在現(xiàn)代混凝土中的應(yīng)用是混凝土技術(shù)發(fā)展的核心和關(guān)鍵,。微細摻合料不僅可以大幅度降低新拌自密實混凝土的內(nèi)部屈服剪應(yīng)力，改善流變性能,，降低水化熱,，還可以改善自密實混凝土結(jié)構(gòu)的孔結(jié)構(gòu)和力學性能。
粉煤灰和磨細礦渣是兩種主要的微細摻合料,。粉煤灰市場價格低,，Ⅰ級灰的價格約為普通水泥的1/3～1/2，當粉煤灰摻量較大時,，可以大幅度降低自密實混凝土的單方價格,，此外,，需水量比小于1的優(yōu)質(zhì)粉煤灰還具有減水效應(yīng)，隨著粉煤灰摻量的增加,，減水效應(yīng)越來越明顯,，因此，配制自密實混凝土應(yīng)該選擇優(yōu)質(zhì)粉煤灰,，并且注意減水劑和粉煤灰的雙重減水偶合作用,。磨細礦渣價格高于粉煤灰，而且其活性也遠遠高于粉煤灰,。摻加磨細礦渣不會增加混凝土的需水量,，即不會影響新拌混凝土的流動性，但是會增大混凝土的收縮,，應(yīng)該引起足夠的重視,。
（3）細骨料：選擇細骨料的原則是：含泥量低,、形狀和級配良好,、細度模數(shù)在中砂范圍內(nèi)。不宜選用細砂和粗砂,，因為細砂需要較多的膠結(jié)料來包裹,，相對減少了富余漿體量，而粗砂保水性差,，容易發(fā)生泌水現(xiàn)象,。
（4）粗骨料：卵石與碎石兼可，卵石有利于流動性,，碎石有利于改善強度,。由于自密實混凝土常用于鋼筋密集及薄壁結(jié)構(gòu)，因此粗骨料的最大粒徑不應(yīng)超過規(guī)范規(guī)定,。應(yīng)該盡量減少粗骨料中的針片狀石子含量,，且控制粘土和石粉等雜質(zhì)含量。
（5）外加劑：自密實混凝土的高流動性,、高穩(wěn)定性,、間隙通過能力和填充性都需要借助外加劑來實現(xiàn)，自密實混凝土常用的外加劑種類很多,，要綜合考慮這些外加劑的復合性能,，對外加劑的要求是：與水泥的相容性好、減水率大,、緩凝,、保塑。宜采用減水率20%以上的高效減水劑,，聚羧酸系列高效減水劑最佳,，能夠提供強大的減水作用,，減水率高達40%。同時,，為防止混凝土的離析,，還需摻入增粘劑，目前用于自密實混凝土的主要有纖維素類聚合物,、丙烯酸類聚合物,、生物聚合物、乙二醇類聚合物及無機增粘劑等,。
4.3 工作性能評價方法與控制標準
為了方便有效地評價自密實混凝土的高流動性,、高穩(wěn)定性和鋼筋間隙通過能力，目前發(fā)展了一些測量工作度的新試驗方法,，如倒坍落度筒,、L型儀、U型箱等,。此處介紹幾種常用的工作度評價方法,。
（1）坍落擴展度試驗：傳統(tǒng)坍落度試驗所測的坍落度主要反映拌和物開始流動所需屈服應(yīng)力的大小，但不能反映新拌混凝土塑性粘度值的差異,。試驗表明,，當混凝土拌和物的坍落度大于某一臨界值時，它就不能正確地反映屈服值大小,，而坍落擴展度試驗不存在這一臨界值,。自密實混凝土通常具有較大的坍落度（240～270mm），因此可以用坍落擴展度試驗代替坍落度試驗做混凝土拌和物初步控制用,。一般自密實混凝土坍落擴展度為650～750mm,。
（2）倒坍落度筒試驗：如圖1所示，根據(jù)混凝土從倒置的坍落度筒中流空的時間和落下后的坍落度,、擴展度及中邊差（中間與邊部的高度差）來判斷自密實混凝土的工作性,。流動時間主要反映拌和物的塑性粘度，同時也部分反映了屈服值的大小,。擴展度則量化了混凝土在自重作用下克服屈服應(yīng)力,、粘度和摩擦后的流動狀態(tài)：擴散越接近圓形表明混凝土勻質(zhì)、變形能力良好,，直徑大則表明間隙通過能力強,。中邊差反映了石子在砂漿中的懸浮流動能力和抗離析性，其值越小表明這些性能越好,。該方法簡便實用,，可重復性好。
圖1 倒坍落度筒試驗示意圖
（3）L型儀流動度試驗：如圖2所示,，L型流動儀法是將混凝土裝在L型筒的豎筒內(nèi),，將插板提起使其向水平槽內(nèi)繞過鋼筋流動,。通過測定三個指標來判斷混凝土的自密實特性：1）新拌混凝土通過鋼筋間隙后在水平槽內(nèi)流至40cm處的時間T40（s）；2）新拌混凝土在水平槽內(nèi)流動的最大距離L（cm）,；3）新拌混凝土停止流動后,，側(cè)箱內(nèi)混凝土降落的高度Ｄ（cm）。
圖2 L型儀結(jié)構(gòu)示意圖
（4）U 型儀：如圖3所示,，U 型儀是將自密實混凝土先裝滿一側(cè)隔間,，上拉隔板，拌和物在自重的作用下通過鋼筋柵欄流動進入另一側(cè)隔間中,。當混凝土停止流動時,，測量裝混凝土的兩個隔間的混凝土高度差，來反映混凝土拌和物的屈服應(yīng)力,、塑性粘度以及拌和物的填充能力,、在有阻擋情況下的抗離析能力和間隙通過能力。相對于L型儀,，U 型儀的體積較小,，操作更為方便。
圖3 U型儀結(jié)構(gòu)示意圖
5 結(jié)論
自密實混凝土被稱為“近幾十年中混凝土建筑技術(shù)最具革命性的進展”,。它具有許多優(yōu)點和廣闊的工程應(yīng)用前景,。雖然目前已經(jīng)對自密實混凝土有了較多的試驗研究和理論分析,，但仍然缺乏系統(tǒng)研究,，也沒有提出具有普遍適應(yīng)性的配合比設(shè)計方法。由于自密實混凝土不論在性能上還是組成上,，均與振實混凝土存在較大差別,。所以，必須從自密實混凝土的特點出發(fā),，發(fā)展一種新的有效的配合比設(shè)計以及工作性能評價方法,，使自密實混凝土在實際應(yīng)用中更容易被掌握。
作者李悅,，郭奇,，楊玉紅
