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自密实混凝土

发表时间:2020-03-07 17:30

自密实混凝土


自密实混凝土(Self Compacting Concrete 或Self-Consolidating Concrete 简称SCC)是指在自身重力作用下,能够流动、密实,即使存在致密钢筋也能完全填充模板,同时获得很好均质性,并且不需要附加振动的混凝土。


早在20世纪70年代早期,欧洲就已经开始使用轻微振动的混凝土,但是直到20世纪80年代后期,SCC才在日本发展起来。日本发展SCC的主要原因是解决熟练技术工人的减少和混凝土结构耐久性提高之间的矛盾。欧洲在20世纪90年代中期才将SCC第一次用于瑞典的交通网络民用工程上。随后EC建立了一个多国合作SCC指导项目。从此以后,整个欧洲的SCC应用普遍增加。


中文名:自密实混凝土

外文名:Self CompactingConcrete

含义:自身重力下能填充模板的混凝土

最早出现:20世纪70年代

发展:20世纪80年代后期

特性:流动性、抗离析性和填充性


目录


1▪性能

测试

比重

优点

缺点

特性测试

2▪设计

配制原理

配置措施

参数

突出特点

采用方法

3▪技术要求

黏性适度

良好的稳定性

适当的水灰比

控制粉体含量

4▪混凝土结构


性能


SCC的硬化性能与普通混凝土相似,而新拌混凝土性能则与普通混凝土相差很大。自密实混凝土的自密实性能主要包括流动性、抗离析性和填充性。


测试


每种性能均可采用坍落扩展度试验、V漏斗试验(或T50试验)和U型箱试验等一种以上方法检测。


比重


EFCA技术委员会主席Dr.Bert Kilanowski在其《SCC在欧洲的实际地位(及将来发展)》文章中给出了SCC在欧洲预拌混凝土中的比重,并且估计不同国家的SCC在预制混凝土的比重分别是意大利大约30%,芬兰大约30%,西班牙25-30%;美国10-40%。


优点


自密实混凝土被称为‘近几十年中混凝土建筑技术最具革命性的发展’,因为自密实混凝土拥有众多优点:


1、保证混凝土良好地密实。


2、提高生产效率。由于不需要振捣,混凝土浇筑需要的时间大幅度缩短,工人劳动强度大幅度降低,需要工人数量减少。


3、改善工作环境和安全性。没有振捣噪音,避免工人长时间手持振动器导致的“手臂振动综合症”。


4、改善混凝土的表面质量。不会出现表面气泡或蜂窝麻面,不需要进行表面修补;能够逼真呈现模板表面的纹理或造型。


5、增加了结构设计的自由度。不需要振捣,可以浇筑成型形状复杂、薄壁和密集配筋的结构。以前,这类结构往往因为混凝土浇筑施工的困难而限制采用。


6、避免了振捣对模板产生的磨损。


7、减少混凝土对搅拌机的磨损。


8、可能降低工程整体造价。从提高施工速度、环境对噪音限制、减少人工和保证质量等诸多方面降低成本。


缺点


自密实混凝土其硬化后的耐久性非常有限,尤其是在寒冷气候条件下;同时,自密实混凝土中还有不稳定的气泡。高流动自密实性混凝土与普通混凝相比,干燥收缩略大。


特性测试


自密实混凝土的‘自密实’特性的测试,已经形成了系列标准的试验方法。各种试验方法要求达到的指标见表1。

采用宾汉姆流变学模型的参数屈服值和塑性粘度,来描述新拌混凝土的流变学特性,则不同地区配制的自密实混凝土有一定差异。


为了平衡混凝土流动性与抗离析的矛盾,日本使用较多的增粘剂和石粉,所配制的自密实混凝土屈服值低、粘度高。欧洲以冰岛为代表则偏向采用高细度矿物材料如硅灰、粉煤灰,提高屈服值来保证自密实混凝土稳定性。


表1:自密实混凝土工作性试验方法与典型值范围


自密实混凝土工作性试验方法与典型值范围


设计


自密实混凝土的设计、配制方法和调整方向,在下面‘扩展阅读’所列文献中有详细介绍。


自密实混凝土的配合比设计,需要充分考虑自密实混凝土流动性、抗离析性、自填充性、浆体用量和体积稳定性之间的相互关系及其矛盾。


自密实混凝土对工作性和耐久性的要求较高,因此自密实混凝土配合比设计应该主要在这两方面下功夫。

配制原理


配制自密实混凝土的原理是通过外加剂、胶结材料和粗细骨料的选择与搭配和精心的配合比设计,将混凝土的屈服应力减小到足以被因自重产生的剪应力克服,使混凝土流动性增大,同时又具有足够的塑性粘度,令骨料悬浮于水泥浆中,不出现离析和泌水问题,能自由流淌并充分填充模板内的空间,形成密实且均匀的胶凝结构。


配置措施


在配制中主要应采取以下措施:


1)借助以萘系高效减水剂为主要组分的外加剂,可对水泥粒子产生强烈的分散作用,并阻止分散粒子凝聚,高效减水剂的减水率应≥25%,并应具有一定的保塑功能。


掺入的外加剂的主要要求有:①与水泥的相容性好;②减水率大;③缓凝、保塑。


2)掺加适量矿物掺合料能调节混凝土的流变性能,提高塑性粘度,同时提高拌合物中的浆固比,改善混凝土和易性,使混凝土匀质性得到改善,并减少粗细骨料颗粒之间的摩擦力,提高混凝土的通阻能力。


3)掺入适量混凝土膨胀剂,可提高混凝土的自密实性及防止混凝土硬化后产生收缩裂缝,提高混凝土抗裂能力,同时提高混凝土粘聚性,改善混凝土外观质量。


4)适当增加砂率和控制粗骨料粒径≤20mm,以减少遇到阻力时浆骨分离的可能,增加拌合物的抗离析稳定性。


5)在配制强度等级较低的自密实混凝土时可适当使用增粘剂以增加拌合物的粘度。


6)按结构耐久性及施工工艺要求,选择掺合料品种,取代水泥量和引气剂品种及用量。


参数


配制自密实混凝土应首先确定混凝土配制强度、水胶比、用水量、砂率、粉煤灰、膨胀剂等主要参数,再经过混凝土性能试验强度检验,反复调整各原材料参数来确定混凝土配合比的方法。


突出特点


自密实混凝土配合比的突出特点是:高砂率、低水胶比、高矿物掺合料掺量。


采用方法


从国内自密实混凝土研究的文献上看,自密实混凝土配合比设计一般采用全计算法和固定砂石体积含量法。


全计算法的基本观点为:①混凝土各组成材料括固、气、液三相,有体积加和性;②石子的空隙由干砂浆填充;③干砂浆的空隙由水填充;④干砂浆由水泥、细掺料、砂和空隙组成。


固定砂石体积含量计算法是根据高流动自密实混凝土流动性及抗离析性和配合比因素之间的平衡关系,在试验研究的基础上得到的一种能较好适应高流动自密实混凝土的特点和要求的配合比计算方法。


技术要求


为了达到不振动能自行密实,硬化后具有常态混凝土一样的良好物理力学性能,配制的混凝土在流态下必须满足以下要求:


黏性适度


在流经稠密的钢筋后,仍保持成分均匀。如果黏性太大,滞留在混凝土中的大气泡不容易排除。黏度用混凝土的扩展度表示,要求在500—700mm范围内。如黏性过大即扩展度小于500mm时,则流经小间隙和充填模板会带来一定的困难;如果黏性太小即扩展度大于700mm后,则容易产生离析。


因此,自密实混凝土要求粉体含量有足够的数量,粗骨料应采用5~15mm或5~25mm的粒径,且含量也比普通混凝土少。绝对体积应在0.28~0.33m3之间。含砂率应在50%左右。


良好的稳定性


浇筑前后均不离析、不泌水,粗细骨料均匀分布,保持混凝土结构的匀质性,使水泥石与骨料、混凝土与钢筋具有良好的黏结,保持混凝土的耐久性。


适当的水灰比


如果加大水灰比,增加用水量,虽然会增大流动度,但黏性降低。混凝土的用水量应控制在150~200kg/m3。之间。要保持混凝土的黏性和稳定性,只能依靠掺加高效减水剂来实现。采用聚羧酸类减水剂比较好,也可采用氨基磺酸盐,掺量为o.8%~1.2%(占水泥重量)。


控制粉体含量


要保持混凝土具有良好的稳定性,粉体含量是关键。混凝土中小于80tim的粉体含量即胶凝材料用量应在000~600kg/m3之间。当水泥用量较多时,可以掺用粉煤灰、矿渣粉或石灰石粉取代一部分水泥,以降低水化热量。必要时,可以采取减少水泥用量、掺用少量的增黏剂,以保持适度的黏性。一般采用生物聚合物多糖增黏剂。[1]


混凝土结构


自密实混凝土为什么能具有常态混凝土的良好力学性能。要搞清这个问题,还须从混凝土的微结构理解。水泥石与骨料间的界面区,是混凝土结构最薄弱的部位:与水泥石比较,界面区具有不同的结构和相分布,界面区孔隙增加,晶体相较软弱,渗透性大。


新拌混凝土的流动性和振捣作用,在很大程度上促进了界面区的形成。


在普通混凝土中,界面区的孔隙率高于水泥石的孔隙率。由于振动影响产生的微泌水形成的孔隙结构,气泡聚集以及界面区局部水灰比较大的情况比较严重。由于自密实混凝土黏性好,泌水少,加上不需要振捣,因而减少了微泌水,水泥石的孔隙率尤其是界面区的孔隙率显著低于普通混凝土,而且均匀分布于界面区和水泥石本体之中。


同时由于自密实混凝土掺入了较多的粉煤灰,水化中消耗了较多的氢氧化钙,大大减少了界面区氢氧化钙晶体的形成。减少了氢氧化钙这一软弱晶体的形成,就改善了自密实混凝土的界面区结构。结构密实,强度提高,渗透性低,就能够提高耐久性能。