自密實混凝土的發(fā)展及展望

　　摘要：自密實混凝土是一種采用現(xiàn)代技術(shù)的高性能混凝土。本文介紹了自密實混凝土技術(shù)的基本概念、發(fā)展歷程、研究與應(yīng)用現(xiàn)狀、技術(shù)特點等，并對自密實混凝土的進(jìn)一步研究和應(yīng)用做了展望。

　　關(guān)鍵詞：自密實混凝土；高性能混凝土；技術(shù)特點；研究

　　1. 引言自密實混凝土（self-compacting concrete,簡稱scc），是一種高流動性且具有適當(dāng)粘度的混凝土，它不離析，能夠通過鋼筋填滿模板內(nèi)的任何空隙，在重力作用下自行密實，屬于高性能混凝土的一種。其突出特點是拌合物具有良好的工作性能，即使在密集配筋和復(fù)雜形狀的條件下，僅依靠自重而無需振搗便能均勻密實填充成型，為施工操作帶來極大方便。同時，兼有提高混凝土質(zhì)量、改善施工環(huán)境、加快施工進(jìn)度、提高勞動生產(chǎn)率、降低工程費用等技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，被稱為“最近幾十年中混凝土技術(shù)最具革命性的發(fā)展”.

　　日本20世紀(jì)80年代，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題、由于逐漸減少的熟練建筑工人而導(dǎo)致工程質(zhì)量下降的問題等是當(dāng)時的主要問題。為了解決這些問題，日本東京大學(xué)教授岡村甫（okamura）最早提出“免振搗的耐久性混凝土”,并由小澤（ozawa）和前川（maekawa）做了相應(yīng)的基礎(chǔ)研究。1996年岡村首次將這種混凝土命名為自密實高性能混凝土（self-compacting high performance concrete），其關(guān)鍵技術(shù)是通過摻加高效減水劑和礦物摻合料。在低水膠比條件下，大幅度提高混凝土拌合物的流動性，同時保證良好的粘聚性、穩(wěn)定性，防止泌水和離析。

　　2. 自密實混凝土性能和技術(shù)特點

　　與普通混凝土相比，自密實混凝土具有下述性能：（1）高流動性，自密實混凝土必須能夠流動并填滿模板內(nèi)每個角落。（2）穩(wěn)定性好，自密實混凝土在流動過程中必須保證不離析，減少泌水。 （3）不會堵塞，自密實混凝土在流過密集鋼筋或狹窄空間不能產(chǎn)生堵塞。

　　同普通混凝土相比，自密實混凝土在配合比設(shè)計上對原材質(zhì)量和用量有更高的要求，主要表現(xiàn)在如下方面：

　?。?）高效減水劑是自密實混凝土產(chǎn)生的前提。自密實混凝土隨著高效減水劑的發(fā)展而產(chǎn)生的，減水劑對其性能有決定響。減水劑的作用相當(dāng)于振搗棒，均勻分散水泥顆粒于水形成漿體，骨料通過漿體浮力和粘聚力懸浮于水泥漿中?！蹲悦軐嵒炷翍?yīng)用技術(shù)規(guī)程》（cecs203:2006）中規(guī)定，宜選用聚羧酸系高效減水劑，當(dāng)需要提高混凝土拌和物粘聚性時，自密實混凝土中可摻入增粘劑。

　?。?）自密實混凝土對水泥的要求。水泥強(qiáng)度等級根據(jù)混凝土的試配強(qiáng)度等級選擇，同時考慮與減水劑相容性問題，通常自密實混凝土比普通混凝土水泥用量多、水泥強(qiáng)度等級高?！蹲悦軐嵒炷翍?yīng)用技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，使用礦物摻合料的自密實混凝土，宜選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

　?。?）自密實混凝土對骨料的要求。自密實混凝土對骨料有較高的要求，《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，粗骨料宜采用連續(xù)級配或2個單粒徑級配的石子，最大粒徑不宜大于20mm;石子的含泥量≤1.0%、泥塊含量≤0.5%、針片狀顆粒含量≤8%;石子孔隙率<40%.

　　（4）超細(xì)礦物摻合料是配制自密實混凝土的必要條件。超細(xì)礦物摻合料是自密實混凝土配制不可缺少的條件，它們可以提高拌合物的流動性、減少水泥用量和水化熱，并通過二次火山灰效應(yīng)參與水化進(jìn)程，提高混凝土后期強(qiáng)度。常用的超細(xì)礦物摻合料有粉煤灰、礦粉和硅粉，礦物摻合料的細(xì)度和吸水量是重要的參數(shù)，一般認(rèn)為直徑小于0.125mm的細(xì)礦物摻合料對自密實混凝土更有利，并且要求0.063mm孔徑篩的通過率大于70%.

　　3. 國內(nèi)外自密實混凝土的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

　　目前對自密實混凝土的研究主要從配合比優(yōu)化人手。結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計、生產(chǎn)質(zhì)量控制、現(xiàn)場施工工藝、工程應(yīng)用等方面展開。在配合比優(yōu)化方面主要針對自密實混凝土對材料和配比的敏感性，在大量正交試驗的基礎(chǔ)上，分析外加劑、礦物摻合料、骨料質(zhì)量和數(shù)量等因素對自密實混凝土工作性能的影響，建立定量關(guān)系。利用優(yōu)化理論，研究基于地域材料特點的自密實混凝土最佳配比方法；在材料性能試驗方面，主要從混凝土的流變性能和工作性能；早期體積穩(wěn)定性如收縮、徐變、溫度變形等；力學(xué)性能如抗壓強(qiáng)度、彈性模量、粘結(jié)強(qiáng)度等：抗?jié)B性等方面展開。在理論研究方面如白密實混凝土的物理力學(xué)性能和耐久性方面的理論分析比較少。尤其是早期的收縮機(jī)理，影響因素的數(shù)量及程度，測量方法，預(yù)測模型等問題研究較少。

　　日本到2004年自密實混凝土總應(yīng)用量已超過250萬m³,并有逐年增加之勢。目前，日本正在致力于將自密實混凝土從特種混凝土發(fā)展成普通混凝土。典型的工程應(yīng)用實例是跨度為1990m的明石海峽大橋（懸索橋），該橋的兩個錨碇分別使用了24萬m³和15萬m³強(qiáng)度為25mpa的自密實混凝土。由于采用了自密實混凝土，使得錨碇的施工工期由2.5年縮短為2年，縮短工期20%.

　　近年來，由于日本應(yīng)用自密實混凝土的不斷成功，使西方國家也開始關(guān)注和應(yīng)用該項技術(shù)。其中，美國西雅圖六層的雙聯(lián)廣場鋼管混凝土柱（28d抗壓強(qiáng)度115mpa）是迄今為止自密實混凝土應(yīng)用中強(qiáng)度最高的實例。由于采用了超高強(qiáng)度自密實混凝土，從底層逐層泵送，無振搗，降低了結(jié)構(gòu)成本的30%.荷蘭也是目前應(yīng)用該技術(shù)較為普及的國家之一，大約有75%的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)采用自密實混凝土。不僅保證了特殊結(jié)構(gòu)施工的需求，也使混凝土制品的性能與外觀質(zhì)量得到了改善和提高。

　　我國自密實混凝土的研究及應(yīng)用相對較晚，但近幾年得到迅速的發(fā)展。北京、深圳、南京、濟(jì)南、長沙等城市陸續(xù)有了自密實混凝土的應(yīng)用報道，應(yīng)用領(lǐng)域也從房屋建筑擴(kuò)大到水利、橋梁、隧道等大型工程。從1995年開始，澆筑量已超過4萬m³.主要用于地下暗挖、密筋、形狀復(fù)雜等無法澆筑或澆筑困難的部位，同時也解決了施工擾民等問題，縮短了建設(shè)工期，延長了構(gòu)筑物的使用壽命。其中具有代表性的工程實例有：北京首都機(jī)場新航站樓的簡體墻、西單北大街東側(cè)商業(yè)區(qū)改造的工程，大亞灣核電站的核廢料容器建設(shè)工程，廈門集美歷史風(fēng)貌建筑的保護(hù)工程，長江三峽等多個水電站的導(dǎo)流洞、左岸左廠壩的引水工程，潤揚(yáng)的長江大橋的建設(shè)工程，福建萬松關(guān)的隧道工程。均取得了較好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會效益。

　　近幾年自密實混凝土在我國發(fā)展應(yīng)用速度加快，應(yīng)用領(lǐng)域也進(jìn)一步拓展，但國內(nèi)尚未有統(tǒng)一的工程標(biāo)準(zhǔn)，致使在應(yīng)用中缺乏指導(dǎo)性文件，產(chǎn)生了一些問題，不利于該技術(shù)的推廣應(yīng)用。為此，中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會在搜集了國內(nèi)外有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)資料，翻譯了國外的有關(guān)資料，并結(jié)合國內(nèi)的實際情況編制了《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（cecs203:2006），推薦給工程建設(shè)、施工和使用單位采用。

　　4. 展望由于自密實混凝土諸多的優(yōu)點，其應(yīng)用前景非常廣闊，但由于開發(fā)與應(yīng)用的歷史較短。尚有一些問題及內(nèi)容需要進(jìn)一步研究：

　?。?）配合比設(shè)計方法。自密實混凝土配合比設(shè)計方法，尚缺乏對不同設(shè)計、施工要求以及使用不同外加劑情況的綜合考慮，并應(yīng)在設(shè)計中將經(jīng)濟(jì)性考慮進(jìn)去，從而做到配合比的優(yōu)化設(shè)計。

　?。?）外加劑選用。自密實混凝土所用的外加劑缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，給使用單位的選用帶來了較大的困難。

　?。?）早期收縮開裂及脆性的問題。由于在低水膠比并摻入較多的具有相當(dāng)活性的礦物細(xì)摻合料的混凝土中會產(chǎn)生自干燥，從而引起混凝土的自收縮，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到損傷，而產(chǎn)生微裂縫。目前的研究主要集中于考察自收縮率的影響因素及其程度上，而在自收縮的收縮機(jī)理、計算公式及檢測方法上尚需進(jìn)一步研究。

　　（4）物理力學(xué)性能和耐久性能的的認(rèn)識。自密實混凝土的施工性能已得到了比較充分的研究，但是在摻人大量的高效減水劑后，自密實混凝土的物理力學(xué)性能和耐久性能是否發(fā)生變化及其變化規(guī)律，目前還不是十分了解。

　　（5）經(jīng)濟(jì)性問題。自密實混凝土的材料成本要略高于普通混凝土，這也成為應(yīng)用自密實混凝土的主要障礙。但是它具有普通混凝土無法比擬的優(yōu)良性能，應(yīng)將它與環(huán)境保護(hù)、生態(tài)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展結(jié)合起來綜合考察其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，盡快推動自密實混凝土在我國的廣泛應(yīng)用。冰島建筑研究院的wallkevik先生預(yù)言：“將來有一天，所有混凝土都會變成自密實混凝土”,這一天是否會到來或什么時候到來，目前還難以回答，但有一點可以肯定，自密實混凝土適用于大多混凝土結(jié)構(gòu)和施工條件，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。