院选论文自密实混凝土

1、浅谈自密实混凝土XX 学号：XXXXXXXXXXXXX 指导老师：XXX摘要 总结了国内外自密实混凝土标准的发展现状,介绍了自密实混凝土在原材料、配合比计算方法、工作性能表征方法、生产、浇注与养护、应用等方面的相关情况, 对我国自密实混凝发展提出了建议。关键词 自密实混凝土 原材料 性能 配合比设计 生产 应用Abstract The differences of our self-compacting concrete standards in such aspects as constituent materials, mixing ratio calculation method, wo

2、rking performance characterization methods, production and transportation, formwork construction, placing and curing etc are summarized. And our research emphases of the compiling unified standards of self-compacting concrete are proposed.Key words self-compacting concrete, constituent materials, pr

3、operties，mixdesign, production, application0 前言自密实混凝土(Self - Compacting Concrete ,简称SCC)是指具有高流动度且不离析、不泌水, 能在免振捣的情况下, 完全依靠自身重力作用, 充满模板内空间, 达到充分密实和获得最佳性能的混凝土。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, 其研究与应用在世界范围内广泛展开。本文将通过总结和比较国内外自密实混凝土相关标准规范,根据本人参加全国大学生混凝土设计大赛的实验情况和经历对自密实混凝土做出简要的介绍。1 自密实混凝土的发展与应用 自密实混凝土在日本

4、东京大学由冈村甫教授( H a jime Okam ura)研制成功, 并很快成为一种实用的、施工性能非常优良的混凝土。在日本, 到20世纪90年代中期已生产自密实免振捣混凝土80万m3。在我国, 冯乃谦教授于1987 年就提出了流态混凝土概念, 奠定了我国这一领域研究的基础。从20世纪80年代末开始, 我国高强混凝土开始应用, 到90年代中期, 在研制高性能混凝土及高性能外加剂的基础上, 越来越多的高强混凝土脱离了单纯高强的范畴, 而转向高耐久性、大流动性、超高度泵送、自密实不振捣等高性能混凝土。目前, 自密实混凝土已广泛应用于各类工业民用建筑、道路、桥梁、隧道及水下工程、预制构件中, 特别

5、是在一些截面尺寸小的薄壁结构、密集配筋结构等工程施工中显示出明显的优越性。在一些复杂结构中, 加固建筑, 以及大体积复杂结构中都有应用。尤其是最近一些国家标志性建筑比如国家大剧院,国家体育场, 新北京南站都大量使用了自密实混凝土。 对自密实混凝土的基本理论研究工作, 如配制方法、施工技术、质量控制和混凝土硬化后的基本物理力学性能、耐久性能研究方面取得相当成就, 同时, 出现了自密实混凝土与其它技术(如纤维增强混凝土、自应力混凝土、钢管混凝土) 相结合使用的趋势。甚至出现了一些可持续发展的新型自密实混凝土材料, 自密实轻集料混凝土、自密实再生骨料混凝土、自密实废弃轮胎混凝土等。2 自密实混凝土的

6、组成材料及其影响2.1 粗骨料（1）粗骨料宜采用连续级配或2个单粒径级配的石子，最大粒径不宜大于20mm。（2）粗骨料形状指数（反应粗骨料的颗粒球度指标）越大，说明其粒形越好，针片状含量越少，所配制的自密实混凝土拌合物的粘度越小、流动性越好，工作性能越好。（3）当采用单粒径级配组合时，1020mm大石子含量过大更容易产生沉降，增大混凝土拌合物中粗骨料的分层离析几率，510mm石子含量过大，也会造成混凝土拌合物的粘度过小、流动阻力过小，不足以限制大石子的沉降而造成抗离析能力明显下降。一般情况下下，大石子：小石子5：5到4:6时，能够使自密实混凝土较优获得流变性能和工作性能。2.2 细骨料（1）骨

7、料宜选用第二级配区的中砂。（2）砂率越大, 混凝土拌合物的流动性增大、粘聚性减小, 流动性损失越小。从抗压强度发展来看, 无论是早期强度还是后期强度, 砂率越高, 抗压强度下降越大。因此, 配制自密实混凝土时, 选择合适的砂率应从混凝土流动性、粘聚性、强度等几个方面综合平衡考虑。 (3) 根据实验情况所得，砂率一般控制在45% 50%,砂体积分数控制在0.420.47。2.3 胶凝材料（1）在自密实混凝土中,胶结材含量过低不利于新拌混凝土的工作性,胶结材含量大于500kg/ m3 时,坍落度损失减少。考虑到对混凝土强度和耐久性的影响,将胶结材控制在450kg/ m3 550kg/ m3 较为合

8、适。（2）在水泥混凝土系统中,粉煤灰和矿渣的掺入,改善了混凝土拌合物的工作度。随着掺合料的增加,新拌混凝土的塑性粘度值变小,钢筋间隙通过能力和填充性越来越好。与粉煤灰相比,矿渣和硅灰调节混凝土拌合物粘性系数的能力较差。（3）混凝土中掺加粉煤灰和矿渣有效降低了氯离子扩散系数,硅灰作用最为显著。水泥用量越少,粉煤灰和磨细矿渣掺量越大,混凝土碳化速度越快。（4）当复合掺合料掺量大于50 % ,混凝土抗碳化能力急剧下降。由于硅灰巨大的比表面积和高的火山灰效应,增加硅灰掺量,混凝土抗碳化能力增加。在标准养护制度下,随着龄期的延长,混凝土的碳化速度下降。养护环境相对湿度对混凝土耐久性能造成很大的影响。自然

9、养护使水泥和掺合料无法很好水化,矿物掺合料的潜在活性不能发挥,对提高混凝土抗碳化能力效果不理想。（5）粉煤灰和磨细矿渣复合掺量越多,混凝土收缩值越小。2.4 外加剂（1） 减水剂 高效减水剂是配置自密实混凝土必不可少的成分。由于自密实混凝土要求具有较大的流动性，良好的粘聚性等，所以需要选择减水率较高，保水性较好的优质高效减水剂。近年来，出现的聚羧酸高效减水剂具有掺量低，减水率高，混凝土强度增长快，混凝土拌合物塌落度损失小，拌合物粘滞阻力小等优点，而且相对于其他类型的高效减水剂，聚羧酸高效减水剂可以明显改善混凝土的收缩性能，所以在一定程度上弥补自密实混凝土往往收缩较大的缺陷。因此，配置自密实混凝

10、土宜优先选用聚羧酸系高性能减水剂。根据实验数据来看，聚羧酸减水剂（固含量为20%）掺量一般在0.6%1.5%（以胶凝材料质量计）。（2）增粘剂 在混凝土中加入增粘剂会增加混凝土的粘性, 但有可能会导致混凝土通过钢筋间隙的能力降低 ，由此可见, 选择增粘剂时, 合适的粘度是重要的。3 自密实混凝土配合比设计方法 自密实混凝土设计宜采用绝对体积法，且必须考虑建筑物的结构条件、施工条件、环境条件和经济性。一般而言, 填充性、强度和耐久性是自密实混凝土配比设计的基本要求。3.1 自密实混凝土设计规范 目前SCC的配合比设计主要有三个标准: JGJ /T 283 2012，CECS 203 2006，C

11、CES 02 2004。各标准设计过程各有特色，设计时互有借鉴和验证。其共同点为: 各标准中仅配制强度fcu，o的计算方法相同，依据GJ 55 2011 计算; 另外使用除粉煤灰和矿渣微粉外的其他矿物掺合料如硅灰等时，未给定影响系数。CCES 02 的设计方法和步骤与JGJ /T 283 大致相同，区别在于: 计算粗骨料质量采用松散体积( 0 5 0 6m3 ) 和堆积密度计算。CECS 203 的优势在于给出了很多关键参数的取值范围，有利于计算结果的复核，但对配合比设计的经验要求较高，如用水量、水粉比均需依据经验选择。水粉比的选择会在一定程度上限制水胶比的范围，可通过先计算水胶比，然后根据选

12、择的用水量，得出胶凝材料总量后，再计算水粉比这样的方法弥补，且水粉比较低时，可通过掺加惰性掺合料来弥补粉料。 综合以上分析可以看出，自密实混凝土的配合比设计方法各有千秋，因此，设计时可以采用一种方法为主，然后相互借鉴、验证或比较，从而计算出更合理的配合比，提高设计的科学合理性，减少试拌次数，有效提高实验效率。3.2 试拌混凝土调整方法各种调整方法及检测性能见表1。3.3 自密实混凝土设计举例 根据本人参加第三届全国大学生混凝土材料设计大赛为例，大赛主题为C50自密实混凝土，要求扩展度为650mm750mm,J环差值为2550mm，环境要求为抗渗，抗冻融环境。 根据大赛题目要求，经综合分析，最终

13、决定复掺30%II级粉煤灰和20%S95矿粉，增加密实度，提高抗渗性能抗冻性能，外掺1.0%苏博特聚羧酸高性能减水剂(固含量为23.8%)，此减水剂具有引气作用，提高抗冻性能。 最终各材料配合比如下（按照15L体积）： 水泥：II级粉煤灰：S95矿粉:砂子：石子：= 外加剂： 关键参数：水胶比：0.34 砂体积分数：0.425 砂率：48.7% 石子体积分数：0.31 外加剂掺量：1.0% 最终实验效果：扩展度730mm，J环差值10mm，粘聚性好，无泌水，无离析，非圆角。表1 自密实混凝土试拌调整方法Table 1 Test properties and methods for adjust

14、ing SCC4 自密实混凝土工作性能测试方法与评价指标4. 1 工作性能测试方法 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。各种测试方法及检测性能见表2。表2 自密实混凝土工作性测试方法及检测性能Table 2 Test properties and methods for evaluating SCC4. 2 工作性评价指标 到目前为止还没有一种单一的方法或者是将2 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

15、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2 种以上的方法进行测试得到，如扩展度与J环结合。5 硬化自密实混凝土性能5. 1 匀质性 自密实混凝土相对普通混凝土有更好的均匀性。5. 2 力学性能 自密实混凝土配合比设计中低水胶比、高胶凝材料用量以及超塑化剂的使用会对自密实混凝土的力学性能产生影响。5. 2. 1 抗压强度与抗拉强度 与水胶比相同的普通混凝土相比, 自密实混凝土的抗压强度略高, 由于胶凝材料浆体体积对抗拉强度影响不大,自密实混凝土的抗拉强度可偏安全地按普通混凝土取值。5. 2. 2 弹性模量 一般认为由于粉体材料用量较大

16、, 砂率较高,自密实混凝土的弹性模量比普通混凝土有所降低。当强度等级相同时, 自密实混凝土的弹性模量并不比普通混凝土低。5. 2. 3 收缩徐变性能 混凝土收缩徐变是混凝土结构中的基本问题之一, 影响混凝土结构的长期使用性能。超静定结构的发展与部分预应力理论的应用更促使收缩徐变影响的计算成为结构设计与施工控制不可缺少的内容。（1) 自密实混凝土的收缩徐变不仅与w / c 有关, 还与c/ p 有关。（2) 水泥品种对收缩变形没有影响, 但是对基本徐变及干燥徐变的影响不能忽略。（3) 自密实混凝土收缩徐变值不会比普通混凝土大, 因此, 在工程结构中不须采取额外的措施来考虑自密实混凝土收缩、徐变对

17、结构的影响。5. 2. 4 粘结性能 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要比普通混凝土的好。6 预制自密实混凝土生产 通常工厂生产混凝土预制构件, 可以用干硬性混凝土, 通过加强振动等工艺方法而获得密实的混凝土。但如果是厚度较薄、密集配筋的制品, 用普通混凝土就难以获得填充性能优良的混凝土制品。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其用于预制混凝土建筑构件的生产。自1999 年以来, 在荷兰已有20 多家生产企业将之应用于混凝土预制建筑构件的生产。至2002 年其产量达到25 万m3, 2004 年

18、达到80 万m3。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。而且所生产的预制混凝土制品的性能和外观得到很大的提高。 随着我国基础建设规模的不断扩大，混凝土的用量越来越大，同时对混凝土的要求也越来越高。近年来，我国高性能自密实混凝土技术发展迅速，高强、免振捣混凝土已在大量工程中应用。为满足建筑物大跨度、重载和节约空间、降低施工造价以及提高耐久性要求，混凝土的平均强度已由原来的C25 提高到C40，而且还在不断提高，C60 及C80甚至更高强度等级的混凝土已经在很多工程中使用。7 自密实混凝土应用实例7.1 在民用建筑中的应用

19、当代民有建筑正在向着超高层、构形复杂、密集配筋等方向发展, 此外, 文明施工要求尽量降低噪音, 避免振动扰民等问题, 这些传统混凝土施工无法满足的问题, 都可以通过SCC 的应用来有效解决。 沈阳远吉大厦工程 沈阳远吉大厦工程为地下2 层, 地上27 层, 局部28 层,高96m, 地下2 层至地上5 层为钢管混凝土叠合柱, 钢管内芯浇筑C100、C80 混凝土, 钢管外围为C40 混凝土。该工程由辽宁省建筑设计院林立岩大师设计, 由沈阳华强集团施工, 混凝土由沈阳华兴混凝土有限公司供应。C100 高性能混凝土要求免振、超大流动、自密实、低收缩、低徐变、高弹模。选用/ 双掺0技术路线, 采用4

20、2. 5 级P# II 水泥, 掺加掺合料和特种泵送外加剂, 选用粒形好的石灰石作粗骨料, 普通河砂配制出C100 混凝土, C100 混凝土初始坍落度达250- 260mm, 扩展度达600- 650mm, 经4h- 4. h 静停后, 其保塑性仍非常优异, 坍落度保留值和扩展度与初始变化不大, 混凝土拌合物的倒置坍落度筒排空时间也充分说明该混凝土的流动性好, 工作性好, 不泌水, 不离析, 不浮浆, 也没有抓底现象, 混凝土拌合物如黑色油状物, 其凝结时间为8- 10h, 混凝土达终凝后即产生强度, 第二天混凝土有相当高的早期强度, 3、7、28 天强度发展也很快。7.2 在水利工程中的应

21、用 随着我国水利水电等大型基础设施的蓬勃发展, 对混凝土这种传统材料的技术要求也日益提高, SCC 因其自身独特的性能也越来越展现出强大的生命力。 长江三峡工程左岸左厂坝引水压力钢管由青云水利水电联营公事承建的长江三峡工程左岸左厂坝引水压力钢管直径达12. 4m, 底部由于配筋密集, 常规混凝土不易振捣, 工程通过外加剂的优选以及配比优化, 采用江苏省建筑科学研究院研制的适合于自密实混凝土专用的外加剂成功地配制出并应用了经济而性能优异的自密实高性能混凝土。见图1。图1 长江三峡工程7.3 在桥梁和隧道工程中的应用 在公路和桥梁的建设中, 有的部位的混凝土浇筑振捣难以进行, SCC 的应用完全可

22、以从材料的角度解决混凝土施工的难题, 这一类型的结构比较突出的有隧道衬砌部位及近年来比较流行的系杆拱桥。(1) 福建万松关隧道衬砌 万松关隧道地处福建省漳州市万松关口之下, 二次补砌混凝土设计总数量为25000 立方米, 设计衬砌断面为圆拱形,衬砌厚工为35 50cm, 浇筑最大高度为85m, 混凝土中配筋密集, 施工时工作面小、振捣困难。针对以上特点, 隧道二次衬砌采用自密实混凝土。(2) 日本明石海峡大桥明石海峡大桥是于1998 年4 月建成的世界上最长的悬索桥, 这座大桥架设在神户市和淡路岛北端之间的明石海峡上, 大桥全长3 910 m, 中央支距长1 990 m。该桥的2 个锚锭分别用

23、了24 万m3 和15m3 强度为25 MPa 的自密实混凝土。该桥通过采用自密实混凝土施工新技术, 使两个锚锭的施工从2. 5 a 缩短到2 a, 缩短工期20% 。见图2。图2 日本明石海峡大桥8 结论与展望8.1 自密实混凝土存在的问题的探讨 依靠现今的高性能外加剂以高性能矿物外掺料技术,在实验室配制SCC 并非难事。然而在实际使用过程中所暴露出来的种种问题, 还需要研究人员和工程技术人员的共同努力来解决, 比较突出的有:（1）国内现有的关于SCC 混凝土的配合比设计方法尚缺乏对不同设计、施工要求以及使用不同外加剂情况的综合考虑, 并且仍然缺乏关于SCC 的实验室及现场评估的科学简便的试验评判方法和统一的标准, 以及相应的施工指南;（2）SCC 所用的外加剂缺乏相关的标准, 给应用带来了较大的困难;（3）尽管SCC 硬化混凝土的性能与普通混凝土相比没有明显区别, 然而在混凝土早龄期的收缩和开裂较普通混凝土显著, 如何采取有效措施避免其早期收缩开裂, 是全世界SCC 研究领域所密切关注而并未有效解决的重大问题;（4）原材为的质量控制要求较高, 粗骨料的粒径、形状、砂的级配、砂含水率的波动都会极大地影响SCC 混凝土的流动性和抗分离性能, 如何在工程中进一步严格控制原材料的性能, 是保障SCC 性能的关键; 上述存在的