自密实混凝土的特点及性能研究综述.pdf

2 0 1 4 年 第 1期 (总 第 2 9 1期 ) Nu mb e r l i n 2 0 1 4 ( T o t a l N o 2 9 1 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 预拌混凝土 READY M D D C0NCRETE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 O 1 0 3 0 自密实混凝土的特点及性能研究综述 黄维蓉 佰 。刘贞鹏 他 ，张忠明 佰 。刘涛 ( 1 重庆交通大学 a 土木建筑学院；b 交通运输学院，重庆 4 0 0 0 7 4 ； 2 广东省长大公路工程有限公司 第三分公司 ，广东 广州 5 1 1 4 3 1 ) 摘要 ： 综述了自密实混凝土在原材料 、 工作性能 、 配合 比设计 、 力学耐久性能及流变学特性等方面的主要特点和研究成果 ， 对 比了与普通混凝土的不同之处。 对 自密实混凝土的研究现状和面临的问题进行 了梳理。 关键词 ： 自密实混凝土；工作性能 ；配合 比设计 ；耐久 眭能 中图分类号 ： T U5 2 8 5 3 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 1 0 1 0 8 0 3 Su m ma r y o f r e s e a r c h o n t h e c h a r a c t e r i s t i c a n d pr o p e r t y o f s e l f - c omp a ct i n g c o n c r e t e HUANG We i r o n gl a LI U Zhe n pe n glb Z HANG Zh o n g mi n gla ， L U T a o ( 1 a S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ； b S c h o o l o f T r a n s p o r t a t i o n ， Ch o n g q i n g J i a o t o n g Un i v e r s i t y， Ch o n g q i n g 4 0 0 0 7 4， C h i n a ； 2 G u a n g d o n gP r o v i n c i a l C h a n g d a Hi g h wa yE n g i n e e ri n gCo ， L t d ， 3 r d Br a n c h ， Gu a n g z h o u 5 1 1 4 31 ， C h i n a ) Ab s t r a ct： Ma i n f e a t u r e s and r e s e a r c h r e s u l t s o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e o n r a w ma t e r i a l s ， wo r k a b i l i ty， mi x p r o p o i o n d e s i g n l a s t i n g q u a l i ty a n d r h e o l o g i c b e h a v i o u r s we r e s u mma r i z e d ， and d i ff e r e n c e s wi t h o r d i n a r y c o n c r e t e we r e c o n t r a s t e d Me a n wh i l e， r e s e a r c h s t a t u s and e x i s t i ng pr o b l e ms we r e i n t r o d u c e d K e ywo r d s ： s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e ； wo r k a b i l i ty； mi xp r o p o r t i o nd e s i g n ； l a s t i n gp r o p e r t y 0 引 言 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( S e l f - C o mp a c t i n g C o n c r e t e ， 简称 S C C) 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_ 1 。 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 自重作用下流动并充满模板空间 的混凝土翻 。 白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2 ， 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 2 0 世纪末提出， 随后 很快传人其他国家并获得迅速发展。 我国主要是在 2 0 0 0 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 ) 白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。 收稿 日期 ：2 0 1 3 - - 0 7 1 2 1 08 ( 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3 ， 粗骨料最大粒径不 宜超过 1 6 2 0 mm2 。 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 ， J G J T 2 8 3 2 0 1 2 自密实混凝土应用技术规程 规定的限值为 8 m ， 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 以内嗍 。 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， 导致混凝土工作性变差2 。 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嘲 。 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 自密实混凝土圜 。 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网 。 不过若其掺量过大也会造成离析 泌水等不稳定问题， 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 7 。 低 水 胶 比 ( 不 宜 大 于 0 4 5 ) 、高 胶 凝 材 料 用 量 ( 4 0 0 5 5 0 k e d m。 ) 、 高砂率( 5 0 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 2 0 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 1 2 5 m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， 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嘲 。 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 T 湖 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 变学模型人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、 建立虚拟试验室凹 。 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【 姗 。 3 自密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J陛能指 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I生 的胶凝材料浆体中【 n 。 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l生 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 3 0 8 0 P a 、 塑 陛黏度 1 0 4 0 P a s 时 ， 可以较 好地解决高流动性与高稳定性之间的矛盾旧 。 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 13 1 。 基于颗粒级配理论设计 自密实混凝土配合比的方法嗍。 均匀试验设计法罔 。 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白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 。 B A S F 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( S m a r t D y n a mi c C o n c r e t e ， S D C ) ， 与传统的自密实混凝土相比， 可节省 5 0 1 0 0 k g m 的胶凝材料【 掏 。 另外， 还有一类在 自密实混凝土 的基础上发展起来 的于拌 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【 阍 。 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 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， 其弹陆模量反而略高于普通混凝土。 这可能跟自密实 1 0 9 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 19 j 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 2 8 d 抗 压强度有 良好的线性关系f2 l1 ， 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， I： C H 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。 参考文献： 1 吴中伟， 廉慧珍 高性能混凝土 MJ 北京： 中国铁道出版社， 1 9 9 9 【 2 J G J T 2 8 3 -2 0 1 2 ， 自密实混凝土应用技术规程【 s 】 _ 北京： 中国建 筑工业 出版社 ， 2 0 1 2 3 M a r i o C o l l e p a r d i T h e N e w C o n c r e t e M 刘数华， 冷发光， 李丽华， 上接第 1 O 7页 表 8 基准混凝土强度数据 4结论 ( 1 ) 根据 以上试验 结果证 明广东基 业长青节 能环保 实业 有限公 司生产 B T L混凝 土强 效剂可 以用 于预拌 混 l1 0 译 北京 ： 中国建材工业出版社， 2 0 0 8 4 曾冲盛， 等 针、 片状骨料对自密买混凝土间隙通过性影响的量 化分析 混凝土 ， 2 0 1 l ( 1 1 ) ： 3 4 3 8 5 】张日恒， 等 机制砂自密实混凝土试验与研究【 J J - 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 7 5 7 6 f 6 J6 郑捷 绿色高性能自密实混凝土的研制 J 建筑施工， 2 0 0 7 ， 2 9 ( 1 2 ) ： 9 5 8 9 6 0 【 7 吴红娟， 等 参数法设计自密实混凝土配合比的试验研究【 J 河 北建筑工程学院学报， 2 0 1 0 ， 2 8 ( 4 ) ： 1 - 4 8 周梅， 等 基于均匀试验设计的自密实混凝土性能研究【 J J 硅酸 盐通报， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 2 ) ： 2 8 5 2 9 1 9 单智， 等 新拌自密实混凝土流变性研究 J 混凝土， 2 0 1 0 ( 1 1 ) ： 1 08 -1 1 2 1 O U 华良， 等 目密实混凝土流动性试验及其神经网络预测研究【J 混凝土 ， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 1 0 1 5 【 1 1 蔡亚宁， 袁蚕平 泵送C 6 0自密实混凝土在工程中的应用I J 1 混 凝土， 2 0 0 6 ( 5 ) ： 5 7 5 9 【 l 2 1 付亚伟， 等硅灰对自密实混凝土性能的影响【 J 】 _ 四川建筑科学 研究， 2 0 0 9 ， 3 5 ( 1 ) ： 1 9 1 1 9 3 ， 2 0 3 【 1 3 U 思国， 等 基于流变学特性的S C C配合比设计研究进展 J 】 混 凝土 ， 2 0 1 2 ( 3 ) ： 3 8 4 2 1 4 】 段雄辉， 等 基于颗粒级配理论的自密实混凝土设计方法 J 膨 胀剂与膨胀混凝土， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 5 2 5 5 1 5 】 阎培渝， 等 1 氏胶凝材料用量的自密实混凝土 J 】 混凝土， 2 0 1 1 ( 1 ) ： 1 - 4 ， 1 3 1 6 宗兰， 曾丽娟， 等 干拌自密实混凝土孔结构的试验研究【 J J _ 混凝 土 ， 2 0 0 9 ( 1 0 ) ： 3 8 4 2 f 1 7 孟志良， 等- 1 氐强度自密实混凝土基本力学性能试验研究l J j _ 混 凝土 ， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 1 2 1 5 1 8 】 王钧， 等 不同粉煤灰掺量下自密实混凝土的试验研究J J 森林 工程 ， 2 0 1 0 ， 2 6 ( 5 ) ： 7 2 7 5 【 1 9 】 杨医博， 等启 密实混凝土抗裂性能研究 J 】 混凝土， 2 0 0 8 ( 1 0 ) ： 2 42 6 【 2 0 1 鲁文斌 复掺粉煤灰和硅灰在 自密实混凝土中的应用【 J J 混凝 土 ， 2 0 0 9 ( 8 ) ： 8 2 8 4 【 2 1 石明霞， 龙厂成， 等 中等强度自密实混凝土的碳化性能 J 新型 建筑材料 ， 2 0 0 9 ( 5 ) ： 1 - 5 作者简介： 黄维蓉( 1 9 7 1 一 ) ， 女， 教授， 工学硕士， 主要从事高性能 混凝土、 沥青混合料的教学与科研。 联系地址： 重庆市南岸区学府大道 6 6 号 重庆交通大学土木建 筑学院( 4 0 0 0 7 4 ) 联 系电话： 1 3 0 3 8 3 8 0 9 2 8 凝 土中。 ( 2 ) B T L混凝土强效 剂是一 种新 型的混凝土外加剂 ， 在减少水泥用量 1 0 1 5 的情况下， 有效改善混凝土拌合 物的工作性和增强效应 ， 混凝土后期强度增长规律 良好。 ( 3 ) 保护环境， 节约材料， 降低成本， 提高企业经济效益。 参考文献 ： 【 1 】陈志杰， 胡鹏飞， 刘衍行 B T L混凝土强效剂的应用研究 ， 混凝 土 ， 2 0 1 3 ( 4 ) ： 2 8 2 作者简介 联系地址： 联系电话： 王军( 1 9 6 9 一 ) ， 男， 工程师， 从事预拌混凝土生产及质 量管理工作。 辽宁省大连市甘井区凌海路 3 0 3 2 0 4 ( 1 1 6 3 1 4 ) 1 3 8 4 28 6 01 6 5