自密实高性能混凝土的研究与应用现状

【摘要】对自密实混凝土配制技术、拌合物工作性检测方法与评价指标、硬化自密实混凝土性能、自密实混凝土结构受力性能研究以及自密实混凝土的工程应用进行了论述，并对自密实混凝土研究中存在的问题和研究情况进行了展望。

【关键词】自密实混凝土；工作性能；力学性能；工程应用

Research and application condition of airtight solid high performance concrete

Gao Li-zhuang

(China railway 6th bureau Beijing railway construction limited companyBeijing100036)

【Abstract】To prepare technique and mix to match the examination method of the thing work and evaluation index sign, hardening airtight solid concrete airtight solid concrete function and airtight solid concrete structure is studied by dint function and from airtight solid concrete of the engineering application carried on treatise, and to made progress from existent problems and research circumstance in airtight solid concrete research.

【Key words】Airtight solid concrete; Work function; Mechanics function; Engineering application

1. 引言

自密实混凝土(Slef-Compacting Concrete，SCC)是一种新型高性能混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。自密实混凝土拌合物具有良好的工作性、优异的抗离析性和即使在密集配筋条件下浇注时仅依靠混凝土自重作用无需振捣作业便能均匀密实填充模型。同时，在自密实混凝土配制技术中采用低水胶比和较大掺量矿物掺合料取代水泥，混凝土绝热温升低，混凝土界面过渡区强化，混凝土微观结构致密。因此，自密实混凝土在满足结构设计所要求的力学性能前提下，具有优异的施工性能、优良的耐久性合较低的综合成本［1］。

自密实混凝土的主要优点有：(1) 可用于难以浇注甚至无法浇注的结构。 (2) 增加了结构设计的自由度。不需要振捣,可以浇注成形状复杂、薄壁和密集配筋的结构。(3) 大幅降低工人劳动强度,节省人工数量。(4) 有效地提高了混凝土的品质，具有良好的密实性、力学性能和耐久性。(5) 降低环境噪声，改善工作环境。(6) 能大量利用工业废料做矿物掺合料，有利于环境保护。 (7) 施工自动化程度高，能促进工业化的施工与管理。(8) 节省电力能源。

因此，自密实混凝土技术在一些特殊工程、特殊条件下可发挥普通混凝土不可替代的作用。如：密集配筋条件下的混凝土施工、结构加固与维修工程中的混凝土施工、 钢管混凝土施工和大体积混凝土施工等。

近二十年来，自密实混凝土在美国、日本、欧洲等发达国家和地区都得到了广泛的应用。在将自密实混凝土投入到实际应用的同时，工程技术人员还对自密实混凝土的物理化学性能及力学性能作了大量的研究，研究成果被纳入到了相应的设计施工指南和手册中。我国不少高校、科研及施工单位对自密实混凝土也进行了大量的研究与应用工作，2005年由中南大学、福州大学牵头在中国土木工程学会高强与高性能混凝土委员会指导下编制出版了中国土木工程学会标准《自密实混凝土设计与施工指南》（CCES02-2004）。同时为了研讨当前推广应用自密实混凝土所面临的主要问题，国际间也开展了广泛的学术交流。笔者对当前自密实混凝土的研究现状与应用情况进行简单论述。

2. 自密实混凝土配制技术、拌合物工作性检测方法与评价指标

2.1自密实混凝土配制技术。

自密实混凝土配合比设计应根据原材料性能和混凝土技术要求，并考虑结构的构造尺寸和形式、钢筋的大小及密集程度，进行初始配合比的计算，经过试验室试配、调整后确定。自密实混凝土发展至今，形成了所谓粉体系、增粘剂系及并用系等三大系列配合比设计方法，国内外对自密实混凝土配合比计算方法也进行了大量的研究。

目前，用于自密实混凝土的外加剂还有研制和发展的空间，自密实混凝土用外加剂一般要满足下面三个条件：在低水胶比的情况下，具有较高的分散效应；在自密实混凝土拌制完毕，这种分散效应至少保持2小时以上；对温度变化的敏感性低。

2.2自密实混凝土拌合物工作性能检测方法与评价指标。

自密实混凝土拌合物工作性包括填充性、间隙通过性、抗离析性。填充性即自密实混凝土拌合物在无需振捣的情况下，能均匀密实成型的性能。间隙通过性即自密实混凝土拌合物均匀通过狭窄间隙的性能。抗离析性即自密实混凝土拌合物中各种组分保持均匀分散的性能。

为了对自密实混凝土的工作性能进行评价，人们提出了很多种测试方法。目前国际上采用的测试方法有坍落扩展度试验、V型漏斗试验、L型仪试验、U型或箱型试验、GTM 筛稳定性试验、Orimet流速仪法及贯入试验，中南大学提出了拌合物稳定性跳桌试验方法［1］。

到目前为止还没有一种单一的方法或者是将两种以上的方法结合使用得到大家的一致认同。因为还没有任何一种单一的方法能全面反映自密实混凝土的工作性能，因此对于配合比设计时每一批混凝土的工作参数，都要用两种以上的方法进行测试得到。

3. 硬化自密实混凝土性能

3.1匀质性。

对足尺梁和柱的现场取芯、预埋件拔出试验及回弹法试验结果表明：对于梁而言，沿梁长无论是自密实混凝土还是普通振捣混凝土都表现出较好的匀质性；对于柱而言，沿柱高无论是自密实混凝土还是普通振捣混凝土，实测结果离散性都较大，相对而言，自密实混凝土离散性要小一些，越靠近柱底，混凝土强度越高，而且混凝土强度等级越高，上、下端实测结果的离散性越大。

3.2力学性能。

自密实混凝土的棱柱体轴心抗压强度和立方体抗压强度的关系与普通混凝土相似［1］，另外，自密实混凝土无需振捣而不离析地填充模板的性能对混凝土匀质性有着积极的影响。采用掺超细粉煤灰配制的C60~C80自密实混凝土的劈裂抗拉强度和抗折强度与振捣混凝土相比，其值在-8%～+1%之间变化。自密实混凝土的拉压比为1/10～1/13，较普通高强混凝土的拉压比1/15～1/18有明显提高。

一般认为由于粉体材料用量较大，砂率较高，自密实混凝土的弹性模量较普通混凝土有所降低，试验研究表明，新拌阶段表观密度正常（大于2300Kg/m3）的自密实混凝土与普通混凝土的弹性模量相差不大，当自密实混凝土粉体材料用量较低（550Kg/m3以下），并且用大掺量粉煤灰来代替水泥时（25％～45％），其弹性模量并不比普通混凝土低。

另外，与普通混凝土相比，自密实混凝土包裹在粗骨料外的界面过渡区更加密实而且分布更均匀，自密实混凝土与钢筋的粘结性能比普通混凝土好。

3.3耐久性能。

随着混凝土结构耐久性问题的日益突出，自密实混凝土的长期耐久性能也成为关注的焦点。研究表明：相同条件下，无论是引气或非引气自密实混凝土均具有更高的抗冻融性能。通过模拟实际条件（即采用干湿循环、毛细管吸附以及扩散试验）发现混凝土的水灰比、水胶（水泥+填料）比是影响混凝土氯离子渗透深度的关键因素，自密实混凝土中氯离子的渗透深度要比普通混凝土的小。自密实混凝土由于含有更多的胶凝材料，导致其水化放热增大，且最大放热峰出现更早，填料（矿物掺合料）掺入后可以避免过大的水化放热，但由于填料起到晶核作用而明显影响自密实混凝土的水化过程。

自密实混凝土由于浆体含量相对较多，因而其体积稳定性成为关注的重点之一。有学者研究了密封与非密封条件下，不同自密实混凝土的收缩与徐变性能，结果表明：自密实混凝土的水灰比、水胶比是影响其收缩、徐变的主要影响因素，填料的细度对其收缩与徐变无显著影响；水泥强度等级虽对其收缩无影响，但不可忽视其对自密实混凝土基本徐变和干燥徐变的影响作用。

3.4抗火性能。

混凝土组成是影响其微观结构的主要因素，而混凝土微观结构与其宏观性能存在直接的相关性。通过对受高温以后自密实混凝土各组分微观结构的研究发现：(1)与高性能混凝土相比，受高温以后，自密实混凝土的破坏程度更大。(2)在自密实混凝土中加入聚丙烯纤维能大大减小自密实混凝土受火后微观结构的破坏程度。(3)自密实混凝土在700℃以下能保持较好的稳定性，但是超过700℃以后，重量急剧下降，说明自密实混凝土一旦受火破坏性比普通混凝土要大。

如上所述，由于在配制过程中采用低水胶比、超塑化剂并掺用了大量矿物掺合料，自密实混凝土不仅工作性能好而且具有良好的力学性能和耐久性能。

4. 自密实混凝土结构受力性能研究

近年来国内对自密实混凝土结构受力性能进行了系统的研究，为自密实混凝土结构设计、生产与理论分析提供了科学依据。研究内容包括自密实混凝土梁受弯、受剪、受扭性能、疲劳性能，自密实混凝土柱受压性能以及自密实混凝土框架的抗震性能［1］，这些试验研究结果表明自密实混凝土结构的力学性能要略优于普通混凝土结构的力学性能。

5. 自密实混凝土的工程应用

自1994年以来，自密实混凝土在新建建筑物、新建桥梁，建筑物及桥梁加固与维修工程，机场道面，地下水池等工程中都得到了广泛的应用［1］。

自密实混凝土用于既有结构的加固，一般用于结构中的梁和柱的增大截面法加固，由于混凝土无需振捣，具有良好的施工性能；由于无需中断交通或重建，具有显著的经济效益和社会效益。与碳纤维布或碳纤维板加固方法(造价650元/m2)相比，自密实混凝土加固方法(造价550元/m2)具有造价较低，加固后承载力提高较明显，且耐火性能、耐久性能较好的优点；与粘钢加固方法(造价800元/m2)相比较，自密实混凝土加固方法具有造价较低，耐火性能、耐久性能较好的优点。

典型的自密实混凝土加固工程见图1～2。图1为深圳市核龙线塘径大桥等5座桥梁，混凝土开裂导致钢筋锈蚀严重，综合考虑该桥交通状况、周围人居环境以及技术经济性等因素，采用了自密实混凝土技术进行加固处理，工期提前1个月，综合经济效益显著，共节约直接投资456万元。

(a) 加固施工中(b) 加固后

图1深圳市核龙线塘径大桥梁体加固

(a) (a) 施工中(b) 竣工后

图2佛山市明富线混凝土路面更换

图2为佛山市高明区公路局管辖的明富线，由于该路重车多，超载严重，造成水泥混凝土路面大量破损，严重影响了行车速度与行车安全，考虑到要快速开放交通和不能中断交通，采用自密实混凝土技术对破损混凝土板进行了更换，共节约资金540万元，施工过程中没有中断交通，取得了巨大经济效益，效果良好，得到了社会各界的好评。

由于自密实混凝土具有良好的工作性，国外已有很多生产企业将之用于预制混凝土建筑构件的生产。采用自密实混凝土生产预制制品，在材料成本上比普通混凝土固然有所增加，但对其技术经济效果作综合分析还是可行的。目前我国在这方面发展还比较缓慢。随着自密实混凝土技术的不断改进，我国自密实混凝土预制制品的产量也将逐年提高。

目前，国外已研发成功的自密实混凝土种类有：建筑自密实混凝土，高强自密实混凝土，大体积自密实混凝土，预制轻质自密实混凝土，补偿收缩自密实混凝土, 自密实钢纤维混凝土,“三明治”自密实混凝土,再生骨料自密实混凝土。

6. 结论与展望

从自密实混凝土在国内外的研究和应用可以看出：

（1）由于自密实混凝土具有优异的施工性能，可大大加快施工速率，减少劳动强度，并可避免由于可能振捣不足而引起的严重事故；低水胶比、低温升和大量矿物细掺料的使用可保证混凝土的耐久性。在欧洲、北美及亚洲的发达国家和地区，自密实混凝土在新建建筑物、加固工程中都得到了广泛的应用。

（2）试验研究表明，与普通混凝土相比，自密实混凝土的力学性能和普通混凝土类似。

（3）建筑自密实混凝土，高强自密实混凝土，大体积自密实混凝土，轻质自密实混凝土，补偿收缩自密实混凝土、自密实钢纤维混凝土、“三明治”自密实混凝土结构施工体系已成功用于工程实践。

（4）目前对自密实混凝土的研究主要集中在自密实混凝土组成材料、新拌混凝土工作性能及其测试方法和评价标准上，为了减小自密实混凝土的收缩，对自密实硬化混凝土的微观结构包括水化物结构、界面过渡区及孔结构还需要进行深入的研究。

（5）对水泥浆、砂浆及新拌混凝土的流变性能还需要进行进一步的研究，并且能对自密实混凝土在施工过程中的流动性进行计算机模拟，从而对模板浇注口设计以及自密实混凝土施工过程中的浇注顺序进行优化。

（6）自密实混凝土结构的长期性能及抗火性能研究较少。

参考文献

［1］中国土木工程学会标准: CCES02-2004.自密实混凝土设计与施工指南［S］.北京: 中国建筑工业出版社.

［文章编号］1619-2737（2011）03-21-006

［作者简介］高立状（1975.10－），男，江苏徐州人，2000年毕业于中南大学建筑工程专业，本科， 工程师，国家注册一级建造师。