自密實混凝土綜述
關鍵詞:自密實混凝土;制備原理;配合比
自密實混凝土(Self Compacting Concrete) ,也有人稱為高流態(tài)混凝土(Highly Fluidized Concrete) ,指混凝土拌合物主要靠自重,不需要振搗即可充滿模型和包裹鋼筋,屬于高性能混凝土的一種。該混凝土流動性好,具有良好的施工性能和填充性能,而且骨料不離析,混凝土硬化后具有良好的力學性能和耐久性。
世界各國對混凝土結(jié)構的耐久性問題十分關注。目前所有混凝土均靠充分振搗來達到密實,滿足所需要的強度和耐久性,振搗不良會大大降低混凝土的最終性能。因此,日本崗村教授提出研究開發(fā)自密實混凝土,利用其自身優(yōu)良的施工性能,保證混凝土即使在不利施工的條件下,也能密實成型,避免因振搗不足而造成的空洞、蜂窩、麻面等質(zhì)量缺陷。
他們首先利用水下混凝土的技術來研制這種流動性好、填充性高的混凝土。通過試驗發(fā)現(xiàn)簡單地把這種工藝移到地面上施工并不成功,主要原因有:a) 由于這類混凝土粘度較高,包裹在混凝土中的空氣難以排除;b) 在鋼筋密集部分,難以做到密實填充。因此,他們又開始做了新的研究,并取得較大進展。1989 年,在東京舉行了自密實混凝土的公開試驗,有100 多位研究人員和工程技術人員參加,會后許多大建筑公司開始了自密實混凝土的開發(fā)。1992 年出席日本混凝土學會關于自密實混凝土年會的單位增至30 家。
日本建筑協(xié)會在材料施工委員會下設置了“高流動性混凝土”分會,并于1992 年到1995 年三年內(nèi)對自密實的質(zhì)量標準、材料、配合比、施工、質(zhì)量管理等有關內(nèi)容進行了研究,1997 年1 月制定了“高流動性混凝土材料、配比、制造、施工指針”,大大推動了自密實混凝土在日本的應用。1998 年8月日本在一次國際會議上宣布到2003 年自密實混凝土的用量超過混凝土總用量50 %的計劃。
歐洲也不甘落后,出資300 萬歐元資助由多國建筑商、混凝土專家、外加劑生產(chǎn)廠、鋼纖維生產(chǎn)廠聯(lián)合攻關的開發(fā)項目,旨在開發(fā)土木工程通用型自密實混凝土(較高的強度)以及建筑用高質(zhì)量飾面效果的纖維增強自密實混凝土,其目標是趕上和超過日本技術。
我國從20 世紀90 年代初期也開始了免振自密實混凝土的研究。從1995 年開始深圳、上海、北京等城市應用自密實混凝土澆筑了4 萬余立方米,主要應用于地下暗挖、配筋形狀較為密實、復雜等無法澆筑和振搗的部位,解決了施工擾民的問題,縮短了澆筑工期。
總結(jié)國內(nèi)外的相關資料,自密實混凝土的工作性能指標應達到:坍落度240~270 mm ,擴展度≥600 mm ,Orimet 法流下時間8~16 s ,坍落度中邊高差20 mm。
2 自密實混凝土的制備原理
自密實混凝土具有高工作性、抗離析性、間隙通過性和填充性。按流變學理論,新拌混凝土屬賓漢姆流體,其流變方程為:
首先,采用高效減水劑可對水泥顆粒產(chǎn)生強烈的分散作用,高效減水劑在水泥顆粒界面的吸附和形成的雙電層,使水泥顆粒間產(chǎn)生靜電斥應力,拆散其絮凝結(jié)構,釋放它們約束的水,水泥顆粒間相互滑動能力增大,使混凝土開始流動的屈服剪切應力τ0 降低,獲得高流動性能,同時能有效控制混凝土的用水量,保證力學與耐久性的要求。
另一方面,自密實混凝土應具有較好的抗離析性。試驗表明,離析的混凝土在通過間隙時,粗骨料會產(chǎn)生聚集而阻塞間隙。混凝土離析的主要原因是τ0 和η過小,混凝土抵抗粗骨料與水泥砂漿相對移動的能力弱。由此可知,屈服剪切應力τ0 和塑性粘度η既是混凝土開始流動的前提,又是不離析的條件。
混凝土拌合物的漿固比和砂率值,對工作性有很大影響,漿固比越大流動性越好,但過大對硬化后的體積穩(wěn)定性不利;砂率適宜,粗骨料周圍包裹足夠的砂漿,不易在間隙處聚集而影響填充和密實效果,提高了拌合物通過間隙的能力。
3自密實混凝土的原材料選擇及配合比設計
3. 1自密實混凝土原材料的選擇
粉煤灰是自密實混凝土最常用的活性摻合料,具有“活性效應”、“界面效應”、“微填充效應”和“減水效應”。在自密實混凝土中,要求充分發(fā)揮這些效應,一是要求活性摻合料的顆粒與水泥顆粒在微觀上應形成級配體系;二是球形玻璃體含量要求高,因為球形玻璃體摻合料的減水效應顯著,需水量比可大大降低。
磨細礦渣的火山灰效應高,因此能改善自密實混凝土硬化后的孔結(jié)構和強度;礦渣由于細度較高,能顯著提高自密實混凝土拌和物的流動速度,改善其流變性能,且對改善自密實混凝土的早期孔結(jié)構有一定作用。
日本自密實混凝土普遍采用粉煤灰和礦渣復摻,有時還加上礦粉。
3. 1. 3 細骨料
砂在混凝土中存在雙重效應,一是圓形顆粒的滾動減水效應;二是比表面積吸水率高的需水效應。這兩種相互矛盾的效應,決定了必須根據(jù)水泥、摻合料、外加劑等情況綜合考慮。砂的含泥量和雜質(zhì),會使水泥漿與骨料的粘結(jié)力下降,需要增加用水量和增加水泥用量,所以砂必須符合規(guī)范技術要求。
3. 1. 4 粗骨料
由于自密實混凝土常常用于鋼筋稠密或薄壁的結(jié)構中,因此粗骨料的最大粒徑一般以小于20 mm為宜,盡可能選用圓形且不含或少含針、片狀顆粒的骨料。
3. 1. 5 外加劑
自密實混凝土具備的高流動性、抗離析性、間隙通過性和填充性這四個方面都需要以外加劑的手段來實現(xiàn),因此對外加劑的主要要求為:a) 與水泥的相容性好:b) 減水率大;c) 緩凝、保塑。
3. 2 自密實混凝土配合比設計方法
3. 2. 1 普通適用的混凝土體積模型
全計算的基本觀點:
3. 2. 2 傳統(tǒng)的自密實混凝土配合比設計經(jīng)驗
我國北京建工集團二公司等單位提出自密實混凝土配合比的經(jīng)驗參數(shù):膠凝材料的總量要超過500 kg/m3 ;砂率較大,即粗骨料用量較小,砂率應在40 %以上,最大可達50 %;使用高效減水劑,由于膠凝材料的用量較大,必須摻用大量礦物細摻合料,細摻合料總摻量一般不大于膠凝材料總量的30 %;為了保證耐久性,水膠比不宜大于014。
4 自密實混凝土的研究目標與實現(xiàn)方法
4. 1 自密實混凝土的研究目標
4. 2 自密實混凝土的實現(xiàn)方法
5 小結(jié)
參考文獻
編輯:
監(jiān)督:0571-85871667
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