自密实混凝土的发展应用及展望

1. 引言

　　自密实混凝土（self－compacting concrete，简称SCC），是一种高流动性且具有适当粘度的混凝土，它不离析，能够通过钢筋填满模板内的任何空隙，在重力作用下自行密实，属于高性能混凝土的一种。其突出特点是拌合物具有良好的工作性能，即使在密集配筋和复杂形状的条件下，仅依靠自重而无需振捣便能均匀密实填充成型，为施工操作带来极大方便。同时，兼有提高混凝土质量、改善施工环境、加快施工进度、提高劳动生产率、降低工程费用等技术经济效果，被称为“最近几十年中混凝土技术最具革命性的发展”。

　　日本20世纪80年代，混凝土结构的耐久性问题、由于逐渐减少的熟练建筑工人而导致工程质量下降的问题等是当时的主要问题。为了解决这些问题，日本东京大学教授冈村甫(Okamura)最早提出“免振捣的耐久性混凝土”，并由小泽（Ozawa）和前川（Maekawa）做了相应的基础研究。1996年冈村首次将这种混凝土命名为自密实高性能混凝土（Self－Compacting High Performance Concrete），其关键技术是通过掺加高效减水剂和矿物掺合料。在低水胶比条件下，大幅度提高混凝土拌合物的流动性，同时保证良好的粘聚性、稳定性，防止泌水和离析。

　　2. 自密实混凝土性能和技术特点

　　与普通混凝土相比，自密实混凝土具有下述性能：（1）高流动性，自密实混凝土必须能够流动并填满模板内每个角落。（2）稳定性好，自密实混凝土在流动过程中必须保证不离析，减少泌水。 （3）不会堵塞，自密实混凝土在流过密集钢筋或狭窄空间不能产生堵塞。

　　同普通混凝土相比，自密实混凝土在配合比设计上对原材质量和用量有更高的要求，主要表现在如下方面：

　　(1)高效减水剂是自密实混凝土产生的前提。自密实混凝土随着高效减水剂的发展而产生的，减水剂对其性能有决定响。减水剂的作用相当于振捣棒，均匀分散水泥颗粒于水形成浆体，骨料通过浆体浮力和粘聚力悬浮于水泥浆中。《自密实混凝土应用技术规程》（CECS203：2006）中规定，宜选用聚羧酸系高效减水剂，当需要提高混凝土拌和物粘聚性时，自密实混凝土中可掺入增粘剂。

　　(2)自密实混凝土对水泥的要求。水泥强度等级根据混凝土的试配强度等级选择，同时考虑与减水剂相容性问题，通常自密实混凝土比普通混凝土水泥用量多、水泥强度等级高。《自密实混凝土应用技术规程》中规定，使用矿物掺合料的自密实混凝土，宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

　　(3)自密实混凝土对骨料的要求。自密实混凝土对骨料有较高的要求，《自密实混凝土应用技术规程》规定，粗骨料宜采用连续级配或2个单粒径级配的石子，最大粒径不宜大于20mm；石子的含泥量≤1.0%、泥块含量≤0.5%、针片状颗粒含量≤8%；石子孔隙率＜40%。

　　(4)超细矿物掺合料是配制自密实混凝土的必要条件。超细矿物掺合料是自密实混凝土配制不可缺少的条件，它们可以提高拌合物的流动性、减少水泥用量和水化热，并通过二次火山灰效应参与水化进程，提高混凝土后期强度。常用的超细矿物掺合料有粉煤灰、矿粉和硅粉，矿物掺合料的细度和吸水量是重要的参数，一般认为直径小于0.125mm的细矿物掺合料对自密实混凝土更有利，并且要求0.063mm孔径筛的通过率大于70%。

　　3. 国内外自密实混凝土的研究及应用现状

　　目前对自密实混凝土的研究主要从配合比优化人手．结合结构设计、生产质量控制、现场施工工艺、工程应用等方面展开。在配合比优化方面主要针对自密实混凝土对材料和配比的敏感性，在大量正交试验的基础上，分析外加剂、矿物掺合料、骨料质量和数量等因素对自密实混凝土工作性能的影响，建立定量关系。利用优化理论，研究基于地域材料特点的自密实混凝土最佳配比方法；在材料性能试验方面，主要从混凝土的流变性能和工作性能；早期体积稳定性如收缩、徐变、温度变形等；力学性能如抗压强度、弹性模量、粘结强度等：抗渗性等方面展开。在理论研究方面如白密实混凝土的物理力学性能和耐久性方面的理论分析比较少。尤其是早期的收缩机理，影响因素的数量及程度，测量方法，预测模型等问题研究较少。

　　日本到2004年自密实混凝土总应用量已超过250万m³，并有逐年增加之势。目前，日本正在致力于将自密实混凝土从特种混凝土发展成普通混凝土。典型的工程应用实例是跨度为1990m的明石海峡大桥(悬索桥)，该桥的两个锚碇分别使用了24万m³和15万m³强度为25MPa的自密实混凝土。由于采用了自密实混凝土，使得锚碇的施工工期由2.5年缩短为2年，缩短工期20%。

　　近年来，由于日本应用自密实混凝土的不断成功，使西方国家也开始关注和应用该项技术。其中，美国西雅图六层的双联广场钢管混凝土柱(28d抗压强度115MPa)是迄今为止自密实混凝土应用中强度最高的实例。由于采用了超高强度自密实混凝土，从底层逐层泵送，无振捣，降低了结构成本的30%。荷兰也是目前应用该技术较为普及的国家之一，大约有75%的预制混凝土结构采用自密实混凝土。不仅保证了特殊结构施工的需求，也使混凝土制品的性能与外观质量得到了改善和提高。

　　我国自密实混凝土的研究及应用相对较晚，但近几年得到迅速的发展。北京、深圳、南京、济南、长沙等城市陆续有了自密实混凝土的应用报道，应用领域也从房屋建筑扩大到水利、桥梁、隧道等大型工程。从1995年开始，浇筑量已超过4万m³。主要用于地下暗挖、密筋、形状复杂等无法浇筑或浇筑困难的部位，同时也解决了施工扰民等问题，缩短了建设工期，延长了构筑物的使用寿命。其中具有代表性的工程实例有：北京首都机场新航站楼的简体墙、西单北大街东侧商业区改造的工程，大亚湾核电站的核废料容器建设工程，厦门集美历史风貌建筑的保护工程，长江三峡等多个水电站的导流洞、左岸左厂坝的引水工程，润扬的长江大桥的建设工程，福建万松关的隧道工程。均取得了较好的技术、经济和社会效益。

　　近几年自密实混凝土在我国发展应用速度加快，应用领域也进一步拓展，但国内尚未有统一的工程标准，致使在应用中缺乏指导性文件，产生了一些问题，不利于该技术的推广应用。为此，中国工程建设标准化协会在搜集了国内外有关的标准资料，翻译了国外的有关资料，并结合国内的实际情况编制了《自密实混凝土应用技术规程》（CECS203：2006），推荐给工程建设、施工和使用单位采用。

　　4. 展望由于自密实混凝土诸多的优点，其应用前景非常广阔，但由于开发与应用的历史较短。尚有一些问题及内容需要进一步研究：

　　（1）配合比设计方法。自密实混凝土配合比设计方法，尚缺乏对不同设计、施工要求以及使用不同外加剂情况的综合考虑，并应在设计中将经济性考虑进去，从而做到配合比的优化设计。

　　（2）外加剂选用。自密实混凝土所用的外加剂缺乏相关的标准，给使用单位的选用带来了较大的困难。

　　（3）早期收缩开裂及脆性的问题。由于在低水胶比并掺入较多的具有相当活性的矿物细掺合料的混凝土中会产生自干燥，从而引起混凝土的自收缩，使混凝土内部结构受到损伤，而产生微裂缝。目前的研究主要集中于考察自收缩率的影响因素及其程度上，而在自收缩的收缩机理、计算公式及检测方法上尚需进一步研究。

　　（4）物理力学性能和耐久性能的的认识。自密实混凝土的施工性能已得到了比较充分的研究，但是在掺人大量的高效减水剂后，自密实混凝土的物理力学性能和耐久性能是否发生变化及其变化规律，目前还不是十分了解。

　　（5）经济性问题。自密实混凝土的材料成本要略高于普通混凝土，这也成为应用自密实混凝土的主要障碍。但是它具有普通混凝土无法比拟的优良性能，应将它与环境保护、生态保护和可持续发展结合起来综合考察其经济指标，尽快推动自密实混凝土在我国的广泛应用。冰岛建筑研究院的Wallkevik先生预言：“将来有一天，所有混凝土都会变成自密实混凝土”，这一天是否会到来或什么时候到来，目前还难以回答，但有一点可以肯定，自密实混凝土适用于大多混凝土结构和施工条件，具有非常广阔的应用前景。