自密實混凝土

自身重力下能填充模板的混凝土

自密實混凝土(Self CompactingConcrete 或Self-Consolidating Concrete 簡稱SCC)是指在自身重力作用下，能夠流動、密實，即使存在緻密鋼筋也能完全填充模板，同時獲得很好均質性，並且不需要附加振動的混凝土。

早徠在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年代後期，SCC才在日本發展起來。日本發展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第一次用於瑞典的交通網路民用工程上。隨後EC建立了一個多國合作SCC指導項目。從此以後，整個歐洲的SCC應用普遍增加。

1性能測試比重優點缺點

特性測試 2設計配製原理配置措施參數

突出特點採用方法 3技術要求黏性適度良好的穩定性

適當的水灰比控制粉體含量 4混凝土結構

性能

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。

測試

每種性能均可採用坍落擴展度試驗、V漏斗試驗（或T50試驗）和U型箱試驗等一種以上方法檢測。

比重

EFCA技術委員會主席Dr. Bert Kilanowski在其《SCC在歐洲的實際地位（及將來發展）》文章中給出了SCC在歐洲預拌混凝土中的比重，並且估計不同國家的SCC在預製混凝土的比重分別是義大利大約30%，芬蘭大約30%，西班牙25-30%；美國10-40%。

優點

自密實混凝土被稱為‘近幾十年中混凝土建築技術最具革命性的發展’，因為自密實混凝土擁有眾多優點：

·1 保證混凝土良好地密實。

·2 提高生產效率。由於不需要振搗，混凝土澆築需要的時間大幅度縮短，工人勞動強度大幅度降低，需要工人數量減少。

·3 改善工作環境和安全性。沒有振搗噪音，避免工人長時間手持振動器導致的‘手臂振動綜合症’。

· 4改善混凝土的表面質量。不會出現表面氣泡或蜂窩麻面，不需要進行表面修補；能夠逼真呈現模板表面的紋理或造型。

· 5增加了結構設計的自由度。不需要振搗，可以澆築成型形狀複雜、薄壁和密集配筋的結構。以前，這類結構往往因為混凝土澆築施工的困難而限制採用。

· 6避免了振搗對模板產生的磨損。

· 7減少混凝土對攪拌機的磨損。

· 8可能降低工程整體造價。從提高施工速度、環境對噪音限制、減少人工和保證質量等諸多方面降低成本。

缺點

自密實混凝土其硬化后的耐久性非常有限，尤其是在寒冷氣候條件下；同時，自密實混凝土中還有不穩定的氣泡。高流動自密實性混凝土與普通混凝相比，乾燥收縮略大。

特性測試

自密實混凝土的‘自密實’特性的測試，已經形成了系列標準的試驗方法。各種試驗方法要求達到的指標見表1。

採用賓漢姆流變學模型的參數屈服值和塑性粘度，來描述新拌混凝土的流變學特性，則不同地區配製的自密實混凝土有一定差異。為了平衡混凝土流動性與抗離析的矛盾，日本使用較多的增粘劑和石粉，所配製的自密實混凝土屈服值低、粘度高。歐洲以冰島為代表則偏向採用高細度礦物材料如硅灰、粉煤灰，提高屈服值來保證自密實混凝土穩定性。

表1 自密實混凝土工作性試驗方法與典型值範圍

	試驗方法	測試性能	典型值範圍			按最大骨料調整	適用場合
			單位	最小	最大
1	坍落流動度	填充能力	mm	650	800	不需調整	試驗室/現場
2	坍落流動度T50cm試驗（擴展到50cm時間）	填充能力	秒	2	5	不需調整	試驗室/現場
3	J 環試驗	通過鋼筋間隙能力	mm		10	調整	現場
4	V 型漏斗試驗	填充能力	秒	8	12	最大 16mm	試驗室/現場
5	V型漏斗T5minutes試驗（靜置 5分鐘后卸空漏斗的時間）	抗離析性能	秒		+3	最大 16mm	試驗室/現場
6	L型箱試驗	通過鋼筋間隙能力	(h2/h1)	0.8	1.0	調整	試驗室
7	U型箱試驗	通過鋼筋間隙能力	(h2-h1)mm		30	調整	試驗室
8	填充箱試驗	通過鋼筋間隙能力	%	90	100	調整	試驗室
9	GMT篩析穩定性試驗	抗離析性能	%		15	不需調整	試驗室/現場
10	Orimet口下料試驗	填充能力	秒		5	最大 16mm	試驗室/現場

設計

自密實混凝土的設計、配製方法和調整方向，在下面‘擴展閱讀’所列文獻中有詳細介紹。

自密實混凝土的配合比設計，需要充分考慮自密實混凝土流動性、抗離析性、自填充性、漿體用量和體積穩定性之間的相互關係及其矛盾。

自密實混凝土對工作性和耐久性的要求較高，因此自密實混凝土配合比設計應該主要在這兩方面下功夫。

配製原理

配製自密實混凝土的原理是通過外加劑、膠結材料和粗細骨料的選擇與搭配和精心的配合比設計，將混凝土的屈服應力減小到足以被因自重產生的剪應力克服，使混凝土流動性增大，同時又具有足夠的塑性粘度，令骨料懸浮於水泥漿中，不出現離析和泌水問題，能自由流淌並充分填充模板內的空間，形成密實且均勻的膠凝結構。

配置措施

在配製中主要應採取以下措施:

1)藉助以萘系高效減水劑為主要組分的外加劑，可對水泥粒子產生強烈的分散作用，並阻止分散粒子凝聚, 高效減水劑的減水率應≥25 % ,並應具有一定的保塑功能。

摻入的外加劑的主要要求有：①與水泥的相容性好; ②減水率大; ③緩凝、保塑。

2) 摻加適量礦物摻合料能調節混凝土的流變性能，提高塑性粘度，同時提高拌合物中的漿固比，改善混凝土和易性，使混凝土勻質性得到改善，並減少粗細骨料顆粒之間的摩擦力，提高混凝土的通阻能力。

3) 摻入適量混凝土膨脹劑, ,可提高混凝土的自密實性及防止混凝土硬化后產生收縮裂縫，提高混凝土抗裂能力，同時提高混凝土粘聚性，改善混凝土外觀質量。

4) 適當增加砂率和控制粗骨料粒徑≤20mm,以減少遇到阻力時漿骨分離的可能，增加拌合物的抗離析穩定性。

5) 在配製強度等級較低的自密實混凝土時可適當使用增粘劑以增加拌合物的粘度。

6) 按結構耐久性及施工工藝要求, 選擇摻合料品種, 取代水泥量和引氣劑品種及用量。

參數

配製自密實混凝土應首先確定混凝土配製強度、水膠比、用水量、砂率、粉煤灰、膨脹劑等主要參數，再經過混凝土性能試驗強度檢驗，反覆調整各原材料參數來確定混凝土配合比的方法。

突出特點

自密實混凝土配合比的突出特點是：高砂率、低水膠比、高礦物摻合料摻量。、

採用方法

從國內自密實混凝土研究的文獻上看, 自密實混凝土配合比設計一般採用全計演演算法和固定砂石體積含量法。

全計演演算法的基本觀點為：①混凝土各組成材料括固、氣、液三相，有體積加和性；②石子的空隙由干砂漿填充；③干砂漿的空隙由水填充；④干砂漿由水泥、細摻料、砂和空隙組成。

固定砂石體積含量計演演算法是根據高流動自密實混凝土流動性及抗離析性和配合比因素之間的平衡關係, 在試驗研究的基礎上得到的一種能較好適應高流動自密實混凝土的特點和要求的配合比計算方法。

技術要求

為了達到不振動能自行密實，硬化后具有常態混凝土一樣的良好物理力學性能，配製的混凝土在流態下必須滿足以下要求：

黏性適度

在流經稠密的鋼筋后，仍保持成分均勻。如果黏性太大，滯留在混凝土中的大氣泡不容易排除。黏度用混凝土的擴展度表示，要求在500—700mm範圍內。如黏性過大即擴展度小於500mm時，則流經小間隙和充填模板會帶來一定的困難；如果黏性太小即擴展度大於700mm后，則容易產生離析。因此，自密實混凝土要求粉體含量有足夠的數量，粗骨料應採用5～15mm或5～25mm的粒徑，且含量也比普通混凝土少。絕對體積應在0. 28～0. 33m3之間。含砂率應在50%左右。

良好的穩定性

澆筑前后均不離析、不泌水，粗細骨料均勻分佈，保持混凝土結構的勻質性，使水泥石與骨料、混凝土與鋼筋具有良好的黏結，保持混凝土的耐久性。

適當的水灰比

如果加大水灰比，增加用水量，雖然會增大流動度，但黏性降低。混凝土的用水量應控制在150～200kg/m3。之間。要保持混凝土的黏性和穩定性，只能依靠摻加高效減水劑來實現。採用聚羧酸類減水劑比較好，也可採用氨基磺酸鹽，摻量為o.8%～1.2%(占水泥重量)。

控制粉體含量

要保持混凝土具有良好的穩定性，粉體含量是關鍵。混凝土中小於80tim的粉體含量即膠凝材料用量應在000～600kg/m3之間。當水泥用量較多時，可以摻用粉煤灰、礦渣粉或石灰石粉取代一部分水泥，以降低水化熱量。必要時，可以採取減少水泥用量、摻用少量的增黏劑，以保持適度的黏性。一般採用生物聚合物多糖增黏劑。

混凝土結構

自徠密實混凝土為什麼能具有常態混凝土的良好力學性能。要搞清這個問題，還須從混凝土的微結構理解。水泥石與骨料間的界面區，是混凝土結構最薄弱的部位：與水泥石比較，界面區具有不同的結構和相分佈，界面區孔隙增加，晶體相較軟弱，滲透性大。

新拌混凝土的流動性和振搗作用，在很大程度上促進了界面區的形成。

在普通混凝土中，界面區的孔隙率高於水泥石的孔隙率。由於振動影響產生的微泌水形成的孔隙結構，氣泡聚集以及界面區局部水灰比較大的情況比較嚴重。由於自密實混凝土黏性好，泌水少，加上不需要振搗，因而減少了微泌水，水泥石的孔隙率尤其是界面區的孔隙率顯著低於普通混凝土，而且均勻分佈於界面區和水泥石本體之中。同時由於自密實混凝土摻入了較多的粉煤灰，水化中消耗了較多的氫氧化鈣，大大減少了界面區氫氧化

鈣晶體的形成。減少了氫氧化鈣這一軟弱晶體的形成，就改善了自密實混凝土的界面區結構。結構密實，強度提高，滲透性低，就能夠提高耐久性能。