建筑工程中自密实混凝土的应用

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0前言

1824年，由英国著名工匠约瑟夫•阿斯普丁发明波特兰水泥，从此便进入了水泥混凝土时代。经过一个多世纪的发展，水泥混凝土已成为当今最主要的建筑材料之一。新世纪以来，建筑业的不断发展对水泥混凝土的要求越来越高，特别是超高层建筑、桥梁、港口码头等。1988年，日本东京大学岗村甫教授发明了无需振捣的自密实混凝土，在浇筑过程中全靠自重作用贯穿钢筋间隙从而充满模板空间，满足高性能混凝土对耐久性、施工性、适用性等的一般要求。随后，自密实混凝土技术逐渐由日本传播到世界各地，应用范围更为广阔。

1自密实混凝土特点及适用范围

1.1高流动性

自密实混凝土具有高流动性，在自重作用下均匀的流向模板，减少了振捣工作对人力、物力及资源的使用。陈春珍通过加入不同增粘剂的试验研究表明，增粘剂的掺入可以提高砂浆的自密实性，并与掺量的多少成正相关[1]。

1.2耐久性

混凝土耐久性研究是世界性的课题，自密实混凝土的耐久性影响的主要因素是各矿物掺和料[2-4]。普通混凝土界面上定向排列着大量Ca(OH)2及CaCO3，界面疏松降低结构强度，若混凝土拌合过程中有泌水产生，在骨料界面上造成渗透道路。掺入一部分矿物质的自密实混凝土替代了相应水泥，相应解决了泌水离析现象，加上火山灰反应解决了Ca(OH)2在界面上的富集与结晶定向排列，抗渗性能也相应比普通混凝土的提高。若加入高炉矿渣，能改善硫酸盐特性，掺入含磨细矿渣的混凝土不透水性和抗冻性良好。掺入不同的矿物超细粉，给混凝土内部结构带来影响不同，改善了水泥石与骨料间界面结构，提高自密实混凝土的耐久性。

1.3高填充性

自密实混凝土具有高流动性能够穿越钢筋充满模板，硬化后的混凝土表面质量非常高，模板的纹理和表面造型都能逼真的反应出来。能够浇筑形状复杂的结构简化施工程序。自密实混凝土高流动性及高填充性使得其主要适用于形状复杂或无需振捣的混凝土结构中，由于自密实混凝土抗裂性能较普通混凝土差，在大面积易产生裂缝的结构中使用时需进行优化试验后方可使用。

2自密实混凝土配合比设计方法特点

普通混凝土配合比由混凝土强度、砂率和单位用水量确定，借鉴于此，许多学者提出自密实混凝土的不同配合比设计方法。自密实混凝土发明者岗村浦教授采用固定砂石体积法，在满足强度的前提下，按工作性能要求设计自密实混凝土的配合比，并提出影响拌合物流动性的重要因素是粗骨料的体积含量和砂在砂浆中的体积含量。武汉工业大学陈建奎教授提出全计算法对自密实混凝土配合比进行设计，但该方法算出的砂率和浆集比都偏低，须进行改进后用于自密实混凝土配合比计算[5]。中南大学提出改进全计算法，将固定砂石体积含量计算法运用其中，把水胶比与浆体体积联系起来，计算简单明确[6]。台湾云林科技大学苏南教授提出简易配合比设计法，用较大的混凝土砂率和较少量的胶凝材料，提高浇筑中混凝土的流动性，但这种配合比下，骨料用量相对较少，直接影响混凝土耐久性[7]。浙江大学提出骨料比表面法，将富余浆量理论应用于研究，并建立骨料用量、孔隙率及比表面积之间的富余浆量计算模型[8]。

3自密实混凝土应用技术规程

2006年我国第一本自密实混凝土标准《自密实混凝土应用技术规程》制定，为自密实混凝土提供配合比设计方法，但仅给出自密实混凝土各组分重要参数的一些设计参考范围，技术人员操作难度大，对操作技术及经验要求较高。新《自密实混凝土应用技术规程》（JGJ/T283-2012）[9]的配合比设计步骤更加清晰明确，该规程基于我国基本国情及国内外大量的试验研究基础上给出各参数选取参考，并给出不同等级混凝土的粗骨料用量的选取范围。配合比基本设计要求：①粗骨料最大粒径不宜大于20mm，粗骨料用量选取参考表1。过小或过大均会影响混凝土弹性模量、拌合物的流动性能等。②砂浆中砂的体积分数控制在0.42~0.45之间，过小或过大均会影响混凝土体积稳定性、拌合物的流动性能等，由试验确定最佳砂率。③矿物掺合料的掺入能改善混凝土自密实性能、水化温升特性、强度等，实践证明矿物掺合料质量大于等于总胶凝材料用量的20%。④水胶比计算时充分考虑矿物掺合料对体系的强度贡献，见公式（1）。

4自密实混凝土施工控制

自密实混凝土在施工的每个阶段都需采取不同的施工技术。准备阶段对原材料的选择、配合比的设计要依据《自密实混凝土应用技术规程》及实际工程情况，并对钢筋配置和模板情况综合考虑。浇筑前清除模板残存水并对模板根部缝隙采用砂浆封堵，为避免浇筑中断建议采用分层、连续浇筑方式，并对水平流动距离和垂直下落高度进行严格控制，一般为5～7m。为避免浇筑后的自密实混凝土表面水分的蒸发，特别是冬季温度低，浇筑后即刻进行养护，防止温度应力产生的不均匀收缩导致混凝土开裂[10]。自密实混凝土工作性能检测的方法有坍落流动度试验、倒坍落度筒试验、L型仪流动度试验U型槽试验，验收按照《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）执行。施工中要从施工现场进行监管，对有可能出现的质量安全问题、施工进度等进行预防控制，确保施工顺利进行。自密实混凝土无需振捣的优点满足节能减排的环保要求，减少振捣过程中产生的噪声对周围居民的干扰，在确保施工顺利进行的情况下创建文明施工环境，提高企业的竞争力。

5总结

综上所述，自密实混凝土优良的工作性能使其在建筑工程中应用前景非常广阔，但由于我国对自密实混凝土的开发应用历时较短，还需在早期收缩、配合比设计方法、抗震性能和耐久性能上做更深层次的研究。

参考文献

[1]陈春珍.自密实混凝土性能及工程应用研究[D].北京：北京工业大学，2010.

[2]高小建，孙博超，等.矿物掺合料对自密实混凝土流变性能的影响[J].吉林大学学报，2016，46(2)：443.

[3]杨海涛.石灰石粉在自密实混凝土中的应用综述[J].广东建材，2016，36(1)：21.

[4]苏阳.粗骨料对高性能混凝土性能影响的试验研究[D].北京：北京交通大学，2014.

[5]陈建奎，王栋民.高性能混凝土配合比设计新法—全计算法[J].硅酸盐学报，2000(2)：194-198.

[6]余志武，潘志宏，等.浅谈自密实高性能混凝土配合比的计算方法[J].混凝土，2004(1)：54-57＋67.

[7]罗钰.中低强度自密实混凝土配合比参数优化研究[D].长沙：中南大学，2008.

[8]王海娜.自密实混凝土的骨料比表面积配合比设计及其基本性能研究[D].杭州：浙江大学，2007.

[9]JGJ/T283-2012，自密实混凝土应用技术规程[S].

[10]陈俊明，王作然.自密实混凝土工作性研究与工程实践[J].低温建筑技术，2014，36(4)：29-31.

作者：俞君宝 呼梦洁 郭凯 单位：扬州工业职业技术学院扬州大学广陵学院