免振捣自密实混凝土技术及工程实践.doc

免振捣自密实混凝土技术及工程实践
免振捣自密实混凝土是高性能混凝土的一种，其最主要的性质是能够在自重下不用振捣，自行填充模板内的空间，形成密实的混凝土结构。此外它还具有良好的力学性能与耐久性能，这是一种从混凝土拌合物开始直至硬化后的使用期都被全面考虑的高性能混凝土，其优越性主要表现在：
1.提高混凝土的密实性和耐久性，避免漏振、过振等施工中的人为因素以及配筋密集、结构形成复杂等不利条件对施工质量的影响。
2.降低作业强度，节省劳力、振捣机具和电能消耗。
3.可消除振捣噪声，改善环境，缓解施工扰民的矛盾。
4.简化工序，缩短工期，提高效率。
第1章 制备原理
免振捣自密实混凝土具有高工作性能，表现为具备高流动性，高抗分离性，高间隙通过能力和高填充性。榨流变学理论，新拌混凝土属宾汉姆流体，其流变方程为τ=τ0+ηγ，（τ为剪切应力；τ0为屈服剪切应力；η为塑性粘度；γ为剪切速率）。τ0是阻止塑性变形的最大应力，在外力作用下混凝土拌合物内部产生的剪应力τ≥τ0时，混凝土产生流动；η是混凝土拌合物内部阻止其流动的一种性能，η越小，在相同外力作用下流动速度越快，由此可知，屈服剪应力τ0和塑性粘度η是可反映混凝土拌合物工作性的两个主要流变参数。与普通混凝土采用机械振捣时因触变作用令τ0大幅减小，使振动影响区内的混凝土呈液化而流动并密实成型的道理相似，制备免振捣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搭配和精心的配合比设计，使τ0减小到适宜范围，同时又具有足够的塑性粘度η，使骨料悬浮于水泥浆中，不出现离析和泌水问题，能自由流淌充分填充模型内的空间，形成密实旦均匀的结构。

首先，采用高效减水剂可对水泥粒子产生强烈的分散作用，高效减水剂在水泥粒子界面的吸附和形成的双电层，使水泥粒子间产生静电斥力作用，拆散其絮凝结构，释放它们约束的水，水泥粒子间相互滑动能力增大，使混凝土开始流动的屈服剪应力引降低，获得高流动性能，同时能有效控制混凝土用水量，保证力学与耐久性要求。
另一方面，免振捣自密实混凝土应具有较好的抗分离性。试验表明，离析的混凝土在通过间隙时，粗骨料会产生聚集而阻塞间隙，难以填充模板和保持拌合物均质。混凝土离析的主要原因是τ0和η过小，混凝土抵抗粗骨料与水泥砂浆相对移动的能力弱。由此可知，屈服剪应力τ0和塑性粘度η既是混凝土开始流动的前提，又是不离析的条件。
混凝土拌合物的浆固比和砂率值，对工作性有很大影响，浆固比越大流动性越好，但过大对硬化后的体积稳定性不利；砂率适宜，粗骨料周围包裹足够的砂浆，不易在间隙处聚集而影响填充和密实效果，提高了拌合物通过间隙的能力。
免振捣自密实混凝土的工作性能是研究重点，要从流动性、抗分离性、间隙通过性和填充性4个方面统一考虑，解决流动性与抗分离性的矛盾，从而提高间隙通过能力和填充性。此外，还要解决混凝土的高工作性与硬化混凝土力学与耐久性能的矛盾。
第2章 工作性能评价
免振捣自密实混凝土的工作性能的研究和评价方法是其制备和施工质量控制的基础，关于混凝土工作性评价，国内外试验方法很多，难以用一种方法来全面反映混凝土拌合物的工作性。故采用综合多种试验并与基本流变参数相联系的方法评价免振捣自密实混凝土的工作性。
第1节 绸落度与扩展度试验
通常新拌混凝土的工作性宏观上采用现落度、扩展度来表示，它们主要由τ0决定， τ0越小，坍落度和扩展度就越大。该试验可反映τ0的大小，此外从坍落后拌合物的形状，可目测抗分离能力。
第2节 模型试验
参照国外流态混凝土流动性试验的盒式模型试验装置加以改进，用透明有机玻璃制成模型试验装置（图3-10-1）。通过测定混凝土拌合物经过间隙，从模型一侧流入另一侧时经过两刻度线间的时间（反映η值影响）和流动停止后模型两侧拌合物的高差（反映τ0值影响），综合评价流动性、间隙通过性和填充性。
第3节 配筋模型试验
用透明有机玻璃制成的配筋模型试验装置（图3-10-2），评价混凝土拌合物通过钢筋间隙的能力和填充性，以及分析拌合物的抗分离性，模型内的钢筋网密度可根据试验需要调整。试验方法是观察拌合物穿过钢筋网流动的情况，流动停止后测量模型两端拌合物的高差。另外，可开启模型末端的闸板，放出拌合物，称取通过钢筋骨架前后的拌合物，采用5mm孔径筛分，测定粗骨料含有率的变化，定量评价抗分离性能。
第4节 旋转粘度计试验
采用流变学测量，用旋转粘度计来测定筛除石子后拌合物中砂浆的流变参数τ0和η，混凝土拌合物中砂浆的流变性能对工作性起着重要作用，该项试验有助于分析自密实混凝土的机理，探讨制备方法和工作性能的评价。
第3章 制备方法
在对国内外同类技术比较分析的基础上提出研究目标是：（1）研制一种高工作性能，易于泵送施工，不用振捣成型和密实的混凝土；（2）混凝土硬化后具有优良的力学与耐久性能要求；（3）可在较长时间内保持混凝土的高工作性能，以满足经远距离运输后的施工需要；（4）为便于推广应用，采用常用、易得的原材料和常规工艺，且经济合理。
为此提出了新的免振捣自密实混凝土制备方法。
1.采用自行研制的可溶性树脂新型高效减水剂，按饱和临界掺量掺加，既可保证混凝土高流动性和避免掺量大造成离析，又使混凝土具有低水胶比特征，从而保证混凝土硬化后具有良好的力学和耐久性能。
2.大量掺用粉煤灰、细度约4000m2/g的磨细矿渣等易得矿物掺合料，改善混凝土工作性和硬化后各方面的性能，不采用同类技术中可能会引起副作用的增稠剂和加工成本较高的高细度胶结材料。
3.优选适宜的配合比参数。
第4章 配合比试验与工作性能和硬化后性能的研究
按上述制备方法进行了大量配合比试验工作，采用的原材料为525号、425号硅酸盐、普通硅酸盐、矿渣硅酸盐水泥；中砂，5~20mm卵碎石；DFS-2高效减水剂；Ⅱ、Ⅲ级粉煤灰、磨细矿渣粉等掺合料。按正交试验方法，对影响工作性能和硬化后力学及耐久性能的各因素进行了分析研究，确定了免振捣自密实混凝土的配合比设计。研究表明：
1.掺新型高效减水剂后，拌合物中砂浆的τ0显著降低，适宜的掺量和较低的水胶比条件下混凝土流动性好，且无离析现象。
2.浆固比增大，拌合物流动性、间隙通过能力和填充性提高，强度增大，但随浆固比提高，混凝土收缩值有增大趋势。对于该项研究的免振捣自密实混凝土，浆体所占体积比率最佳范围是34%~42%，可使混凝土具有良好的工作性能和力学及耐久性能。
3.砂率值对间隙通过性影响较大，对混凝土硬化后的各方面性能影响不显著，砂率值在50%左右为最佳。
4.水泥用量相同的条件下，增大掺合料掺量可提高浆固比，调节改善混凝土拌合物的流变性，并可降低水胶比，提高强度和其他性能。在浆固比相同的条件下，粉煤灰掺量超过30%时对强度有降低影响，掺量45%以上影响较为显著，粉煤灰掺量提高，混凝土收缩值减小。
5.混凝土拌合物的流变性能与拌合物中砂浆的流变性能有关，但不完全取决于砂浆的流变性能，还与粗细骨料的质量、比率和胶结材料浆体所占比例有关。拌合物中砂浆的屈服剪应力亏。过小是混凝土产生离析的主要原因，故应使外加剂掺量和水胶比等控制在适宜范围，以获得良好的流动性与抗分离性。
通过大量试验优选的兔振捣自密实混凝土配合比有以下特征：
水胶比为0.27~0.41；混凝土拌合物中胶结材料浆体体积占34%~42%；砂率值.为50%左右；DFS-2高效减水剂掺量一般为0.5%~0.8%；粉煤灰、磨细矿渣等掺合料按其品质和作用效应的不同，有各自不同的掺量范围，如粉煤灰的掺量一般为20%~45%，磨细矿渣一般为40%~75%。
工作性能的试验结果是：胡落度为24~27cm，扩展度大于55cm，大者可达70~80cm；模型试验高差3mm左右；配筋模型试验高差2~10mm，钢筋骨架前后混凝土中粗骨料含量之比为1.0l~1.09。.
对硬化后混凝土的性能进行的全面试验结果表明：（l）兔振捣自密实混凝土采用振捣和不振捣成型，抗压强度基本一致，根据配合比的不同，抗压强度为40~92MPa；（2）免振捣自密实混凝土采用不振捣成型对钢筋握裹力无不利影响；（3）混凝土收缩较小；（4）抗渗和抗碳化性能良好；（5）抗拉、抗折、静力弹性模量等其他力学指标较理想。
第5章 免振捣自密实混凝土配合比及工作性能
实际工程中采用的部分免振捣自密实混凝土的配合比见表3-10-1，工作性能试验结果见表3-l0-2，抗压强度见表3-10-3，钢筋与混凝土握裹力拉拔试验强度值见表3-10-4，收缩，碳化和抗渗试验结果见表3-10-5。
第6章 工程实践及社会、经济效益
上述成果已成功应用于多项工程，如北京西单北大街东商业区热力管道工程、朝阳区南磨房1、2号楼、西单G3区2号楼、十里河综合楼、恒基中心—天元大厦地下通道、恒基中心—北京站地铁地下通道工程、东热工程等，累计应用近5000m3。工程实践表明，这项技术与传统混凝土施工方法相比，施工更合理，节省人力和振捣机具，无振捣噪声，施工速度快且可避免漏振、过振等人为因素对施工质量的影响，可取代普通混凝土，社会效益十分显著。其经济效益表现在：
1.与机械振捣相比，由于不存在扰民问题，可24h作业，故可缩短工期，具有显著的间接经济效益。
2.由于取消了振捣成型，可以提高施工速度，并可保证钢筋、埋件及预留孔道位置不因振捣而移位，有利于保证结构质量。
3.由于取消了振捣机械及振捣工序，因而可以减少能耗、机械费用及人工费用。
根据初步测算，由于取消机械振捣、振捣工和辅助工及减少电能消耗，由此产生的直接经济效益为浇筑每立方米免振捣自密实混凝土可减少机械损耗费l.9元，按混凝土施工定额计算节省人工0.2工日/m3，电费0.l5元/m3，人工费按熟练工每工日30元计，每立方米混凝土产生的直接效益合计8.75元，混凝土生产情况，同强度等级的免振捣自密实混凝土原材料成本与一般泵送商品混凝土相当，即每立方米免振捣自密实混凝土直接效益不低于8.75元。