羅 偉 李翅翔

中國水利水電第十一工程局有限公司（450001）

0 前言

自密實(shí)混凝土是近十幾年發(fā)展起來的一種以高工作性為顯著特點(diǎn)的高性能混凝土。顧名思義，自密實(shí)混凝土是指具有高的流動(dòng)性、間隙通過性和抗離析性，澆筑時(shí)僅靠其自重作用而無需振搗便能均勻密實(shí)成型的高性能混凝土。其是在較低水灰比條件下，通過使用復(fù)合高效減水劑等外加劑和礦物細(xì)摻料配制而成，比一般流態(tài)混凝土的流動(dòng)性好，具備更良好的抗分離性、填充性、優(yōu)良的穿越稠密鋼筋間隙性能的新型材料[1]。

由于混凝土黏聚性好、無需振搗、不易離析,保證了混凝土的耐久性,可降低噪聲，減少環(huán)境污染,節(jié)省勞動(dòng)力,加快施工進(jìn)度,應(yīng)用于難以澆筑甚至無法澆筑的部位, 可避免振搗不足而造成的空洞、蜂窩、麻面等質(zhì)量缺陷。因此自密實(shí)混凝土的研究和推廣應(yīng)用得到各個(gè)國家的特別關(guān)注。

20 世紀(jì)80 年代后半期，日本東京大學(xué)教授岡村甫首次提出并開發(fā)了不振搗的高耐久性混凝土，并于20 世紀(jì)90 年代將免振搗自密實(shí)混凝土成功應(yīng)用于工程實(shí)例。

在我國20 世紀(jì)90 年代，清華大學(xué)開始進(jìn)行自密實(shí)混凝土的研究，之后我國內(nèi)不少機(jī)構(gòu)對(duì)自密實(shí)混凝土開展了研究并取得了豐碩成果。

1 自密實(shí)混凝土配合比試驗(yàn)研究

某市政工程橋梁墩柱上部支承墊石尺寸較小，設(shè)計(jì)要求先固定支座承壓鋼板，再立模澆筑，導(dǎo)致立模后模板與鋼板間隙只有約10 cm，澆筑部位位置狹小，振搗設(shè)備根本無法實(shí)施振搗，且處于城市居民密集地帶，綜合權(quán)衡只能采用自密實(shí)混凝土進(jìn)行澆筑。為便于澆筑,混凝土必須具備大流動(dòng)性，和易性良好,不泌水，不離析，且填充飽滿，保證混凝土體積穩(wěn)定性。自密實(shí)高性能混凝土是在較低的水膠比下不經(jīng)振搗僅靠自重就能填充到復(fù)雜模型的各個(gè)角落，具有均勻、自密實(shí)成型的性能，又保證混凝土硬化后具有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐久性能，因此有必要對(duì)自密實(shí)混凝土的應(yīng)用進(jìn)行針對(duì)性試驗(yàn)研究。

1.1 原材料選擇

原材料的優(yōu)選對(duì)于自密實(shí)混凝土配制尤為重要。要使自密實(shí)混凝土達(dá)到預(yù)設(shè)的效果，首先要從原材料著手進(jìn)行優(yōu)化，這樣才能保證自密實(shí)混凝土的各項(xiàng)性能滿足施工和設(shè)計(jì)要求。

1.1.1 粗細(xì)骨料

經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)比，骨料的粒形、尺寸和級(jí)配對(duì)自密實(shí)混凝土拌和物的工作性, 尤其是對(duì)拌和物的間隙通過性影響較大。同時(shí)骨料含泥量及雜質(zhì)，會(huì)降低漿體和骨料的黏結(jié)力，影響混凝土力學(xué)性能和耐久性，增加混凝土需水量，使得混凝土坍落度損失較大，因此需要控制骨料含泥量和雜質(zhì)，且骨料品質(zhì)必須符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

粗骨料宜選用級(jí)配合理、粒形好、針片狀顆粒、含量少的潔凈石子，粒徑不宜過大，過大會(huì)限制混凝土間隙通過率，根據(jù)支承墊石的設(shè)計(jì)情況最大粒徑宜不大于10 mm。

細(xì)骨料宜選用級(jí)配良好、吸水率、孔隙率小的潔凈天然砂，細(xì)度模數(shù)宜在2.4～2.8。

1.1.2 摻和料

摻和料是自密實(shí)混凝土不可或缺的組成材料之一，摻用的目的是利用其物理效應(yīng)、填充效應(yīng)和火山灰效應(yīng)，來提高混凝土施工性，增強(qiáng)硬化混凝土強(qiáng)度，降低水化熱，降低混凝土早期水化溫升。常用的摻和料有粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉等。

粉煤灰由于其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)玻璃體球形狀態(tài)，因此摻入后不但可提高混凝土流動(dòng)性，還具有顯著的減水作用，可大大降低混凝土用水量。另外，粉煤灰的細(xì)度比水泥顆粒細(xì)，可填充水泥顆?？障?，增加混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。粉煤灰屬于活性材料，摻用后可延緩水泥水化放熱時(shí)間，避免出現(xiàn)早期溫度裂縫。應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)的Ⅰ級(jí)粉煤灰。

磨細(xì)礦渣粉具有較高的火山灰效應(yīng)，活性比粉煤灰高，因此摻入后可改善混凝土硬化后的孔結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，其細(xì)度比粉煤灰還小，有著很大的比表面積，可填充粉煤灰間的空隙，改變混凝土的流變性能，增加混凝土密實(shí)度，提高自密實(shí)混凝土耐久性。應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)的S95 級(jí)磨細(xì)礦渣粉。

粉煤灰和磨細(xì)礦渣粉在自密實(shí)混凝土中復(fù)合使用可以起到一定的互補(bǔ)作用，發(fā)揮復(fù)合效應(yīng)。根據(jù)國內(nèi)外研究成果顯示，礦渣粉和粉煤灰相比活性高，礦渣粉的抗離析性差，粉煤灰的抗碳化性比礦渣粉差，但收縮小，因此在混凝土中采用合理的比例，可使用粉煤灰和礦渣粉發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，保證自密實(shí)混凝土的工作性、抗離析性及耐久性。

1.1.3 減水劑

合理選用優(yōu)質(zhì)高性能減水劑是自密實(shí)混凝土配制成功與否的關(guān)鍵。由于支承墊石混凝土要求的強(qiáng)度高，坍落度大，流動(dòng)性好，但坍落度大后，勢(shì)必帶來混凝土拌和物離析的趨勢(shì)，因此要選用性能穩(wěn)定、與水泥相容性好、對(duì)用水量不太敏感、減水效果好、不帶入或者少帶入有害大氣泡的高性能減水劑。根據(jù)室內(nèi)自密實(shí)混凝土試拌情況和現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工工藝試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有的減水劑含氣量不穩(wěn)定，有害氣泡過多，將導(dǎo)致混凝土在很短時(shí)間內(nèi)隨著大氣泡的破裂擴(kuò)展度損失較大，無法達(dá)到自密實(shí)的效果。有的減水劑減水率過高，導(dǎo)致減水劑對(duì)混凝土用水量十分敏感。在施工時(shí)混凝土的用水量及減水劑的計(jì)量稍有變化就會(huì)出現(xiàn)混凝土拌和物離析、扒地等現(xiàn)象，因此配制自密實(shí)混凝土?xí)r減水劑的選擇首先考慮減水劑的品質(zhì)穩(wěn)定性，且含氣量不能過大，一般以拌制的混凝土含氣量小于3%為宜。其次減水率宜控制在25%～30%，必須有良好的保坍效果。應(yīng)優(yōu)先選用聚羧酸高性能減水劑。

1.1.4 膨脹劑

自密實(shí)混凝土較同等級(jí)普通混凝土的膠凝材料用量大、砂率高，拌和物擴(kuò)展度大，若不采取適當(dāng)措施降低混凝土收縮變形，其開裂的概率比普通混凝土更高，因此摻入適當(dāng)?shù)呐蛎泟?，可補(bǔ)償混凝土硬化時(shí)的收縮。

1.2 自密實(shí)混凝土配合比試驗(yàn)

自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)主要參數(shù)有膠凝材料用量、水膠比、用水量、單位體積漿體量、單位體積粗骨料絕對(duì)體積等。

自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)主要是根據(jù)填充層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工工藝和環(huán)境條件所要求的性能，在滿足流動(dòng)性、間隙通過性、抗離析性和填充性的基礎(chǔ)上，綜合考慮硬化混凝土力學(xué)性能、體積穩(wěn)定性，平衡考慮配合比各參數(shù)間的相互關(guān)系和矛盾，經(jīng)合理試配，提出滿足施工要求的配合比。

綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)材料供應(yīng)情況和自密實(shí)混凝土性能要求，經(jīng)過室內(nèi)選擇調(diào)試，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)工藝性試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選出的自密實(shí)混凝土配合比及性能見表1～3。

表1 自密實(shí)混凝土配合比

表2 自密實(shí)混凝土拌和物性能

表3 自密實(shí)混凝土硬化后性能

2 自密實(shí)混凝土應(yīng)用效果

從工藝試驗(yàn)和澆筑效果來看，該配合比完全適用于支承墊石混凝土施工，澆筑效果十分理想，流動(dòng)性和保水性好、無離析。拆模后的墊石混凝土無裂紋或者裂縫，表面光滑密實(shí)，達(dá)到較為理想的效果。

3 自密實(shí)混凝土應(yīng)用注意事項(xiàng)

由于自密實(shí)混凝土對(duì)原材料波動(dòng)比較敏感，因此首先要保證進(jìn)場(chǎng)原材料的穩(wěn)定性，實(shí)行專倉專用。其次要加強(qiáng)對(duì)原材料的抽檢。

自密實(shí)混凝土應(yīng)采用配備有自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的強(qiáng)制式攪拌機(jī)在攪拌站集中拌和，原材料稱量誤差應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，以降低配合比波動(dòng)對(duì)自密實(shí)混凝土性能的影響。由于自密實(shí)混凝土組分較多，為保證混凝土的均勻性，拌和時(shí)間應(yīng)適當(dāng)加長，一般為180 s。

攪拌站與現(xiàn)場(chǎng)均需配置專職試驗(yàn)人員，每罐車混凝土需檢測(cè)混凝土的坍落擴(kuò)展度、T50、入模溫度和含氣量，技術(shù)指標(biāo)均滿足要求方可開始灌注。

自密實(shí)混凝土施工不僅取決于原材料和混凝土配合比的控制，還與施工工藝有密切關(guān)系，因此施工前均應(yīng)進(jìn)行澆筑工藝試驗(yàn)，以確定一套可行的施工工藝，同時(shí)可驗(yàn)證配合比的適用性，正式施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照該工藝進(jìn)行澆筑。

自密實(shí)混凝土膠材用量較大，一般都在500～600 kg/m3，硬化后收縮較大，容易出現(xiàn)裂縫，因此灌注完成后，應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)14 d 以上，最好采用土工布覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)的方式。

4 結(jié)語

自密實(shí)混凝土在某市政工程橋梁支承墊石的應(yīng)用，不僅保證了混凝土的耐久性,降低了噪聲，減少了環(huán)境污染,還節(jié)省了勞動(dòng)力,加快了施工進(jìn)度,對(duì)于鋼筋較密難以澆筑甚至無法澆筑的部位, 可避免因振搗不足而造成的空洞、蜂窩、麻面等質(zhì)量缺陷，因此其應(yīng)用前景非常廣闊。但是針對(duì)不同的澆筑部位，混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮各種指標(biāo)的綜合影響。施工時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以上注意事項(xiàng)，方能確保施工順利。