自密實混凝土優(yōu)點及推廣意義

自密實混凝土的優(yōu)點及推廣意義1前言 自密實混凝土是20世紀70年代初由前西德發(fā)明并首先應用于工程的。這種混凝土在日本得到極其迅速的發(fā)展,到20世紀90年代中期,日本已生產自密實免振搗混凝土80萬m3。從20世紀80年代末開始,我國高強混凝土的應用開始普及;到90年代中期,在研制高性能混凝土及高性能外加劑的基礎上,越來越多的高強混凝土脫離了單純高強的范疇,而轉向高耐久性,大流動性,超高度泵送,自密實不振搗等高性能混凝土。自密實混凝土的主要特點是無須振搗而能自密實。在實際施工中自密實混凝土消除了澆筑混凝土時的振搗噪聲,提高了施工速度和質量,實現(xiàn)了混凝土澆筑的省力化;為改善和解決過密配筋、薄壁、復雜形體、大體積、鋼管混凝土施工,高、深、快速施工,水下施工,以及具有特殊要求、振搗困難的工程施工條件帶來了極大的方便。2自密實混凝土配合比設計 自密實混凝土配制的技術路徑,既要考慮施工時(新拌狀態(tài)下)的高流動性,同時又要照顧到混凝土硬化以后的耐久性,即密實性。換句話說,就是要平衡好新拌狀態(tài)下混凝土的高變形能力與高抗材料離析性之間的關系,尤其在配有鋼筋的狹小區(qū)域,混凝土的流動性要求和防止粗骨料被阻塞的要求更高。日本的主要做法是,先做水泥漿和砂漿試驗,主要目的是檢查超塑化劑、水泥、細骨料和火山灰材料的性能和密實能力,然后再做SCC試驗。該方法的優(yōu)點在于,可以避免在混凝土上重復同一種質量控制,這種質量控制既費時又費力。但該種方法亦有其缺點:一是在拌制SCC前,需要進行水泥漿和砂漿的質量控制試驗,但許多施工單位和商品混凝土供應廠缺乏必要的試驗設備;二是這種配合比設計方法和試驗程序對于實際工程而言,顯得太過復雜。 瑞典水泥和混凝土研究會、中國大陸及臺灣的學者均提出了HPC的設計方法。臺灣提出的方法是填密拌合物設計算法,是從最大密度原理和超砂漿理論推導出來的,但無從知道該方法和混凝土通過鋼筋間隙與抗離析能力方面之間的關系。大陸的研究表明,如果混凝土中的水泥漿過少,則不僅影響混凝土通過鋼筋間隙的能力,而且影響抗壓強度。 配制SCC,原則是用水泥漿(膠凝材料)填充骨料骨架的間隙。計算步驟是依次計算:粗、細骨料用量;水泥用量;按強度推算水泥需要的拌合用水量;粉煤灰及礦渣灰摻量;SCC中需要的拌合用水量(水泥、粉煤灰、礦渣灰用水量之和);減少劑用量;根據(jù)骨料的含水率調整SCC中的拌合水用量。計算出配合比后,進行試配和性能測試試驗。3自密實混凝土性能評定 根據(jù)SCC的特點,在試配和生產中應作到:良好的流動性,即在自重作用下能夠自流平、自密實;具有良好的材料勻質性和穩(wěn)定性,在流動狀態(tài)下不泌水、不起泡、無粗骨料離析現(xiàn)象;硬化后體積穩(wěn)定性好,不產生收縮裂縫,盡量避免內部缺陷。具體而言,評定SCC質量的要素有:較大變形能力,抗離析能力,鋼筋之間的通過能力。此外,根據(jù)自密實混凝土的耐久性要求,還應評價混凝土硬化期的抗?jié)B性,由于評定內容和手段與常規(guī)混凝土大致相同,故此處不再贅述。下面僅介紹新拌SCC的評定。 Okamura等開始配制SCC時,以為配制出這種混凝土會很容易,原因是水下不分散混凝土已在實際工程中應用。但由于水下不分散混凝土摻用大摻量增稠劑,使得離析問題得到嚴格控制,同時也阻止了水泥顆粒擴散到周圍水中。尤其值得注意的是,抗水洗水下混凝土不能應用于空氣中澆注成型的結構中,原因有兩個:首先,由于這種混凝土具有比較高的粘聚性,所以不能去除夾持在混凝土中的氣炮;其次,在有鋼筋的狹窄空間內實施振搗困難。所以,研究和評定混凝土的工作性很重要。 SCC的填充性對于其能否在自重作用下,即免振的情況下澆注到模板中的預想位置來說很重要。SCC稠度的評定,多數(shù)采用塌落度(或塌落流動度),但對于SCC不能僅靠塌落流動度試驗。日本的做法是廣泛采用V形漏斗試驗和U形填充能力試驗。在眾多評價自密實混凝土的試驗方法中,由Taisei小組提出的U型試驗是公認的最合適方法。但目前對于稠度試驗中和實際成型時的混凝土流動行為,還不能完全用動力學形式理解。 最初研究SCC的工作性機理時,Gumma大學的Hashimoto教授提出用可視化試驗。具體做法是用透明的聚合物材料代替水泥漿,板式成模板(內置水平或豎直的鋼筋,以評定SCC水平流動通過鋼筋間距的能力)、V形漏斗和U形填充試驗裝置(后兩者評定SCC豎直流動行為),這樣做既可以觀察到粗骨料的運動,又能獲取混凝土流動性的單評定指標值剪切應變速率。 歐洲有些國家的觀點,傾向于除了要測SCC的塌落度和塌落流動外,還需要利用BML稠度儀測剪應力。該裝置可與計算機連接,直接測定轉動力矩和回轉速度,然后分別根據(jù)理論公式換算成剪切應力和剪切應變速率。改變回轉速度,測定相應力矩,得到多組數(shù)據(jù)后,就可以確定賓漢姆模型中的應力-應變關系。 由此可以求出SCC拌合物的粘度系數(shù)和屈服應力值。這種裝置的優(yōu)點在于,將自密實混凝土的流變性和工作性結合在了一起。強調粘度測定的目的在于,工作性相同的混凝土,粘度高的混凝土在泵送施工中壓力損失會很大,所以需要通過試驗測定粘度。4自密實混凝土的應用及研究現(xiàn)狀4.1應用領域自密實混凝土工程應用的首例,是在1990年6月在日本用于一個樓房建筑中。隨后,SCC的應用范圍和使用數(shù)量日趨增加。4.1.1大體積混凝土 比較典型的工程應用實例是跨度為1990 m的日本明石海峽大橋(懸索橋),自密實混凝土用于該橋的錨碇施工中?；炷恋臄嚢枋窃谑┕がF(xiàn)場旁邊的攪拌站進行的,然后通過導管泵送輸送到距攪拌站200 m的混凝土澆注現(xiàn)場,混凝土的輸出是靠在導管上按等間距布置的閥門控制的。該工程中使用的自密實混凝土,粗骨料最大粒徑40 mm,混凝土落距3 m,盡管有大粒徑粗骨料,但無離析現(xiàn)象。最后的比較分析表明,自密實混凝土的使用將錨碇施工工期縮短了20%,即由2.5年縮短為2年。4.1.2隧道 在國外,自密實混凝土已經(jīng)用于一些隧道的施工中。例如,在日本Kobe修建的水底隧道;1998年竣工的瑞士水利電力項目Cleuson Dixence中,隧道長15 850 m,斜井共3 920 m長,總共使用了73 000 m3的SCC填充在巖石與鋼襯之間,作為混凝土襯砌;1999年開工的Loetschberg鐵路隧道長34 642 m,共使用了800 000 m3的SCC。4.1.3水下自密實混凝土 鑒于水下混凝土結構排水施工的困難性,以及有些結構處于易于被蝕的工作環(huán)境下,所以發(fā)展水下自密實混凝土是SCC研究和應用的一個廣闊領域。目前，仍處于研究當中。4.2自密實改良技術4.2.1鋼纖維自密實混凝土 在自密實混凝土中使用鋼纖維,提供了一種實現(xiàn)混凝土生產工業(yè)化、提高生產率的方法,并兼有免振及減少鋼筋配置所帶來的正面效應,鋼纖維增強自密實混凝土(簡稱SFRSCC)可用于樓房中的墻及樓板。鋼纖維自密實混凝土試驗研究的重點是,在SCC中摻加鋼纖維對于新拌混凝土和易性以及硬化混凝土韌性(韌性決定了總體的承載能力以及裂縫的分布特性)的影響。 在自密實混凝土中使用鋼纖維作為增強材料,要適當調整配合比。鋼纖維對拌合物工作性的影響與鋼纖維的使用數(shù)量、纖維形態(tài)因素、拌合物的稠度有關。摻加鋼纖維使SCC能通過的鋼筋間距增大。對于SFRSCC工作性的評定,需要用多種儀器和方法綜合進行較為合適。 另外,和經(jīng)過振搗的普通混凝土相比,鋼纖維自密實混凝土的韌性并不低,測出的韌性相當于或者好于普通的纖維增強混凝土。纖維的方位受混凝土流向以及纖維是否較好地分布的影響。決定鋼纖維混凝土力學性能的最重要參數(shù)是它的韌性。對于使用有限的纖維數(shù)量的鋼纖維混凝土而言,用來表示 材料特征的其它性能,比如抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、收縮率、徐變等等,幾乎是與素混凝土差不多的。鋼纖維混凝土的設計規(guī)則是以其韌性為基礎的。它的韌性作為定義材料的一個性能指標,也用來計算承載力或者裂紋分布。從設計準則來看,鋼纖維自密實混凝土與鋼纖維混凝土在韌性方面并沒有很大的不同,所以用于設計鋼纖維混凝土結構的設計方法對于鋼纖維自密實混凝土同樣適用。當然,和鋼纖維混凝土一樣,鋼纖維自密實混凝土的韌性仍是需要進行試驗的。 還有很多方面需要更進一步的研究,比如尋找一種對鋼纖維自密實混凝土最優(yōu)的配合比設計模型,混凝土早期的一些性能如徐變、收縮及溫度發(fā)展,交界面的粘結性能,各種填充劑及外加劑的影響等等。4.2.2自密實高強混凝土 SCC的研究和應用多數(shù)集中在普通強度等級。通過采用低水膠比(小于0.30)、摻加粉煤灰或硅粉、控制流展度等技術手段,可以配制出C100的大流動度混凝土,這樣既做到高強,又能獲得大流動度的混凝土。這些研究的成果,可以作為發(fā)展自密實高強混凝土能夠借鑒的經(jīng)驗。4.2.3SCC用于預制法施工 絕大多數(shù)有關SCC的研究和應用實例是用于現(xiàn)澆結構。利用SCC預制混凝土構件,即體現(xiàn)著混凝土施工方法的發(fā)展方向,換句話說,現(xiàn)澆預制SCC預制的發(fā)展軌跡,體現(xiàn)著混凝土逐步實現(xiàn)工業(yè)生產、不斷提高生產效率。并且,由于無需振搗或其它致密措施,極大地降低了因混凝土施工而帶來的噪音,為這種施工可行性提供了一定依據(jù)。4.5鋼結構建筑防腐蝕問題 鋼材在潮濕環(huán)境中,特別是處于有腐蝕性介質的環(huán)境中容易銹蝕,因此鋼結構的防腐成了影響結構安全性的重要問題,鋼結構住宅中衛(wèi)生間應是處理的重點。泰和16號樓是采用遠大鈴木的整體浴室系統(tǒng),即利用鋼梁的高度,采用整個衛(wèi)生間的樓板下沉設計,這樣既不會影響樓下住戶的衛(wèi)生間凈高,同時還滿足了住宅設計規(guī)范中衛(wèi)生間橫管應在本層內解決的要求,可以減少上下層住戶之間的糾紛。采用整體浴室既可以解決因衛(wèi)生間滲漏造成對鋼構件的腐蝕問題,同時還可以做到與二次裝修的銜接,即土建施工時僅完成底板施工,整體浴室可以由住戶根據(jù)自己的要求向廠家定制,滿足業(yè)主多樣化的使用要求。5結論 與常規(guī)混凝土相比,自密實混凝土具有自流平、密實度高、縮短工期、減少人力投入等優(yōu)點。 由于自密實混凝土不需要振搗,因此可以降低由振搗導致的混凝土離析等問題,同時由于其自密實的特性,對模板工程、鋼筋工程、支撐工程等均有新的要求。 目前自密實混凝土的研究和應用還處于初期階段,在配合比設計、性能評定、質量控制施工技術等方面均有待試驗和理論方面的深入研究。 自密實混凝土目前屬于”特種混凝土,”在實際應用中還不是十分普及,主要應用于水下混凝土施工、大體積混凝土以及隧道工程等混凝土工程,在未來具有廣闊的應用前景。參考文獻1劉數(shù)華.自密實混凝土綜述J.建筑技術開發(fā),2004,31(7):118-120.2吳紅娟.自密實混凝土及其工作性評價J.武漢工業(yè)學院學報,2004,23(2):68-72.3楊家惠.自密實混凝土的試配及其在工程中的應用J.工程質量,2004(12):45-47.4羅素蓉.自密實高性能混凝土力學性能的研究與應用J.工程力學,2005,22(1):164-169.4參