引言
現(xiàn)代混凝土技術(shù)已不再僅僅追求高強(qiáng)度，而是越來(lái)越重視工作性、體積穩(wěn)定性、耐久性等的統(tǒng)一，即向高性能方向發(fā)展。自密實(shí)混凝土（Self-CompactingConcrete，簡(jiǎn)稱SCC）作為高性能混凝土的一種，就是以其的工作性能為最大特征的混凝土，現(xiàn)已成為高性能混凝土的一個(gè)重要發(fā)展方向。混凝土拌合物良好的的工作性不僅是為了滿足施工要求，更有利于改善混凝土結(jié)構(gòu)的勻質(zhì)性，使成型后的混凝土更加密實(shí)，減少原始缺陷，從而保證混凝土的長(zhǎng)期耐久性能。可以說(shuō)，沒有良好的工作性就不可能有良好的耐久性。自密實(shí)混凝土是具有高流動(dòng)性、均勻性和穩(wěn)定性，澆筑時(shí)無(wú)需外力振搗，能夠在自重作用下流動(dòng)并充滿模板空間的混凝土。
自密實(shí)混凝土拌合物除應(yīng)滿足普通混凝土拌合物對(duì)凝結(jié)時(shí)間、黏聚性和保水性等的要求外，還要滿足自密實(shí)性能的要求，即填充性、間隙通過(guò)性和抗離析性。
自密實(shí)混凝土技術(shù)最早由日本在20世紀(jì)末提出，隨后很快傳入其他國(guó)家并獲得迅速發(fā)展。我國(guó)主要是在2000年后開始引進(jìn)研究和應(yīng)用自密實(shí)混凝土的。目前自密實(shí)混凝土面臨的問(wèn)題主要有：
（1）自密實(shí)混凝土的工作性內(nèi)涵較廣，測(cè)試方法及量化指標(biāo)還不成熟。
（2）配合比設(shè)計(jì)沒有標(biāo)準(zhǔn)的流程。
（3）對(duì)原材料要求高，膠凝材料用量大，必須摻加高效減水劑，成本高。
（4）尚未能在中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中廣泛應(yīng)用。
（5）組成上的差異導(dǎo)致性能上與普通混凝土的差異，尤其是長(zhǎng)期的耐久性能，還需進(jìn)一步研究等。
1自密實(shí)混凝土的組成特點(diǎn)
為了提拌自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性和抗離析能力，粗骨料的體積和最大粒徑必須減小，粗骨料最大粒徑不宜超過(guò)16~20mm。粗骨料中針、片狀顆粒含量對(duì)自密實(shí)混凝土間隙通過(guò)性影響較大，會(huì)增加拌合物的流動(dòng)阻力，同時(shí)對(duì)混凝土強(qiáng)度等性能也存在不利影響，因此自密實(shí)混凝土對(duì)粗骨料的針、片狀顆粒含量要求較嚴(yán)格，JGJ/T283—2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的限值為8%，而有研究指出當(dāng)自密實(shí)混凝土中含膠凝材料較少時(shí)，粗骨料的針、片狀顆粒含量宜控制在7%以內(nèi)。
人工砂中含有適量石粉能改善混凝土的工作性，但過(guò)量的石粉會(huì)吸附更多的水分，導(dǎo)致混凝土工作性變差。另外人工砂往往級(jí)配不良、顆粒粗糙、多棱角，用于配制自密實(shí)混凝土?xí)r需提高砂率。
聚羧酸系高性能減水劑具有摻量低、減水率高、混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)快、混凝土拌合物坍落度損失小、拌合物黏滯阻力小等優(yōu)點(diǎn)，而且相比于其他類型的高效減水劑，聚羧酸系高性能減水劑還具有引氣功能，可以明顯改善混凝土的收縮性能，并在一定程度上彌補(bǔ)自密實(shí)混凝土收縮較大的缺陷。因此聚羧酸系高性能減水劑適用于配制自密實(shí)混凝土，尤其是高強(qiáng)自密實(shí)混凝土。高性能的聚羧酸系外加劑是自密實(shí)混凝土配制的關(guān)鍵材料，它有效解決了自密實(shí)混凝土大流動(dòng)性和抗離析性之間的矛盾，為配制自密實(shí)混凝土簡(jiǎn)化了制約因素。不過(guò)若其摻量過(guò)大也會(huì)造成離析泌水等不穩(wěn)定問(wèn)題，此時(shí)應(yīng)設(shè)法調(diào)整配合比，不應(yīng)一味地依靠減水劑來(lái)解決所有的工作性問(wèn)題。
低水膠比（不宜大于0.45）、高膠凝材料用量（400~550kg/m3）、高砂率（50%左右）是自密實(shí)混凝土的組成特點(diǎn)，這也決定了其早期易于開裂、體積穩(wěn)定性差的問(wèn)題，為了緩解水泥過(guò)多帶來(lái)的水化熱，自密實(shí)混凝土一般需摻入不低于膠凝材料總用量20%的礦物摻合料。
粉體材料即水泥+細(xì)粉（如粉煤灰、硅灰、石灰石粉及粒徑小于125μm的細(xì)砂）用量的增加有利于漿體充分包裹骨料顆粒，使粗細(xì)骨料懸浮于漿體中，達(dá)到自密實(shí)性能。但對(duì)低強(qiáng)度等級(jí)的自密實(shí)混凝土，由于其水膠比較大，漿體黏度較小，僅僅靠增加單位體積漿體量不能滿足工作性要求，尤其是難以滿足抗離析性要求。此時(shí)可通過(guò)摻加黏度調(diào)節(jié)劑（摻量為膠凝材料用量的0.1%~0.2%）予以改善，這樣會(huì)增加漿體的屈服應(yīng)力和混凝土拌合物的黏聚性，同時(shí)也會(huì)對(duì)混凝土的流動(dòng)性造成不利影響，因此黏度調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用要通過(guò)試驗(yàn)確定。
2自密實(shí)混凝土的工作性
工作性能是自密實(shí)混凝土的關(guān)鍵性能，如何量化和保證新拌自密實(shí)混凝土的工作性能一直是而且還將會(huì)是自密實(shí)混凝土研究的重點(diǎn)。
現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定自密實(shí)混凝土的自密實(shí)性能包括填充性、間隙通過(guò)性和抗離析性，并規(guī)定了不同的性能等級(jí)和適用范圍，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)將其中一項(xiàng)或者幾項(xiàng)指標(biāo)作為主要要求，一般不需要每個(gè)指標(biāo)都達(dá)到最高要求，其中填充性是必控指標(biāo)，而間隙通過(guò)性和抗離析性可作為選擇指標(biāo)。自密實(shí)混凝土的填充性通過(guò)坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)和T500試驗(yàn)共同測(cè)試，間隙通過(guò)性通過(guò)J環(huán)擴(kuò)展試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試，抗離析性通過(guò)篩析試驗(yàn)或跳桌試驗(yàn)測(cè)試。另外國(guó)內(nèi)外常用的評(píng)價(jià)自密實(shí)混凝土工作性能的方法還有L形儀、U形儀、V形漏斗試驗(yàn)等，特殊工程還要進(jìn)行足尺模擬澆筑試驗(yàn)。
鑒于自密實(shí)混凝土拌合物復(fù)雜的工作性，必須從其流變學(xué)模型入手才能較好地揭示混凝土中各成分的相互作用以及自密實(shí)混凝土拌合物工作性的機(jī)理，從而建立起新拌混凝土的流變特性與實(shí)際工程應(yīng)用中工作性參數(shù)的關(guān)系，甚至對(duì)自密實(shí)混凝土進(jìn)行數(shù)值模擬、建立虛擬試驗(yàn)室。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，也可采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)自密實(shí)混凝土工作性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。
3自密實(shí)混凝土流變特性和配合比設(shè)計(jì)
目前尚沒有標(biāo)準(zhǔn)的自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法。普通混凝土的配制原則是，在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等其他要求性能指標(biāo)的前提下，用最少的膠凝材料拌制的漿體填充最緊密堆積的骨料空隙。而自密實(shí)混凝土的配制原則是，砂、石骨料較均勻地被包裹、懸浮在有一定黏度和流動(dòng)性的膠凝材料漿體中。
自密實(shí)混凝土的流變性近似于賓漢姆體，可用屈服剪切應(yīng)力和塑性黏度兩個(gè)參數(shù)來(lái)表達(dá)其流變特性。根據(jù)流變學(xué)理論，材料的變形必須克服屈服剪切應(yīng)力，只有當(dāng)在材料內(nèi)部產(chǎn)生的剪切應(yīng)力大于屈服剪切應(yīng)力時(shí)，材料才能發(fā)生流動(dòng)變形。普通混凝土是通過(guò)外加的振搗作用來(lái)使混凝土流動(dòng)的，但自密實(shí)混凝土僅依靠自重來(lái)使混凝土流動(dòng)，這就要求自密實(shí)混凝土自身的屈服剪切應(yīng)力較小。混凝土的穩(wěn)定性與黏度有很大的關(guān)系，黏度太小，混凝土容易離析，自密實(shí)混凝土必須有較高的穩(wěn)定性，因而黏度不能太小；同時(shí)要在較小的自重作用力下產(chǎn)生較大的流動(dòng)，黏度還不能太大。所以，自密實(shí)混凝土的屈服剪切應(yīng)力和塑性黏度必須處在適當(dāng)?shù)姆秶１鶏u建筑研究院的研究認(rèn)為，當(dāng)自密實(shí)混凝土的流變學(xué)參數(shù)滿足：屈服剪切應(yīng)力30~80Pa、塑性黏度10~40Pa·s時(shí)，可以較好地解決高流動(dòng)性與高穩(wěn)定性之間的矛盾。
從國(guó)內(nèi)外的研究文獻(xiàn)上看，常規(guī)的自密實(shí)混凝土的配合比計(jì)算方法一般有：①固定砂石體積法；②全計(jì)算法，是否適用于自密實(shí)混凝土尚有爭(zhēng)議；③改進(jìn)全計(jì)算法；④參數(shù)法；⑤骨料比表面法；⑥簡(jiǎn)易配合比設(shè)計(jì)方法；⑦正交試驗(yàn)法或“析因法”；⑧經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)法或試配法；⑨絕對(duì)體積法等。現(xiàn)行行標(biāo)推薦的是絕對(duì)體積法，其實(shí)與固定砂石體積法較為類似，其他各種設(shè)計(jì)方法也各有優(yōu)缺點(diǎn)。另外以下幾種自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法新穎*，值得介紹：①基于流變學(xué)特性的自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法。②基于顆粒級(jí)配理論設(shè)計(jì)自密實(shí)混凝土配合比的方法。③均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)法。
因?yàn)闆]有足夠的膠凝材料漿體帶動(dòng)骨料流動(dòng)，中低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土較難達(dá)到自密實(shí)混凝土的性能要求，這嚴(yán)重阻礙了普通強(qiáng)度等級(jí)自密實(shí)混凝土的廣泛應(yīng)用。BASF公司利用黏度改性劑，配制出了低膠凝材料用量的普通強(qiáng)度等級(jí)自密實(shí)混凝土，稱為智能動(dòng)力混凝土（SmartDynamicConcrete，SDC），與傳統(tǒng)的自密實(shí)混凝土相比，可節(jié)省50~100kg/m3的膠凝材料。另外，還有一類在自密實(shí)混凝土的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的干拌自密實(shí)混凝土也有很好的發(fā)展前景。干拌自密實(shí)混凝土最大的特點(diǎn)是主要材料（基料）的商品化生產(chǎn)，施工現(xiàn)場(chǎng)直接在基料中加入一定量的水和粗集料，攪拌均勻即可。
4自密實(shí)混凝土的力學(xué)耐久性能
理論上來(lái)講，自密實(shí)混凝土中粗骨料用量偏少，會(huì)導(dǎo)致彈性模量偏低，但孟志良的研究認(rèn)為，與同強(qiáng)度普通混凝土相比，低強(qiáng)度自密實(shí)混凝土彈性模量偏高。一般來(lái)說(shuō)自密實(shí)混凝土的粉體材料用量偏大，也會(huì)造成其彈性模量偏低，可王鈞的研究認(rèn)為，隨著粉煤灰摻量的增大，自密實(shí)混凝土的彈性模量逐漸增大，當(dāng)粉煤灰摻量不大時(shí)，自密實(shí)混凝土的彈性模量相對(duì)于普通混凝土稍小，當(dāng)粉煤灰摻量較大時(shí)，其彈性模量反而略高于普通混凝土。這可能跟自密實(shí)混凝土硬化后更加均勻密實(shí)有關(guān)，對(duì)此還需要進(jìn)行深入研究。
膠凝材料用量的增加引發(fā)了自密實(shí)混凝土一系列的收縮和早期裂縫問(wèn)題，因此在配制自密實(shí)混凝土?xí)r可摻入一定量的膨脹劑，以補(bǔ)償自密實(shí)混凝土的收縮，降低其開裂的可能性。不過(guò)楊醫(yī)博的研究認(rèn)為，在同樣水膠比的情況下，自密實(shí)混凝土的抗早期開裂和干縮開裂的性能均優(yōu)于普通泵送混凝土。因此在自密實(shí)混凝土的收縮以及抗裂性方面尚有待深入研究。
自密實(shí)混凝土拌合物基本沒有泌水問(wèn)題，減少了骨料界面上硬化后作為滲透通道的原生裂縫的產(chǎn)生，同時(shí)礦物摻合料的火山灰反應(yīng)使得氫氧化鈣在界面上的富集與結(jié)晶的定向排列得到了較好的解決，界面結(jié)構(gòu)致密強(qiáng)度高，因此抗?jié)B性得到提高。自密實(shí)混凝土的碳化深度與28d抗壓強(qiáng)度有良好的線性關(guān)系，其抗碳化性能較同強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土為優(yōu)。
5結(jié)論與展望
從以上可以看出，自密實(shí)混凝土在原材料組成、配合比設(shè)計(jì)方法、硬化混凝土性能、工作性能評(píng)價(jià)上均與普通混凝土甚至一般的高性能混凝土存在較大差異。雖然對(duì)于自密實(shí)混凝土的研究已取得了很多的成果，但仍然存在一些爭(zhēng)議和不明確之處，比如自密實(shí)混凝土的粉體材料用量與彈性模量的關(guān)系、自密實(shí)混凝土的收縮和抗裂等。把握自密實(shí)混凝土的流變學(xué)特性，可以更好地進(jìn)行自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)和新拌混凝土的自密實(shí)性能評(píng)價(jià)，有利于自密實(shí)混凝土技術(shù)的發(fā)展。研究新型的黏度改性劑和聚羧酸系高性能減水劑等外加劑可推動(dòng)自密實(shí)混凝土向普通強(qiáng)度等級(jí)發(fā)展，節(jié)省膠凝材料用量，降低成本，同時(shí)使自密實(shí)混凝土的配制簡(jiǎn)單化。
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