自密实混凝土的制备及应用(定稿)PPT课件

.,1,丁庆军教授博导武汉理工大学电话-mail：dingqj,自密实混凝土的研究与应用,.,2,提纲,自密实混凝土工程应用,自密实混凝土的制备及性能,国内外检测及评价标准,自密实混凝土特点,.,3,第一部分,自密实混凝土特点,.,4,自密实混凝土（SCC）定义:具有高流动度、不离析、均匀性和稳定性，浇注时依靠自重流动，无需振捣而达到密实的混凝土。,自密实混凝土作为一种绿色高性能混凝土，在施工方面具无可比拟的优越性，其研究与应用实践在世界范围内广泛展开。,定义,.,5,沉井连续墙,预制混凝土,高层建筑,核电工程,应用领域,水坝挡水墙,钢管柱,钢管混凝土拱桥,大跨度悬索桥,自密实混凝土在国外应用范围十分广泛,如英国、美国、加拿大和日本等国,使用量已占混凝土全部产量的30%40%。,自密实混凝土是在1988年由东京大学的冈村教授，前川教授以及小沢教授首次在世界上提出的并冠以自密实混凝土的名称。,自密实混凝土起源与发展,在2004年的时候，日本自密实混凝土总使用量已超过250万立方米，并且在混凝土制品中的应用有逐年增加之势。目前，日本正在致力于将自密实混凝土从特种混凝土发展成普通混凝土。,.,7,欧美各国也在大力推广自密实混凝土，美国西雅图双联广场自密实混凝土设计强度为79MPa，实测28d强度达到了119MPa，91d强度145MPa。由于采用了超高强的自密实混凝土，从而降低结构成本30%。法国于1995年开始研制免振捣自密实混凝土，目前已成功应用于自流平地坪、地下隧道及自应力管等工程挪威、德国也相继研制成功自密实混凝土并应用于实际工程，比较典型的有MillenniumPoint大厦和Zurich铁路隧道等著名工程，并且德国预制行业报道应用自密实混凝土可降低造阶3.5%6.8%，同时颁布了自密实混凝土技术规范丹麦在地铁和隧道工程中也有应用自密实混凝土的报道,意大利Ferrara商业中心的SCC板浇注,SCC澳门观光塔,SCC表面平整,普通混凝土,自密实混凝土,自密实混凝土与普通混凝土,自密实混凝土的优点,1.加快施工速度，缩短施工周期，降低成本,250m高层建筑，日本东京，2001年,2.降低噪音、减少人工,3.完成普通混凝土无法满足的任务,Height:420m,香港国际金融中心,4.解决因混凝土振捣不充分引起的工程质量问题,漳州战备大桥,目前国内外对自密实混凝土的研究集中在以下方面：（1）新型矿物掺合料制备自密实混凝土及其工作性能；（2）混凝土的耐久性提升，如收缩抗裂性等。（3）自密实+清水高性能混凝土（4）减缩增韧高效减水保朔自密实清水混凝土外加剂由于自密实混凝土使用大量的外加剂水胶底和较高的胶凝材料掺量和砂率，因此，自密实混凝土收缩大，容易产生有害裂缝。,自密实混凝土存在问题,自密实混凝土评价方法,坍落度扩展度实验SCC通常具有较大的坍落度(240mm270mm)，因此可以用坍落扩展度试验代替坍落度试验做混凝土拌合物初步控制用。,倒坍落度筒试验,牵引球粘度计,L仪流动度试验,形容器,漏斗,J形环法,J型环尺寸,.,16,第二部分,自密实混凝土的检测及评价,2.1国外自密实混凝土规范制订情况,添加标题,2.2我国自密实混凝土标准编制状况,CECS203-2006自密实混凝土应用技术规程（中国工程建设标准化协会）CCES02-2004自密实混凝土设计与施工指南（中国土木学会）,协会标准及学会标准,标准不统一,JGJ/T283-2012自密实混凝土应用技术规程（建设部）,19,国内外标准对比（1）,20,国内外标准对比（2）,21,国内外标准对比（3）,国内外自密实混凝土标准编制差异,矿物掺合料,符合产品标准，最大粒径不得大于20mm；轻骨料等人工骨料可配制自密实混凝土。,协会标准对粗骨料指术要求较严，但未对轻骨料等人工骨料进行补充,欧洲指南,粗骨料,01,协会标准,02,区别,除最大粒径不得大于20mm外，还规定针片状含量、石子空隙率、含泥量等指标。,03,细骨料,区别,外加剂,除可使用普通混凝土拌合用水，还可使用混凝土搅拌站回收水，但要考虑水中固体颗粒含量和其他化学成分。,欧洲指南,区别,不大,拌合水,水泥考虑到工作性要求及坍落度经时损失小，应优先选择C3A和碱含量小、标准稠度需水量低的水泥：P.P.P.OP.SP.F，标号：42.552.5。骨料应选择质地坚硬、密实、洁净的骨料。粗骨料针片含量少,最大粒径一般在16mm20mm范围。细骨料宜选用级配良好的中砂，砂中所含小于0.125mm的细粉对SCC流变性能非常重要,一般要求不低于10%。矿物掺合料石粉：石灰石磨细粉，细度500m2/kg，用于改善和保持SCC的工作性。粉煤灰：、级粉煤灰，能够改善SCC的流动性，有利于硬化混凝土的耐久性。磨细矿渣：S95级，能改善和保持SCC的工作性，有利于硬化混凝土的耐久性。微硅粉：高活性火山灰质掺合料，用于改善SCC的流变性能和抗离析能力,提高硬化混凝土的强度和耐久性。,（1）原材料,聚羧酸,如今、所有的大流动性混凝土都使用聚羧酸系外加剂。,外加剂(高效减水剂),外加剂(增粘、缓凝),浆骨比SCC需要一定的胶结料浆体含量,一般为3340%，另外采用较小的粗骨料体积含量，以减少粗大颗粒在狭窄空间内频繁接触发生堆集堵塞的概率(如图)。但对混凝土而言,过小的粗骨料体积含量会产生较大的收缩，因此，确定最佳浆骨比是配合比设计的关键。,砂率减小砂浆与粗骨料之间的相互分离作用,还可通过增加混凝土砂率的办法加以实现,但砂率值过大会影响SCC的弹性模量和抗压强度,一般宜控制在40%45%。掺合料用量可以按净浆和砂浆流动度试验确定不同种类掺合料的具体用量,也可根据实际情况和经验选取合理值，用量为胶凝材料总量的1070%。水灰比水灰比按混凝土强度、耐久性选择确定,一般在0.4以下,且用水量不宜超过200kg/m3。,.,33,（2）试验方法,2.1拌合物工作性能与检测方法,.,34,.,35,自密实混凝土坍落扩展度检测底板,自密实混凝土坍落扩展度检测,.,36,2.2硬化混凝土力学性能检测方法自密实混凝土硬化混凝土的力学性能、耐久性性能评定方法与普通混凝土基本相同。其力学性能应按现行国家标准普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081-2002）检测，耐久性能按现行国家标准普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准（GB/T50082-2009），并按现行国家标准混凝土强度检测评定标准（GB/T50107-2010）进行合格评定。2.3混凝土收缩性能检测方法（1）干燥收缩测量方法（2）自收缩测试方法,.,37,2.4混凝土孔结构测试方法,硬化混凝土孔隙结构分析仪,待测试试样,测试结果,.,38,2.5钢筋锈蚀性能测试,常用电化学检测方法比较,.,39,GillAC测试仪器,水泥钉电极和海绵保水,GillAC仪器检测钢筋锈蚀过程,.,40,2.6混凝土渗透性测试,基于通过的电量的氯离子渗透性,可以采用国标中的RCM法和电通量法进行混凝土氯离子渗透性能测试。比如采用北京耐尔仪器设备有限公司研发的NEL-PER混凝土电通量测定仪进行渗透试验，测量60v直流电压下6h内通过固定截面面积的电量来衡量试件的渗透性。,.,41,第三部分,自密实混凝土的制备与性能,Self-Consolidating自密实,HighFlowability高流动性,HighResistancetoSegregation抗离析,Superplasticizer超塑化剂,HighContentofFines高胶凝材料掺量,ViscosityModifyingAgent粘度改性剂,自密实混凝土设计原理,从自密实混凝土的特点入手，充分考虑自密实混凝土流动性能、抗离析性能、自填充性能、浆体用量和体积稳定性的矛盾，通过外加剂、胶结材料、粗细骨料的选择及优化配合比设计，使自密实混凝土拌合物的屈服剪应力足够小，同时具有一定的塑性粘度，确保不出现离析和泌水等问题，并具有良好的流变性能。,.,43,自密实混凝土的配合比设计基本原则,1.工作性能原则：2.强度原则：3.耐久性原则：4.经济性原则：,建设部标准规定的自密实混凝土配合比设计方法（JGJT283-2012）,.,53,自密实混凝土配合比设计方法,全计算法进行配合比设计(1)混凝土各组成材料(包括固、气、液三相)具有体积加和性；(2)石子的空隙由干砂浆填充；(3)干砂浆的空隙由水填充；(4)干砂浆由水泥、矿物掺合料、砂和空气所组成,.,54,混凝土体积模型,混凝土体积模型,水泥浆体积；干砂浆体积；用水量；空气体积；水泥体积；矿物掺合料体积砂体积；石子体积,.,55,各参数的确定,1根据美国P.K.Mehta和P.C.Aitcin教授的观点，水泥浆体积：2对于一定粒径的碎石，视密度为，堆积密度为，石子空隙率为根据模型的观点2，当单位体积石子的空隙正好被干砂浆填满时，干砂浆的体积为：,.,56,3.全计算法中混凝土配制强度和水胶比的计算与普通混凝土相同，经体积模型推导得到的用水量公式如下：式中：水泥密度，kg/m3；掺合料密度，kg/m3；胶凝材料中矿物掺合料的比例。4.砂率公式：式中：砂表观密度，kg/m3；石子表观密度，kg/m3。,.,57,配合比设计参数选择,1.试配强度：自密实混凝土试配强度可按普通混凝土试配强度公式计算：式中:为强度的标准偏差2.水胶比：自密实混凝土水胶比范围宜在0.270.42之间。配制C60以上自密实混凝土时，水胶比应小于0.32。当自密实混凝土强度等级大于C80时，水胶比应小于0.28。水胶比可根据经验选取，由试验确定。,.,58,3.胶凝材料用量：自密实混凝土最大水泥用量为550kg/m3，配制C60以下自密实混凝土时胶凝材料总量范围宜为450550kg/m3，矿物外掺料对水泥的置换率可取10%70%。一般情况下，硅灰置换率取5%15%，粉煤灰置换率取20%50%，磨细高炉矿渣粉置换率取30%70%，矿物外掺料的种类和掺量应通过试验确定。4.砂率：砂率应大于35%，能达到40%50%最好。,.,59,自密实混凝土配合比设计步骤,1.配制强度：式中：fcu,p自密实混凝土试配强度（MPa）；fcu,k自密实混凝土设计强度（Mpa）；混凝土强度标准差（MPa）。,.,60,2.水胶比:式中：水泥强度富裕系数；fce,k水泥标号的标准值；A，B与集料性状有关的常数；fce水泥28天强度的实际值,.,61,3.用水量:式中：c水泥密度，kg/m3；f矿物掺合料密度，kg/m3；胶凝材料中矿物掺合料的比例。在高性能混凝土中取，则=25%，Va取10L(按含气量为1%计算)。,.,62,4.胶凝材料用量,.,63,5.砂率及集料用量6.减水剂掺量由于每种减水剂的减水率及对自密实混凝土工作性能的影响各不相同，本试验按照经验及自密实混凝土工作性能调整掺量。,.,64,.,65,基本力学性能,1.抗压强度试验结果随着水胶比及粉煤灰掺量的不同，自密实混凝土的抗压强度变化规律如下：,.,66,（1）自密实混凝土的抗压强度随着龄期的增长而增长，但早期强度增长较快，后期强度的增长明显小于早期，这是由于混凝土中掺入了高效减水剂后促进了水泥的早期水化所造成的。（2）对于不同粉煤灰掺量的自密实混凝土，随着水胶比的减小，自密实混凝土抗压强度增加，并且强度发展速率增加。（4）在用水量及胶凝材料总量不变的情况下,随着粉煤灰掺量的增加，自密实混凝土早期抗压强度显著下降（5）粉煤灰掺量对自密实混凝土后期强度的影响较大，随着粉煤灰掺量的增加,自密实混凝土的后期强度发展较快。,.,67,劈裂抗拉强度,一般都采用劈裂抗拉试验间接研究混凝土的抗拉强度。自密实混凝土劈裂抗拉试验结果如表。,.,68,劈裂抗拉试验结果表明，自密实混凝土劈裂抗拉强度随龄期的增长而增长；混凝土强度较低时，自密实混凝土的劈裂抗拉强度略高于普通混凝土；随着混凝土强度等级的提高，自密实混凝土劈裂抗拉强度/抗压强度之比有降低的趋势。自密实混凝土劈裂抗拉强度/抗压强度之比的范围和普通混凝土的比值范围1/101/13相似。无论是自密实混凝土还是普通混凝土，抗拉强度都较低，而且劈裂抗拉强度的增长幅度远不如抗压强度的增长幅度。所以依靠提高抗压强度来提高混凝上的抗拉强度的效果极为有限。,.,69,低粉煤灰掺量的自密实混凝土抗压强度拟合结果,(a)SC3-1(b)SC4-1,(c)SC5-1(d)SC6-1,.,70,高粉煤灰掺量的自密实混凝土抗压强度拟合结果,(a)SC3-2(b)SC4-2,(c)SC5-2(d)SC6-2,.,71,由图图中的回归曲线方程看到，回归系数a与SCC抗压强度有某种关系，利用下表中数据进行回归分析得自密实混凝土28d抗压强度和a的关系：,.,72,由上图可以得到下式：将其代入到中，可得到不同强度等级的自密实混凝土随龄期的抗压强度计算公式：式中：fcu(t)龄期t(d)的SCC抗压强度（MPa）；fcu,2828d龄期的SCC抗压强度（MPa）；t标准养护龄期（d），90d。,.,73,我国目前常用的劈拉强度公式为：这是依据普通混凝土的劈拉试验资料得出的，这些公式都是标准龄期28d时不同强度等级的混凝土的抗压强度与劈拉强度的关系。,自密实混凝土劈拉强度与抗压强度关系,自密实混凝土的劈拉强度增加幅度没有抗压强度快,其相对值fts/fcu和普通混凝土相比较小，因此将本文的试验结果进行分析，得到自密实混凝土劈拉强度与抗压强度的关系分布如下图所示：,.,74,自密实混凝土收缩性能,1、混凝土收缩的影响因素2、自密实混凝土收缩试验研究3、改善自密实混凝土收缩的方法,.,75,混凝土收缩的影响因素,影响混凝土收缩的因素很多，主要有水泥品种、掺合料种类及掺量、骨料品种及体积含量、水胶比、外加剂种类及掺量、养护条件、龄期及结构特征等。,化学收缩(ChemicalShrinkage)塑性收缩(PlasticShrinkage)自生收缩(AutogenousShrinkage)温度收缩(ThermalShrinkage)干燥收缩(DryingShrinkage)碳化收缩(CarbonationShrinkage)徐变收缩(CreepShrinkage),.,76,减水剂种类的影响,.,77,SC3干缩结果,SC4干缩结果,不同减水剂对自密实混凝土干缩的影响,.,78,钢筋约束对干燥收缩的影响,SC3干缩结果,SC3干缩结果,SC5干缩结果,SC6干缩结果,由图中可见，钢筋对自密实混凝土28d干缩的线性约束效果显著。在整个28d测量过程中，钢筋提供的线性约束减小收缩率可达25%,.,79,环境湿度的影响,掺粉煤灰情况下的干缩,无粉煤灰情况下干缩,早期养护对抑制自密实混凝土早期收缩起着关键作用，良好的养护可以推迟干燥收缩的发生，减缓干燥收缩的发展速度，也有利于自密实混凝土早期强度的发展。,.,80,纤维种类及掺量对自收缩的影响,.,81,纤维掺量对自收缩的影响,由图可见，纤维的掺入能有效降低自密实混凝土的自收缩,.,82,3、改善自密实混凝土收缩的方法,加强原材料质量控制掺加粉煤灰等矿物掺合料结构设计中考虑钢筋的约束作用选择减缩保塑型的减水剂（掺加减缩剂泌水）掺加纤维（分散）采取有效养护措施,.,83,单掺粉煤灰自密实混凝土配合比,.,84,复掺粉煤灰、矿粉自密实混凝土配合比,.,85,复掺粉煤灰与矿粉自密实混凝土配合比kg/m3,.,86,复掺粉煤灰与矿粉自密实混凝土抗压强度,.,87,自密实混凝土耐久性,按设计强度等级C30、C40、C50、C60制备了自密实混凝土，混凝土配合比见表：,注：C-3(S)试样中掺加了胶凝材料重量3%的NaCl,.,88,养护条件及龄期对钢筋锈蚀性能影响在干燥室内自然状态下对各配合比试件在不同龄期的钢筋锈蚀电流进行了测试，结果如图9-1和9-2所示,图9-1C-3(B)和C-3组钢筋锈蚀电流图9-2C-3(S)钢筋锈蚀电流,.,89,按照建筑结构检测技术标准（GB/T50344-2004）列出了钢筋锈蚀速率影响试件损伤年限的判别标准，如表9-2所示。,按照钢筋锈蚀电流判别钢筋锈蚀速率和构件损伤年限的标准,.,90,根据表9-2中标准，分析各组构件的钢筋锈蚀情况如下：C-4、C-5、C-6各组构件腐蚀电流均小于0.2A/cm2，按照标准判定混凝土构件钢筋处于钝化状态。说明自然状态下钢筋的抗锈蚀能力很强比较C-3(B)和C-3组可发现，不掺加粉煤灰的钢筋混凝土构件腐蚀电流略高，这说明在混凝土构件中掺入适量粉煤灰能够提高钢筋抗锈蚀能力。掺加了氯盐的C-3(S)组一开始测量就具有极高的腐蚀电流和锈蚀速率，由于该组氯离子浓度远大于工程上一般规定氯盐掺量（不应大于0.4），说明氯盐对于钢筋混凝土的抗锈蚀性有极大危害。,.,91,各组钢筋锈蚀检测结果如图9-3所示，0点时间实际为Nacl溶液中浸泡60天结束后的时间。,图9-3各组试件在不同养护条件下的钢筋锈蚀测试结果,.,92,.,93,对比在室内养护和盐水浸泡两个阶段的钢筋腐蚀电流，可发现所有浸泡的自密实混凝土构件，腐蚀电流icorr均有很大的增长，说明盐水浸泡的促进钢筋锈蚀效果明显，钢筋的钝化膜可能被破坏长期室内养护的试件（除C-3(S)组），由于处于干燥环境，因此腐蚀电流一直比较低，基本处于低锈蚀速率状态以下比较长期浸泡和循环浸泡试件，可以发现干湿循环构件的腐蚀电流大于长期浸泡构件，循环浸泡构件在未浸泡期间置于自然环境中，吸收了更为充分的氧气，从而使锈蚀速度更快不同方式浸泡后的、不掺粉煤灰C-3(B)组的腐蚀电流比掺粉煤灰的C-3组腐蚀电流大，说明了在混凝土中掺入适量的粉煤灰能能够提高钢筋抗锈蚀能力,.,94,盐溶液浓度对钢筋锈蚀性能影响,在上面试验中，对比盐溶液的浓度为0%、3.5、7%。混凝土构件尺寸为150mm150mm150mm的立方体，构件中四个边角部分埋入100mm长、无锈的光圆钢筋，钢筋直径均为6mm，钢筋的保护层厚度为20mm。混凝土采用了C-3和C-6配合比。试验条件：各试件首先放入3.5的Nacl溶液中浸泡60天，然后在三种不同的溶液中进行循环浸泡128天，循环制度为浸泡7天，干燥1天，干燥完毕后马上测量腐蚀电流，然后继续浸泡。,.,95,由图可知，自密实钢筋混凝土在清水中浸泡时腐蚀电流很小，处于低锈蚀速率状态。浸泡盐溶液浓度和腐蚀电流有着较好的线性关系，即浓度越大，自密实混凝土中钢筋的腐蚀电流也越大；混凝土强度越低，腐蚀电流也越大。,.,96,混凝土保护层厚度对钢筋锈蚀性能的影响,设计了不同保护层厚度的150mm150mm150mm的自密实钢筋混凝土构件。试验条件：在3.5%的Nacl溶液中先浸泡60天，再循环浸泡128天，循环制度为浸泡7天，干燥1天，干燥完毕后马上测量腐蚀电流，然后继续浸泡。把所有龄期测定的自密实混凝土腐蚀电流平均值作为最后测试结果列于图9-5。,.,97,从图9-5可以看出，保护层从20mm变为30mm时，腐蚀电流急剧减小，钢筋处于低锈蚀状态，保护层的增大使钢筋钝化膜保护较好；保护层厚度为40mm时，腐蚀电流很小，原因为保护层的进一步增加，使得氯离子难以在试验时间内扩散到钢筋表面，从而钢筋基本处于钝化状态。,.,98,第四部分,自密实混凝土工程应用,.,99,（1）超高强自密实钢管混凝土的制备与性能,.,100,.,101,超高强自密实钢管混凝土的设计与制备路线,密闭环境自由膨胀率,徐变弹模抗压强度,.,102,密实骨架配合比设计,密实堆积图,密实堆积图,N值与混凝土工作性能的关系,确定合理的N值为1.51.6,.,103,密实骨架胶凝材料优化,.,104,新拌混凝土各项工作性能,水胶比对拌合物性能和强度的影响,.,105,胶凝材料用量对拌合物性能和强度的影响,.,106,砂率对拌合物性能和强度的影响,.,107,粉煤灰与硅灰对拌合物性能和强度的影响,.,108,粉煤灰微珠对混凝土工作性能和强度的影响,C80自密实混凝土配合比,微珠取代部分粉煤灰和硅灰显著改善了混凝土的粘度，提高其自密实性能，7d和28d强度略有降低。,.,109,高效减水剂的复配,要求自密实钢管混凝土在具有良好的自密实性能的前提下还要尽量低的含气率，钢管混凝土的含气量应该控制在2.0%以下较好。,高效减水剂配方,.,110,C80混凝土的自收缩研究,UEA-1,EA,HEA,.,111,减缩、内养护聚合物对强度与自收缩的影响,不同MR掺量对强度影响,不同MR掺量对自收缩的影响,MR掺量为1.0%时，混凝土7d自收缩降低了50%。,.,112,膨胀组分复合匹配,经拟合确定的复合膨胀剂配比为：轻烧MgO:CSA:过烧MgO=2:7:1，按此比例制得高能复合膨胀材料HBEA。,.,113,C80自密实微膨胀钢管混凝土性能,C80自密实微膨胀钢管混凝土配合比,混凝土28d钢管约束膨胀率达到1.810-4，3d龄期加载，180d徐变系数仅为1.54。,.,114,C80混凝土的水化及微观结构,浆体配合比（%）,掺加了1.0%MR,化学结合水试验结果,.,115,C80混凝土的水化及微观结构,各试样的孔径分布图,各试样的累计孔隙率,各试样的孔结构参数,掺加高能复合膨胀剂和减缩聚合物后，混凝土中孔得到细化，孔隙率降低为18.3%，大于50nm的孔明显减少,.,116,工程应用,C70自密实微膨胀钢管混凝土施工配合比（kg/m3）,.,117,合江一桥,钢管混凝土泵送施工中,拱顶排浆口冒混凝土,.,118,.,119,（2）自密实清水混凝土的制备与性能,.,120,自密实饰面清水混凝土概述,1.1,自密实混凝土，指混凝土拌合物主要靠自重，不需要振捣即可充满模型和包裹钢筋的高性能混凝土，具有良好的填充性、间隙通过性和抗离析性。,饰面清水混凝土具有混凝土本身的质感，表面颜色基本一致，且外观整齐美观，细部精致。,将自密实混凝土和饰面清水混凝土相结合，是一种便于施工且具有装饰效果的新型绿色混凝土，具有很高的研究和应用价值。,.,121,自密实饰面清水混凝土概述,1.1,外部美观，细部精细,粘聚性好，不离析泌水,具有良好的施工性能,良好的力学和耐久性能,.,122,项目背景,1.2,武广客运专线新建武汉站工程采用了国内首创上部大型建筑与下部桥梁共同作用的“桥建合一”设计模式。武广客运专线武汉站工程混凝土方量共计60万m，均要求使用高性能混凝土，且要满足耐久性100年的高要求，站房内所有桥梁外露表面均要求达到饰面清水混凝土装饰效果。,.,123,项目背景,1.2,高架桥中部为三跨刚构拱桥，其下部的桥墩钢筋布置密集，钢筋间平均净间距为5.7cm，钢筋平均用量达327kg/m，无法振捣施工；同时混凝土泵送施工垂直落差高达11m，对混凝土的填充性能和抗离析性能要求非常高。项目要求使用饰面清水混凝土，在保证施工顺利实施同时达到饰面清水混凝土的表观效果。,123,.,124,研究难点,1.3,清水效果,大规模生产应用,质量控制,自密实性能,钢筋含量327kg/m,钢筋间距5.7cm,浇筑落差11m,总方量6600m3,单次浇筑330m3,自密实混凝土要求较高的含气量及流动度,饰面清水混凝土要求表面无气泡、砂痕、色泽均一,124,不能分层浇筑,无法辅助振捣,施工周期长,同一可视空间,.,125,研究内容,1.4,.,126,二、设计思路及原材料选择,基本原理,2.1,126,.,127,二、设计思路及原材料选择,两大矛盾,2.2,.,128,二、设计思路及原材料选择,设计思路,2.3,.,129,二、设计思路及原材料选择,原材料选择,2.4,水泥：P.O42.5低碱水泥，低碱、清灰色、质量稳定；粉煤灰：级（F类）优质粉煤灰，浅色、颜色基本一致；矿粉：灰白色磨细水脆淬矿渣粉；细集料：洁净天然中砂；粗集料：级配合理、颜色均匀、洁净的碎石；,.,130,二、设计思路及原材料选择,原材料选择,2.4,增粘剂的化学成分,缓凝保塑外加剂：减水率高、适应性良好、对表面色差影响；增粘剂：超细沸石粉，比表面积600m2/kg。,.,131,配合比初步确定,3.1,计算配合比（kg/m,固定砂石体积含量计算法(l)设定每立方米混凝土中石子的松堆体积为0.5m0.55m，得到石子用量和砂浆用量；(2)设定砂浆中砂体积含量为0.420.44，得到砂用量和浆体含量；(3)根据水胶比和胶凝材料中的掺合料比例计算得到用水量和胶凝材料总量，最后由胶凝材料总量计算出水泥和掺合料各自的用量。,.,132,配合比优化,3.2,缓凝保塑外加剂,.,133,配合比优化,3.2,水胶比,.,134,配合比优化,3.2,增粘剂,.,135,配合比优化,3.2,矿物掺合料,.,136,配合比优化,3.2,砂率,.,137,配合比优化,3.2,粗骨料级配,.,138,配合比优化,3.2,试验后最优参数,.,139,配合比优化,3.2,C50自密实饰面清水混凝土优化配合比,三、配合比设计及耐久性研究,.,140,耐久性研究,3.3,.,141,耐久性研究,3.3,在模拟现场（塑料膜包裹封闭）的条件下，自密实饰面清水混凝土自初凝后至28d收缩率（为1.29）有利于该工程施工过程中结构混凝土的裂缝控制。,收缩性能,.,142,耐久性研究,3.3,收缩性能,.,143,耐久性研究,3.3,收缩性能,.,144,耐久性研究,3.3,收缩性能,.,145,耐久性研究,3.3,收缩性能,.,146,U型箱加严试验,4.1,四、工程应用及质量控制技术,U型箱及自制钢筋网,U型箱加严试验检测,.,147,147,试验模型及钢筋网,模拟试验混凝土浇筑,模拟试验时混凝土的流动情况,四、工程应用及质量控制技术,实体模拟试验,4.2,根据工程实际情况，选取工程钢筋最为密集的主筋部分做模拟浇筑试验。,.,148,实体模拟试验,4.2,四、工程应用及质量控制技术,从拆模情况观察，混凝土均匀充满模型的各个角落，没有形成缺陷；混凝土模拟构件水平部位上表面有少量气泡，表面颜色基本均匀一致；模拟试验构件经自然养护28d后钻芯取样观察，内部混凝土均匀密实，钻芯取样试件经检查，混凝土抗压强度达61.6MPa，满足构件力学性能要求。,.,149,现场模拟浇筑,4.3,四、工程应用及质量控制技术,选取工程结构钢筋最为密集的部分按照1：1尺寸进行现场模拟浇筑试验，观察实体模型混凝土的自密实性能，检验自密实饰面清水混凝土搅拌站大规模生产应用的实际操作性能。,实体模拟浇筑试验钢筋绑扎模型,.,150,自密实饰面清水混凝土浇筑及实施效果,4.4,四、工程应用及质量控制技术,150,.,151,质量控制技术,4.6,四、工程应用及质量控制技术,.,152,实施效果,4.7,四、工程应用及质量控制技术,自密实饰面清水混凝土应用于武广客运专线新建武汉站工程，实现了国内首例“桥建合一”站房异型连续刚构拱桥饰面清水混凝土效果，14万空间不可展曲面桥梁混凝土，表面色泽一致、外型整齐美观、细部精美，充分展现了大型公共建筑浑厚、质朴、大气之美。,.,153,（3）钢纤维自密实混凝土的制备与性能,.,154,自密实混凝土工作度评价方法指标,坍落度筒试验：坍落度250mm275mm，扩展度600mm700mm，扩展速度820s；连通箱试验：高差70mm；“L”型箱试验：最大流动距离1000mm。,图3.3“L”型箱,图3.2连通箱,.,155,分层度试验：粗集料均匀性：5.0%FCD8.5%钢纤维均匀性：分散系数0.9,图3.4分层度仪,.,156,不同工作性能的钢纤维自密实混凝土试件,.,157,图3.5粗骨料与钢纤维分布表观图,.,158,钢纤维自密实混凝土的分层特性,粗集料受力分析示意图,普通集料在自密实混凝土中易沉降轻集料在自密实混凝土中易上浮；钢纤维的乱向分布易受到粗集料分层运动的干扰；增加砂浆塑性粘度、降低与粗集料的密度差。,.,159,(3)工作度控制方法通过理论分析与试验研究，控制方法制定为：粗集料最大粒径控制：20mm粗集料体积用量：0.350.38m3砂浆中砂体积含量：0.420.44矿物掺合料的选择与掺量：2050钢纤维的参数选择与掺量：1.5%,.,160,组分均匀性试验研究采用工作控制方法配制钢纤维自密实混凝土，检测其流动性、填充性与穿过钢筋能力合格后，垂直浇注3根钢纤维自密实混凝土圆柱，第1根用于粗集料均匀性试验：浇注完成后长时间静置，终凝之前拆模，做分段湿筛分试验，评价粗集料的均匀性；第2根用于钢纤维分布均匀性试验：垂直浇注，7天后拆模，用路面切割机沿直径轴线方向切开，分段后用分散系数法评价其乱向分布均匀性；第3根用于分段强度均匀性试验。,.,161,.,162,钢纤维增强普通集料自密实混凝土表观观察,全貌,上段,中段,下段,.,163,(1)粗集料均匀性：粗集料在不同高度均匀分布，FCD为6.7%（5.0%FCD8.5%）(2)钢纤维分散均匀性：分散系数为0.95;(3)强度均匀性试验：80.2MPa83.7MPa钢纤维自密实混凝土经过搅拌、浇注与长时间静置后，在重力、浮力和砂浆塑性粘度的作用下，实现动态平衡、静态平衡，并验证了工作度控制方法的有效性与实用性。,.,164,钢纤维自密实混凝土的收缩性能,自密实混凝土胶凝材料用量大，因而收缩量大，体积稳定性差。除了利用膨胀剂，利用钢纤维自身的体积稳定性及其与基体混凝土足够的粘结强度可减小收缩落差，有效控制混凝土的收缩。,.,165,干海子大桥,干海子特大桥是雅（安）泸（沽）高速公路控制性工程，大桥墩高最高度为110m，矮墩部分采用混凝土桩基圆柱式桥墩。为目前世界上同类桥梁之首。钢管内灌注钢纤维自密实微膨胀钢管混凝土，以提高钢管混凝土的抗弯拉能力。借助于钢管的套箍与钢纤维的增韧作用，使其具有良好的抗折、抗拉、抗冲击和抗疲劳等力学性能以及优异的耐久性。,.,166,混凝土原材料,（1）胶凝材料：水泥：P.O.42.5R水泥，密度3.15g/cm3，28d实测强度51.2MPa；粉煤灰：级粉煤灰，需水量比92%，比表380m/kg；硅灰：SiO2含量94.6%，比表面积20000m2/kg，密度2.2g/cm3；（2）膨胀剂：钢管混凝土专用膨胀剂HCSA；（3）集料：粗集料采用粒径520mm碎石；细集料采用连续级配中粗河砂，细度模数为2.7，含泥量小于1%；（4）钢纤维：多锚点型（DM）:碳钢冷拔钢丝，尺寸0.530mm，长径比60，抗拉强度1000MPa；（5）减水剂：减水率32%。,.,167,缓凝保塑高效减水剂的研制,超长距离泵送：要有足够的保持塑性的时间；避免气膜：需要复掺引气量低、减水率高的缓凝减水保塑剂；技术方案：复合缓凝保塑和消泡、引气成分。聚羧酸减水剂的聚合物平均分子量在1100015000，其分子结构中羧酸基与酯基的摩尔比（m/n）为1.92.1。功能组分：葡萄糖酸钠、有机硅、竹本油脂、聚醚减缩等按一定比例复合而制成的水剂，其固含量为3036%。,.,168,C70微膨胀钢纤维自密实钢管混凝土,表1混凝土配合比,表2混凝土工作和力学性能,.,169,C70微膨胀钢纤维钢管混凝土限制膨胀率（10-4）,钢管约束条件下砼膨胀率测定,.,170,.,171,钢纤维自密实微膨胀钢管混凝土施工视频（冒浆）,.,172,C60钢纤维自密实桥面铺装混凝土(干海子大桥),表1混凝土配合比,表2混凝土工作和力学性能,.,173,武汉市后湖大桥,表12-1后湖大桥施工时所用C50钢管混凝土配合比（kg/m3）,该桥主塔采用两根扁形钢管混凝土单柱塔柱组成，单根扁形钢管截面尺寸3.852.4m，钢管厚度为20mm。在主塔钢管混凝土中，核心混凝土采用C60自密实微膨胀混凝土，混凝土总用量1240m3，主塔C60混凝土经泵送后进行高位抛落施工。,钢管自密实混凝土,重庆巫山长江大桥（跨径460m，世界第一）,雅西高速干海子大桥（桥长1880m，世界第一全钢管混凝土桁架桥）,湖南湘潭湘江四桥（跨径400m，世界第三）,宜万长江铁路大桥（跨径2275m,世界第一）,长春伊通河大桥（直径1.83m,最大直径）,亚洲第一高墩腊八斤大桥钢管混凝土高墩C80,湖南湘潭湘江四桥,湖南茅草街大桥,重庆巫山长江大桥,武汉江汉晴川桥(江汉三桥),浙江淳安南浦大桥,浙江华光潭桥,广东东莞水道大桥,浙江宁波三门口（中门）桥,浙江宁波三门口（北门）桥,武汉江汉长丰桥(江汉五桥),广东潮州韩江北桥,广西南宁永和大桥,长沙黑石铺湘江大桥,湖北省秭归青干河大桥,宜昌三峡龙潭河大桥,（460m，世界跨度第一）,四川广元昭化大桥,长春伊通河大桥,郧西大桥,钢管自密实混凝土应用实例,.,177,雅泸高速公路腊八斤特大桥、黑石沟特大桥,四川省雅安市经石棉至泸沽高速公路的腊八斤特大桥、黑石沟特大桥为大跨连续刚构钢管混凝土组合高墩混凝土工程。两座大桥的主桥桥墩钢管混凝土中，核心混凝土采用C80高抛自密实微膨胀高强钢管混凝土，采用高位抛落免振捣方法进行施工。,.,178,广州珠江黄埔大桥引桥,广州珠江黄埔大桥南北引桥具有高墩（54m）、大跨（62.5m）、多孔等特点，单跨箱梁混凝土一次性浇筑量最大达1600多m3，采用ASM工法施工，62.5m的移动模架目前居世界首位，采用C60自密实早强混凝土。,水泥：粤秀P.42.5R矿物掺合料：S95级矿粉、级粉煤灰减水剂：深圳奥维邦聚羧酸型缓凝高效减缩减水剂，减水率29粗集料：525mm碎石细集料：中砂，细度模数2.5,由表中数据可以看出，在调整胶凝材料的组成后，混凝土的3天抗压强度明显提高。采用490kg的胶凝材料总用量，对于掺粉煤灰的混凝土，当水泥用量大于430kg时，抗压强度与弹性模量可满足3天张拉的要求；对于掺矿粉的混凝土，当水泥用量大于417kg时，强度与弹性模量可满足3天张拉的要求。,.,180,.,181,武汉墨水湖大桥箱梁,黄埔大桥箱梁,.,182,汉蔡高速公路钢箱梁立交桥,汉蔡高速公路全长35.18公里，共有四座钢箱梁桥，四个钢箱梁桥面下面层结构设计采用了“钢桥面上焊接剪力连接件、然后绑扎钢筋网的方法”，钢筋网上面全部浇筑了“轻质钢纤维自密实混凝土”作为下面层材料铺装结构方案。本方案还应用于武汉金桥大道、二环线、汉鄂高速、汉蔡高速、青郑高速、中环线、香港路、外环绕城、深圳红桂路等近50座钢箱梁立交桥，最长使用年限达10年，未出现任何病害。,.,183,粉煤灰、粒化高炉矿渣磨细粉,需寻求其它合适的掺合料予以投入使用,作为优质矿物掺合料大量消耗，造成供应日渐短缺的问题,(4)超细石灰石粉自密实混凝土,.,184,（1）特点：分布广泛，价格低廉，运输方便。（2）优点：促进水化，降低水化热，改善混凝土的工作性能，降低单位用水量，提高混凝土的力学强度和耐久性能。降低混凝土生产成本，提高资源利用、保护生态环境。,粉磨至500m2/kg,石灰石粉的特点与优点,.,185,作用机理,微集料效应：超细石灰石粉的细度比水泥颗粒细得多,可以填充水泥颗粒之间的空隙,改善混凝土的孔结构,使硬化混凝土形成密实充填结构和细观层次的自紧密堆积体系。分散效应。超细石灰石粉混合在混凝土中,使水泥颗粒更加分散,间距增大,流动性增加。同时,细小的掺合料颗粒对水泥水化过程中形成的“絮凝结构”有着解絮作用,可有效减小坍落度损失。,.,186,微细碳酸钙的加入还可以加速硅酸三钙的水化,并与水泥中的含铝矿物反应有利于提高混凝土的早期强度。C3A+CaCO3+11H20C3ACaCO311H2OC3A+3CaCO3+31H20C3A3CaCO331H2O当CaCO3与C3A摩尔比较高以及溶液中浓度较高时，才会形成三碳型水化碳铝酸钙，当条件不满足时，它就会转变为单碳铝酸钙。因此，只有单碳铝酸钙是稳定的。,.,187,微晶核效应：石灰石粉分散在混凝土中,为水泥水化体系起到微晶核作用,加速水化反应的进程并为水化产物提供充裕的空间,改善水化产物分布的均匀性,使水泥石结构更为致密。总之，石灰石粉不仅可以改善混凝土拌合物的工作性能,促进水化作用,提高强度和密实度,同时也使得粒子密集堆积,降低孔隙率,改善孔结构,从而对抵抗侵蚀和延缓性能退化等都有较大作用。,.,188,超细石灰石粉在自密实混凝土中的应用,实例1：双掺石灰石粉和粉煤灰的C30自密实混凝土原材料水泥：P.O.42.5级；掺合料：级粉煤灰、S95级矿粉、超细石灰石粉（45m筛余22，需水量比94）等；集料：细度模数为27的天然中砂：5-20mm连续级配天然石子。减水剂：聚羧酸系，固含量20%；纤维素醚类增粘剂。,.,189,注：水灰比0.37，砂率44%，增粘组分掺量25g/m3,配合比设计（kg/m3),.,190,随着石灰石粉取代粉煤灰用量的增大，混凝土的工作性能得到改善，而只有掺量合适时才可提高其力学强度。,.,191,用石灰石粉取代粉煤灰后，混凝土氯离子渗透系数下降，但随着掺量的增加，氯离子渗透系数又有所回升。超细石灰石粉的掺入能填充水泥与粉煤灰间隙，改善孔结构，降低孔隙率，从而减小碳化速度。,碳化,氯离子渗透,.,192,.,193,掺入超细石灰石粉粉煤灰后，混凝土的重量损失随取代量的增大而增加，但数值不超过2%，对抗冻性的影响程度不大。混凝土中掺入石灰石粉后，会降低其抗硫酸盐侵蚀能力。石灰石粉与粉煤灰相比其抗硫酸盐侵蚀能力差，主要是由于可能发生碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀(TSA)。Ca3Si2O73H2O+2CaSO42H2O+2CaCO3+24H2OCa6Si(OH)62(CO3)2(SO4)224H2O+Ca(OH)2上述反应通常在适当的温度(低于15)和pH值(10.513.0)下发生。,.,194,实例2：单掺石灰石粉的C50自密实混凝土原材料水泥：普通P.O.42.5级；掺合料：级粉煤灰、S95级矿粉、超细石灰石粉（450kg/m3）等；集料：细度模数为28的天然中砂：5-20mm连续级配的天然石子。减水剂：聚羧酸系，固含量20%。,.,195,.,196,随石灰石粉掺量的增大，混凝土的工作性能得到提升，但对力学性能和耐久性能会造成不利影响。,.,197,实例2：复掺粉煤灰、矿粉、石灰石粉的C50自密实混凝土原材料水泥：普通P.O.42.5级；掺合料：级粉煤灰、S95级矿粉、超细石灰石粉（600kg/m3）等；集料：细度模数为2.7的天然中砂：5-20mm连续级配的天然石子。减水剂：聚羧酸系，固含量20%。,.,198,.,199,混凝土拌合物工作性能实验结果,.,200,石灰石粉取代粉煤灰时，随着石灰石粉取代量的增加，混凝土填充性、间隙通过性和抗离析性均有降低的趋势；石灰石粉取代矿渣粉时，随着取代量的增加，混凝土填充性逐渐提高，间隙通过性基本没有变化，抗离析性逐渐变差。,.,201,.,202,取代粉煤灰时，强度的降低较少，早期强度几乎没有降低；取代矿渣粉时，抗压强度随取代量增加而减低的程度较取代粉煤灰时大一些；混凝土抗折强度随石灰石粉掺量变化的趋势与同组抗压强度变化趋势基本相同。,.,203,.,204,石灰石粉取代粉煤灰，取代量增加时，电通量、动弹模损失和重量损失的绝对数量都较小，混凝土耐久性影响较小。石灰石粉取代矿渣粉时，取代量较小的时候，混凝土有较好的耐久性，可以满足300次抗冻融要求；当完全取代时，只能满足200次的抗冻要求。,.,205,实例4：复掺粉煤灰、矿粉、硅灰、石灰石粉的C80自密实混凝土原材料水泥：普通P.O.42.5级；掺合料：级粉煤灰、S95级矿粉、超细石灰石粉（675kg/m2）、硅灰；集料：细度模数为2.8的天然中砂：5-25mm连续级配的天然石子。减水剂：聚羧酸系，固含量20%。,.,206,C80自密实混凝土配合比,.,207,混凝土工作和力学性能,掺入石灰石后混凝土工作性能变好，且能提高早期强度，但不利于后期强度的成长。,.,208,实例5：复掺矿粉、硅灰、石灰石粉的C80钢纤维自密实混凝土,原材料水泥：P.O.42.5级；掺合料：级粉煤灰、S95级矿粉、超细石灰石粉（600kg/m3）、硅灰等；集料：细度模数为26的天然中砂：5-16mm连续级配的天然石子;减水剂：聚羧酸系，减水率35%;钢纤维：25mm，长径比50，抗拉强度1000。,.,209,C80自密实混凝土配合比,.,210,（5）机制砂自密实混凝土,机制砂（建筑用砂GB/T146842001）是指石料通过制砂机加工而成的砂子。主要是志岩石经除土开采、机械破碎、筛分制成的，粒径在4.75以下的岩石颗粒，但不包括软质岩石、风化岩石的颗粒。,1、机制砂性能指标,.,211,机制砂的分类及规格,机制砂可分为类、类、类：a)类宜用于强度等级大于或等于C60的混凝土；b)类宜用于强度等级大于或等于C30、小于C60及有抗冻、抗渗要求的混凝土；c)类宜用于强度等级小于C30的混凝土。粗细程度按照细度模数分为细砂、粗砂、中砂三种规格，细度模数分别为：a)细砂：细度模数2.2-1.6b)粗砂：细度模数3.9-3.1c）中砂：细度模数3.0-2.3.,.,212,制备机制砂原材料要求,1.机制砂宜采用开采的新鲜母岩制作，母岩岩石抗压强度宜满足：a)类：不宜小于80MPa;b)类：不宜小于60MPa;c)类：不宜小于30MPa.2.机制砂母岩的碱集料反应活性应满足：a)类机制砂母岩应不具有碱活性反应性；b)类、类机制砂的母岩若含有碱-硅反应活性矿物且具有碱活性反应性，应根据使用要求进行碱集料反应试验；c)不宜使用具有碱碳酸盐反应活性的岩石制作机制砂,.,213,机制砂各有关指标,1.机制砂表观密度应大于2500/m，松散堆积密度宜大于1400/小于m，空隙率宜小于45%，吸水率应不大于2.0%；2配制混凝土的机制砂坚固性应满足表1：,.,214,机制砂的级配宜满足表1的要求,.,215,石粉含量和泥块含量,.,216,压碎值及有害物质的含量应满足下表3及表4,.,217,严格意义上的机制砂生产应更加偏重于人工控制上，可将机制砂的各项技术指标控制在理想范围。因此，机制砂要比天然河砂质量更稳定。,.,218,机制砂制备自密实混凝土存在的问题,机制砂石粉含量高、细度模数偏大，颗粒表面粗糙、空隙率大、级配不良。因此，机制砂自密实混凝土的配合比设计参数要求与普通(河砂)自密实混凝土存在差异,.,219,在砂率为50，水胶比为0.35，CSSP1高效减水剂掺量1.2，石子最大粒径25mm,石子