自密实混凝土的制备与性能研究

自密实混凝土的制备与性能研究

赵树成

中铁十四局集团隧道工程有限公司山东济南250000

摘要：与普通混凝土相比，自密实混凝土无需振捣，依靠自身重力密实成型，具有施工方便、无噪声污染等优点，在工程建设中的应用越来越广泛。自密实混凝土依靠自身重力作用充满模板，密实成型并获得良好性能，因此良好的工作性能是制备自密实混凝土的基础。工作性能不仅影响混凝土的施工与成型，也会影响混凝土的微观结构，进而影响混凝土的力学性能和耐久性能。

关键词：自密实混凝土；制备；性能

1自密实混凝土制备技术

鉴于自密实混凝土的高流动性和高体积稳定性要求，其组成较普通混凝土更为复杂。除水泥、砂石、外加剂等基本组成外，还包括膨胀组分、粘度改性组分、超细粉体组分等多种组分，因而自密实混凝土配制技术较普通混凝土考虑因素更多。性能优异的自密实混凝土应当同时具有高流动性、高间隙通过性、高填充性和高抗离析性，这要求自密实混凝土各组成参数需达到最佳组合。根据流变学理论，新拌自密实混凝土属于典型的宾汉姆流体，满足以下流变方程：

τ=τ0+ηγ，

式中：τ为剪切应力；τ0为屈服剪切应力；η为塑性粘度；γ为剪切速度。

τ0是阻止混凝土塑性变形的最大应力，当剪切应力τ小于τ0时，混凝土拌合物不产生流动；当剪切应力τ超过τ0时，混凝土拌合物才能产生流动。而塑性粘度η反映混凝土拌合物粘度和流动速度，η越小，混凝土拌合物流动速度越快，反之亦然。对于普通混凝土而言，通过机械振捣作用来降低τ0，使振动影响区内的混凝土液化而密实成型；自密实混凝土则是通过水胶比、砂率的调控以及外加剂、粉体材料和粗细骨料的组合，来控制τ0在适宜范围，使得混凝土拌合物在具有较低的屈服剪切应力的基础上，又具有足够的塑性粘度，保证骨料能悬浮于水泥浆中，不出现离析和泌水问题。

自密实混凝土制备技术的关键就是要合理协调各配制参数的关系，实现各组成参数的最优组合，一般来说，以下几方面因素是制备自密实混凝土的关键：

1.1矿物掺合料

自密实混凝土浆体总量较大，如果单用纯水泥会引起混凝土早期水化热较大、混凝土收缩较大，不利于混凝土体积稳定性和耐久性。自密实混凝土的矿物掺合料，主要包括磨细石灰石粉、硅灰、粉煤灰以及磨细矿粉，后两种在我国应用较为普遍。大掺量矿物掺合料，可以增强混凝土拌合物的流变性，同时较大程度降低拌合物水化热，减小混凝土的温升，减小由温度应力而引起的开裂。

1.2多功能高效外加剂

多功能高效外加剂是配制自密实混凝土的核心技术，与普通混凝土所用的外加剂相比，自密实混凝土所用的外加剂更加强调多组份复合或者是多功能叠加。目前在工程中应用较多的是复合型的多组份外加剂。

（1）高效减水剂。配制自密实混凝土的前提，必须有高效减水剂。高效减水剂一方面具有强分散作用，降低混凝土拌合物的屈服剪应力，改善其流变性；另一方面有效降低水胶比，保证硬化混凝土的力学性能及耐久性。目前高效减水剂的种类主要包括萘磺酸盐系列、磺化三聚氰胺系列、氨基磺酸盐系列和聚羧酸系列四大类。在我国应用较多的是前两类，尤以稳定性好，与水泥适应性广泛的萘系为主。

（2）其他组分。缓凝剂以保证实际的施工时间；引气剂以改善混合料的流变性和抗冻性；减缩剂以改善混凝土硬化过程中的体积稳定性；增稠剂以提高混凝土拌合物合抗离析的能力；膨胀剂补偿混凝土收缩，减少混凝土开裂的可能性等。多组份的复合和多功能的叠加，为自密实混凝土配制提供技术基础。

1.3粗细骨料

粗细骨料性能（包括骨料级配、颗粒尺寸、颗粒形貌、体积含量等）也是制备自密实混凝土的关键。相对于普通混凝土，自密实混凝土中的粗骨料含量要低，而浆体含量较多，这样可以增加拌合物的流动性，减少骨料在通过间隙时发生堵塞的几率。自密实混凝土各组分粒径应力求满足“最大堆积密度理论”，这就要求骨料首先要实现最大密实度，保证骨料间需填充空间为最小，在较低的胶材用量下，能够形成足够多的浆体量以使拌合物获得高的流动能力。

2自密实混凝土的性能分析

2.1自密实混凝土性能要求

自密实混凝土拌合物对流动性、填充性、间隙通过性和抗离析性都有较高的要求，其各项性能指标应按表1严格控制。

表1自密实混凝土主要性能指标

要求内容性能指标

坍落扩展度/mm700±50

扩展时间T50/s2～6

含气量/%2～5

入模温度/℃5～30

泌水率0

塑性膨胀率0～1

障碍高差/mm＜18

为了满足自密实混凝土的特殊要求，其配合比的设计应满足如下基本要求:1)自密实混凝土配合比的设计必须满足填充灌注施工流动性的要求。2)不同工程所用的自密实混凝土应充分考虑填充层厚度、结构特点及环境温度进行设计，确保力学性能、体积稳定性和耐久性。3)自密实性能指标应满足装配式柱脚结构的要求。4)配合比的设计应考虑水胶比对自密实混凝土强度的影响，同时考虑水灰比对自密实性能的影响。

2.2自密实混凝土试配及拌合物试验

为了保证自密实混凝土的工作性能，使用施工采购原料进行试配。由于工程要求混凝土强度一定，则配合比设计时将水灰比和骨料用量保持定值，仅改变减水剂、增稠剂和改性剂的掺量，配制4种混凝土，并检测不同配比混凝土的力学性能，见表2，表3。

表2自密实混凝土试验配合比

试验结果表明:对于装配式结构柱和基础顶板的灌注连接，4种自密实混凝土坍落扩展度均可保证混凝土能填充整个底板，但若混凝土坍落度过大，则容易出现浮浆现象，进而导致填充层混凝土粘结不紧密，失去灌注意义。综合考虑配比3的坍落扩展度可控制为约650mm，既保证了自密实混凝土的灌注填充要求，又能很好的控制拌合物工作状态。此外，从试验的离散情况来看，粗骨料的粒径和级配对自密实混凝土的材料强度至关重要，在原材料的质量上应严格把关。

参考文献：

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