【正文】 自密實混凝土和易性的研究試驗0. 緒論近年來混凝土工程不斷向大規(guī)?；?、復雜化、高層化方向發(fā)展，鋼筋混凝土體內配筋越來越復雜，施工難度很大，許多情況下由于混凝土困難造成工程質量難以保證；對于已有建筑、橋梁的加固工程等，往往更是難以用普通混凝土進行正常施工；同時城市建筑物施工因混凝土振搗引起的噪音也越來越成為需要解決的重要問題。為了解決以上問題，特別需要開發(fā)施工中無需振搗成型的自密實高性能混凝土。自密實混凝土源于高性能混凝土而高于高性能混凝土，是高性能混凝土的一個重要分支和發(fā)展方向。高性能混凝土(High Performance Concrete，簡稱HPC)是上世紀八十年代末一些發(fā)達國家基于混凝土結構耐久性設計提出的新概念的混凝土。經過若干年的發(fā)展，不同國家對高性能混凝土性能要求的側重點不同，美國學者對HPC著重于硬化后混凝土的性能，而日本人則重視新拌混凝土的工作性和自密實性。自密實混凝土( SelfCompacting Concrete, 簡稱SCC) , 指混凝土拌合物不需要振搗僅依靠自重即能充滿模板、包裹鋼筋,并能夠保持不離析和均勻性, 達到充分密實和獲得最佳的性能, 屬于高性能混凝土的一種。采用自密實混凝土可以提高混凝土質量、節(jié)約水泥、降低噪音、提高生產效率、節(jié)省勞動力、加快工程進度、改善工作環(huán)境、降低工程費用等。經過多年的研究與工程應用實踐, 在自密實混凝土的配合比設計、評估方法及工程應用方面取得了較好的成果[1~3]。北美和歐洲的一些HPC主要強調混凝土的高強度和耐久性，至于工作性，僅靠提高流動性來方便澆灌，但混凝土并不能依靠本身重力自由流淌填充模板的每個角落和所有鋼筋間隙，換言之，在施工過程中HPC仍然需要振搗或碾壓。相比之下，自密實混凝土具有更好的特性，除了基本的高流動性、良好的抗離析性外，在澆注過程中由于無需振搗而表現(xiàn)出顯著的自密實性，拌合物均勻密實，硬化后也能獲得優(yōu)良的力學和耐久性能[1]。目前，自密實混凝土已廣泛應用于各類工業(yè)民用建筑、道路、橋梁、隧道及水下工程、預制構件中，特別是在一些截面尺寸小的薄壁結構、密集配筋結構等工程施工中顯示出明顯的優(yōu)越性。在一些復雜結構中，加固建筑，以及大體積復雜結構中都有應用。從20世紀80年代末開始，我國高強混凝土開始應用，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。1996 年,北京城建集團構件廠研制的免振搗自密實混凝土獲得國家專利,成為SCC 成功運用于鋼筋混凝土結構的先例。尤其是最近一些國家標志性建筑比如國家大劇院，國家體育場，新北京南站都大量使用了自密實混凝土。對自密實混凝土的基本理論研究工作，如配制方法、施工技術、質量控制和混凝土硬化后的基本物理力學性能、耐久性能研究方面取得相當成就，在此基礎上中國土木工程學會于2004年實施的第一個自密實混凝土標準，規(guī)范囊括了自密實混凝土的配合比設計、結構設計、生產施工、質量驗收等方面，2006年中國工程建設標準化協(xié)會年頒布了《自密實混凝土應用技術規(guī)程》。同時，出現(xiàn)了自密實混凝土與其它技術(如纖維增強混凝土、自應力混凝土、鋼管混凝土)相結合使用的趨勢。甚至出現(xiàn)了一些可持續(xù)發(fā)展的新型自密實混凝土材料，自密實輕集料混凝土、自密實再生骨料混凝土、自密實廢棄輪胎混凝土等[26]。 研究意義自密實混凝土(Self Compacting Conctete 或SelfConsolidating Concrete 簡稱SCC)是指在自身重力作用下，能夠流動、密實，即使存在致密鋼筋也能完全填充模板，同時獲得很好均質性，并且不需要附加振動的混凝土。SCC的硬化性能與普通混凝土相似，而新拌混凝土性能則與普通混凝土相差很大。自密實混凝土的自密實性能主要包括流動性、抗離析性和填充性。每種性能均可采用坍落擴展度試驗、V漏斗試驗（或T50試驗）和U型箱試驗等一種以上方法檢測[7]。T1P1Tassions 1973 年從工程應用角度將工作性分解為流動性、可泵性、穩(wěn)定性、均勻性、易密實性和終飾抹面性等幾個方面[5] 。同一般大流動性混凝土相比,SCC 的工作性內涵有所擴大：（1) 高流動性:保證混凝土能夠繞過障礙物,充分填充模型內每個角落；（2) 高穩(wěn)定性:保證混凝土質量均勻一致,即不泌水,骨料不離析；（3) 通過鋼筋間隙能力:保證混凝土穿越鋼筋間隙時不發(fā)生阻塞；（4) 自充填性:是流動性、穩(wěn)定性和間隙通過性的最終結果。在“十五”國家科技攻關項目“新型高性能混凝土的研究和應用”的支持下，中國建筑材料科學研究院、武漢理工大學等單位對自流平混凝土組成和性能之間的關系進行了系統(tǒng)研究。眾所周知，配制混凝土首先要確定混凝土配合比。目前混凝土配合比設計的方法一般都是先計算，再試驗調整，因此，配合比計算是確定自密實高性能混凝土配合比的第一個環(huán)節(jié)。自密實混凝土配合比與普通混凝土配合比有很大差別，至今沒有形成統(tǒng)一的設計計算方法。在任何情況下都能通用的混凝土配合比是不存在的，但針對自密實高性能混凝土特點和規(guī)律的配合比計算方法應該是能夠找到的，探討自密實高性能混凝土配合比計算方法對自密實混凝土的研究和應用有著重要的意義。[17] 國內外現(xiàn)狀早在20世紀70年代早期，歐洲就已經開始使用輕微振動的混凝土，但是直到20世紀80年代后期，SCC才在日本發(fā)展起來。日本發(fā)展SCC的主要原因是解決熟練技術工人的減少和混凝土結構耐久性提高之間的矛盾。歐洲在20世紀90年代中期才將SCC第一次用于瑞典的交通網(wǎng)絡民用工程上。隨后EC建立了一個多國合作SCC指導項目。從此以后，整個歐洲的SCC應用普遍增加。80年代后半期,日本東京大學教授村甫開發(fā)了“不振搗的高耐久性混凝土”,稱之為高性能混凝土(High Performance Concrete)。1996年在美國泰克薩斯大學講學中,甫村稱該混凝土為自密實高性能混凝土(以下簡稱自密實混凝土self pacting concrete)。之所以稱為高性能,是因為具有很高的施工性能,能保證混凝土在不利的澆筑條件下也能密實成型,同時因使用大量礦物細摻料而降低混凝土的溫升,并提高其抗劣化的能力,而可提高混凝土的耐久性[1625]。自密實混凝土即拌合物具有很高的流動性而不離析、不泌水,能不經振搗或少振搗而自動流平并充滿模型和包裹鋼筋的混凝土。自密實混凝土綜合效益顯著,特別是用于難以澆筑甚至無法澆筑的部位,可避免出現(xiàn)因振搗不足而造成的空洞、蜂窩、麻面等質量缺陷。強度等級越高,比常態(tài)混凝土費用越低。自密實混凝土配制的關鍵是滿足良好的流變性能要求。自密實混凝土屬于高流動性混凝土的一部分。至1994年底,日本已有28個建筑公司掌握了自密實混凝土的技術。從日本1992～1993年各學會、技術刊物等發(fā)表的自密實的高性能混凝土在土木工程中應用實例來看,自密實高性能混凝土特別適合于澆筑量大、澆筑高度大、鋼筋密集、有特殊形狀等的工程。在西方也有不振搗的混凝土的應用,如美國西雅圖65層的雙聯(lián)廣場鋼管混凝土柱,28d抗壓強度115MPa?；炷翉牡讓又饘颖盟?無振搗。在美國為了保證混凝土的澆筑質量以保證鋼筋和混凝土的整體性,在密筋的鋼筋混凝土和幾何形狀復雜的結構中,也使用高坍落度而能自流平的混凝土,但強調仍需要適當?shù)恼駬v以確?；炷恋淖銐蛎軐?。近年來由于在日本不斷有采用自密實混凝土成功的工程實例,美國也開始注意該項技術。在我國北京、深圳、濟南等城市也開始使用自密實混凝土,從1995年開始,澆筑量已超過4萬m3。主要用于地下暗挖、密筋、形狀復雜等無法澆筑或澆筑困難的部位、解決擾民問題、縮短工期等。自密實高性能混凝土的獨特優(yōu)點，近年來引起了國內研究者的興趣。國內的一些研究機構和高等院校對自密實高性能混凝土的材料和結構性能進行了研究，取得了可喜的成績。國內外研究者們按照預定的目標，根據(jù)試驗、經驗和一定的數(shù)學方法提出了一些配合比，這些配比比較零散，而且研究者一般只對配合比的設計提出一些原則而較少對配合比的由來加以介紹。由于原材料和配制工藝以及工作性評價方法的差異，人們得到的配合比數(shù)據(jù)差異較大，進行試驗驗證時復演性差。臺灣有人根據(jù)最大密度理論和富余漿體理論提出了密實拌合物計算法則，但是該方法和混凝土拌合物通過鋼筋的能力或抵抗離析的能力之間的關系還未見報道。從大陸自密實高性能混凝土研究的文獻上看，自密實混凝土配合比計算方法一般有兩類：直接引用高性能混凝土配合比計算的一些方法和固定砂石體積含量的計算方法。下文將對采用高性能混凝土配合比計算的一種方法—全計算法和固定砂石體積含量法計算自密實高性能混凝土配合比進行簡單的介紹和計算對比。近年來混凝土工程不斷向大規(guī)模化、復雜化、高層化方向發(fā)展，鋼筋混凝土體內配筋越來越復雜，施工難度很大，許多情況下由于混凝土困難造成工程質量難以保證；對于已有建筑、橋梁的加固工程等，往往更是難以用普通混凝土進行正常施工；同時城市建筑物施工因混凝土振搗引起的噪音也越來越成為需要解決的重要問題。為了解決以上問題，特別需要開發(fā)施工中無需振搗成型的自密實高性能混凝土。自密實混凝土(SelfCompacting Concrete，簡稱SCC)，是指在澆筑過程中無需施加任何振搗，僅依靠混凝土自重就能完全填充至模板內任何角落和鋼筋間隙的高性能混凝土。與普通混凝土相比，單從混凝土經濟方面考慮，因自密實混凝土外加劑比普通泵送混凝土要求高，而前者水泥用量大幅度降低；對C35級而言，二者造價基本相當[6]。對C35級以上自密實混凝土而言，因隨混凝土強度等級的提高，二者水泥用量相差較大，而混凝土外加劑造價差減小以至持平。故：高等級自密實混凝土造價并不高。即使C30級自密實混凝土，因其簡化施工工序，可節(jié)省人工費6元/m3,再加上縮短工期，提高耐久性能，消除噪音等，綜合效果顯著。自密實混凝土具有以下幾個優(yōu)點[10]：（1）自密實混凝土具有卓越的流動性和自填充性能，能夠通過鋼筋密集、結構截面比較復雜的工程部位，填充密實，且不離析、不泌水，確保較高的均質度，從而保證其工程質量，提高了混凝土結構的耐久性，解決不易或無法實施振搗作業(yè)構件的澆筑問題：（2）與使用機械振搗密實的混凝土相比，自密實混凝土免去振搗工序，依靠自重成型密實，降低了施工噪音，改善了施工環(huán)境和現(xiàn)場周邊環(huán)境，有利于環(huán)保；（3）使用自密實混凝土能提高澆筑速度，大大簡化了混凝土結構的施工工藝，提高施工效率和施工質量，縮短施工工期；（4）使用振動密實工藝需要一定數(shù)量的設備和技術熟練工人，而自密實混凝土可以改善這一現(xiàn)狀，節(jié)約施工成本和節(jié)省勞動力，且混凝土強度等級越高，與普通混凝土相比，節(jié)約成本越高。由于自密實混凝土的諸多優(yōu)點, 其應用前景非常廣闊, 但由于開發(fā)與應用的歷史較短。尚有一些問題及內容需要進行更深入的研究:(1) 早期收縮問題。由于自密實混凝土水膠比較低、膠凝材料用量較高, 使得混凝土早期的收縮較大, 尤其是早期的自收縮。目前的研究主要集中于考察自收縮率的影響因素及其程度上, 而在自收縮的收縮機理、計算公式及檢測方法上尚需進一步研究。(2) 配合比設計方法。自密實混凝土對工作性要求較高, 配合比計算涉及的因素較多, 至今沒有形成統(tǒng)一的設計計算方法。隨著計算機的普及, 在大量試驗的基礎上, 考慮各種因素對SCC 的工作性和力學性能的影響, 以及經濟性, 應用計算機進行配合比優(yōu)化設計將成為可能。(3) 物理力學性能和耐久性能的認識。自密實混凝土的施工性能已得到了比較充分的研究, 但是在摻入大量的高效減水劑后, SCC 的物理力學性能和耐久性能是否發(fā)生變化及其變化規(guī)律, 目前還不是十分了解。(4) 自密實混凝土的抗震性能。這是混凝土結構設計中的一個重要問題, 值得更深入的研究。如果在其中摻入纖維增強材料制成纖維增強自密實混凝土, 將會在結構抗震中發(fā)揮重要作用。(5) 經濟性問題。自密實混凝土的材料成本要略高于普通混凝土, 這也成為應用SCC 的主要障礙。但是SCC 具有普通混凝土無法比擬的優(yōu)良性能, 應將SCC 與環(huán)境保護、生態(tài)保護和可持續(xù)發(fā)展結合起來綜合考察其經濟指標, 盡快推動SCC 在我國的廣泛應用。到2004 年日本自密實混凝土總使用量已超過250 萬m3,并且在混凝土制品中的應用有逐年增加之勢。其中較典型的工程應用是跨度為1990m 的明石海峽大橋( 懸索橋) , 由于采用自密實混凝土施工, 年縮短為2年, 縮短工期20%。另一實例為Osaka Gas Company 的大型液化天然氣池的池壁, 用SCC 澆筑施工時間從22 個月減至18 個月, 混凝土施工人數(shù)從150 人減至50