自密实混凝土及其在印度尼西亚的应用.pdf

2 0 1 1年 第 6期 (总 第 2 6 0 期 ) Nu mb e r 6i n 2 0l 1 ( To t a lI No 2 6 0) 混 凝 土 Co nc r e t e 预拌混凝土 READY M I XED CONICR ET E d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 , 3 5 5 0 2 0 1 1 0 6 0 3 4 自密实混凝土及其在印度尼西亚的应用 王赞芝 ，江林雁 ，梁庆昌 ( 1 广西工学院 土木建筑工程 系，广西 柳州 5 4 5 0 0 6 ；2 印度尼西亚大学 土木工程系 ，印度尼西亚 雅加达1 0 2 6 0 ) 摘要： 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。 为了在中国进一步推广和更好地使用白密实混凝土， 介绍 了采用 自密实混凝土改进混凝土结构性能( 即耐久性与可靠性 ) 的趋势 以及 自密实混凝土在 印度尼西亚高层建筑 和大跨桥 梁中的应用情 况 。 由于其高流动性 ， 自密实混凝土适合于浇筑施工 困难地方和复杂截面形式 ， 尤其是钢筋 布置很 密的地方 。 采用 自密实混凝土还能减少 灌注大尺寸混凝 土构件所需要的时间， 例如建筑物的底部或基础 的灌注 。 自密实混凝土也会减小施丁现场 由于混凝土振捣产生的噪音 。 随 着掺合剂技术在使用新一代聚羧化物基超增塑剂方面的发展 ， 现在 自密实混凝土可 以大规模商业 化生产 ， 并 成功地 在印度尼西亚和世 界 各地应用 。 关键词 ： 自密实混凝土 ；高性能混凝土；聚羧化物基超增塑剂 中图分类号 ： TU 5 2 8 5 3 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 6 - 一 O 1 0 8 一 - 0 6 Sel f c om pa c t i ng c onc r e t e a nd i t s ap pl i c a t i on i n I n done s i a WANG Z a n - z h i ， J I ANG L in- y a n ， SUP ART ONOFr a n c i s c u s - xa v e r i u s (1 Ci v i l a n d Ar c h i t e c t u r a l E ng i n e e r i n g De p a r t me n t ， Gu a n g x i Un i v e r s i cy o f Te c h n o l o g y， Liuz h o u 5 4 5 0 0 6， Ch i n a 2 C i v i l E n g i n e e r i n g D e p a r t me n t ， U n i v e r s i ty o f I n d o n e s i a ， J a k a r t a 1 0 2 6 0 ， I n d o n e s ia ) Ab s t r a c t ： S e l f c o n s o l i d a t i n g c o n c r e t e( S CC) i s c a l l e d t h e mo s t r e v o lu t i o n a r y d e v e l o p me n t i n c o n c r e t e c o n s tr u c t i o n t e c h n o l o g y i n r e c e n t s e v e r a l d e c a d e s I n o r d e r t o wi d e n i t s a p p l i c a t i o n r a n g e a n d t o u s e i t mo r e e ffi c i e n t l y in Chi n a ， p r e s e n t s t h e t r e n d o fu s i n g S CC t O i mp r o v e t h e p e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s ， i e i t s d u r a bi l i lty a n d r e l i a bi l i ty， b e c a u s e its h i g hl y flo wing n a t u r e ma k e s it s u i t a b l e f o r p l a c i n g c o n c r e t e i n d i ffic u l t c o n d i - t i o n s a n d s e c t i o n s ， e s p e c i a l l y wi t h c r o w d e d s t e e l r e i n f o r c e me n t U t i l i z a t i o n o f S CC c a n a l s o r e d u c e t h e t ime r e q u i r e d for pla c i n g l a r g e s e c t i o n s i n c o n c r e t e s t r u c tur e s C g i n the b a s e me nt o r s u b s t r u c t u r e S c o n c r e t e p o u r i n g S CC m a y a l s o mi n i mi z e th e n o i s e s o n t h e c o n s t r u c ti o n s i t e t h a t a r e i n - d u c e d by c o n c r e t e v i b r a t o r s F o l l o wi n g t h e d e v e lo p m e nt o f a d m i x tur e S tec h n o l o g y i n u s i n g a n e w g e n e r a t i o n of p o l y - c a r bo x y l a t e p o l y me r b a s e d s u p e r - p l a s t i c i z e r ， S CC c a n n O W b e p r o d u c e d o n a l a r g e c omme r cia l s c a l e a n d b e a p p l i e d s u c c e s s f ul l y in I n d o n e s i a a n d a l l o v e r t he wo r l d Ke y w o r ds ： s e l f c o mpa c t i n g c o n c r e t e ； h i g h p e r f or ma n c e c o n c r e t e ； p o l y - c a r b o x y l a t e p o l ym e r b a s e d s u p e r p l a s t i c i z e r 0 引言 近二 十年来 在印度尼西亚快速 发展的现代混凝 土技术 使 得具有高强度 、 高性能的混凝土能够实现 大规模商 品化 生产和 应用 。 这些成功 的取得归功于该领域持续 不断的研究 和在印度 尼西亚的生产 、 设计 、 施工 中积累的各种实践经验的支持 【 I1 。 目前， 高强混凝土( HS C) 和高性能混凝土( H P C) 常用于现 代建筑 与桥梁lT程 ， 以满足建筑与 桥梁结构性能 的要求 ， 这 些 性能即适用性 、 极端条件和长期耐久性。 在印度尼西亚 ， 首先需要高强混凝土的绝 大部分结 构是预 应力混凝土结构 ，尤其是城市立交桥和公路桥梁。 中高强混凝 土的使用实际上起步于 1 9 6 2年， 当时建造的雅加达市赛曼基 立交桥 ( 见 图 1 ( a ) ， 5 0 m跨径 ) ， 采用 了 K 3 0 0混凝 土( 2 8 d立 方体特征强度 3 0 0 k g c m ， 或柱体强度约为 2 5 MP a ) 。 此后又采 用了中高强到高强混凝土建成了许多预应力混凝土桥梁， 如在 西爪哇省靠近仟鸠市的拉贾曼德拉桥( 图 1 ( b ) ， 跨径 1 3 2 m， 1 9 7 9年建成 ) ， 使用的是 K 3 5 0混凝土 ( 或 3 0 1 V P a 柱体强度 ) 。 为了改进混凝 土结 构( 尤 其是海水环境 中 的结构 ) 的抗 腐 蚀 能力 ， 提 高其长期 耐久性 ， 最近在爪 哇以外地 区的桥 梁也广 泛使 用 中高强 混凝 土 ， 例如苏 门答腊 东部 巴塔姆 区的疃库 塔 姆布赛桥( 图 1 ( C ) ， 2 7 5 1 T I 跨度， 1 9 9 8 年建成) ， 使用 4 0 MP a混 凝土 。 东加里曼丹省巴里克帕潘湾的 巴朗岛桥 ( 图 l ( d ) ， 多跨拱 桥， 跨径 1 0 5 m， 总长 4 6 0 m) 现正开始基础阶段， 设计采用的混 凝土强度是 4 0IV I P a 。 最近 ， 由笔 者设 计的采用 6 0 MP a 混 凝土 的大维 萨挞斜拉 桥 已经建成 ( 图 1 ( e ) ， 8 1 IT I 跨径 ) 。 在该项 目中 ， 主要是 考虑到 塔 门与主梁的连接 ， 采用 了 6 0 MP a自密实混凝 土 ， 该强度等级 的 自密实混凝 土代表 了印度 尼西亚至今 大规模商 品化 生产的 最高强度的 自密实混凝土 。 在现 时期 ， 为了缩短预制周期 、 减小混凝土构件尺寸 ， 一些 混凝土厂生产强度高达 7 0 MP a的混凝土来预制构件， 例如坐落 在雅 加达北部的梅伽莫尔桥 ( 图 1 ( f ) ， 2 0 0 2年 建成 ) ， 其主梁 即 是 由 7 0 MP a 混凝土( 或约 K 8 0 0立方强度 ) 浇筑的 。 目前在 印度尼西亚 H CS也广泛应用于高层 建筑 。 事例之 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 1 2 - 0 3 基金项 目：广两教育厅重点科 研项 目； 广西工学院博 士基金项 目( 院科博0 9 0 1 ) 1 08 一 是幢 5 2层高的住宅楼 ， 在雅加达西部 的阿玛 挞普批塔楼 ( 图 l ( g ) ) ， 使用了 6 0 MP a 混凝土： 通常在高层建筑中使用 HC S 是 为了减小结 构构 件的尺寸 ， 尤其是减小柱子 的尺寸 ， 以此来 获得较大 的商业面积和更好的视觉效果。 a 】 雅加 达 市 L _ t2 , 的赛 曼举 立交 桥 ( b ) 西爪 畦省 的 拉贾 曼德 拉桥 c 1 苏 门替腊 东 部巴塔 姆 区 的 ( d 1 东加 里曼 丹省 巴罩克 帕潘 湾 的 巴勒 朗桥( 热姆 陇 伽朗) 巴朗 岛桥 l e 1 1 f ! 思 的 人维萨 挞 斜拉 桥 ( f 、 在雅 加达 北 部的 备 建梅 伽萸 尔 桥 ( g ) 在 雅 加 达 西 部 拉 瓦 茨 的 阿 玛挞 普拉 塔 楼 图 1 高强混凝土在印度尼西亚的应用 印度 两亚 大学 ： 水： 程 系从 1 9 8 6即开始 了对 HS C和 H P C的研究 ， m F T U I 队实施的对高强混凝土的试验研究 ， 可 以生产出柞体抗压强度高达 1 0 0 MP a ( 或 K 一 1 2 0 0立方强度 ) 的 混凝土I 1 使用 Hs C和 HP C时遇到的主要 障碍 在 印度尼西亚 发展 H S C和 HP C给混凝 土施 工工业带来 了许多好处 。 然而 ， 存混凝土生产 和施工巾 ， 障碍和 困难依然存 在 ， 主要存 在下 列一些问题 ： 混凝土生产 的规 则性 与同一 l生 问题； 混凝土的 作性与坍落度损失问题； _ lf 缩问题； 混 凝土密实问题 1 - 1 混凝 土生 产的规 则性 与 同一性 问题 存混凝土生产f f l ， 尤其在混凝土强度超过 5 0 MP a 时 ， 其强 度有时会呈现 不一致和不规则性 这通常是闲为在生产混凝 土时缺乏质量控制 ， 及 为材料供 应的质量不规范 ， 尤其是供 生产混凝土的集料供应不规范f 3 然而， 在印度尼两亚， 对于中高强混凝土的生产能够获得 强度上的规 则性 。 应该 引起注意的是 ， 在生产强度超过 5 0 MP a 的高强混凝 土时 ， 应该进行较多的试验以确认混凝土生产厂具 有足够的能力来维持符合规范的混凝土生产： 1 2 坍 落度损 失 以前曾讨论过 ， 在生产 H P C时水 泥浆幔度事实上是一个最 重要的 素 在这种情 况下 ， 低水灰 比将使孔隙 比减小 ， 从而提 高水泥浆 的强度。 事实上， 低水灰比会降低T作性。 为了解决这个问题 ， 可以 加进增 塑剂或超增塑剂 ， 从而 可以在低水灰 比时生产 出塑性和 流动性好的混凝土。 然而， 添加常规的增塑剂常常会很快引起新 拌混凝土的坍落度损失 ， 这会给混凝土的浇筑带来很严重 的问 题 ， 尤其对于住交通拥挤 的城市进 行长距离运输 的混凝土。 随着第 代聚羧化物基瀑加剂 的出现 现在可 以较好地满 足现拌混凝土的稳定要求 ， 较好地解决 【 ： 而提到的混凝土灌注 问题。 1 3 干 缩 在炎热的气候条件下， 例如在印度尼西亚， 由于蒸发， 高温 会加速水分散失 ， 这将引起薪近浇筑混凝土的收缩和收缩应力 在制作后的前几个小时内， 混凝土常常有一些收缩 。 但 南于炎热 天气 ， 当混凝土表面水的蒸发率超过 向混凝土表面的渗水率时 ， 混凝土就有产生裂缝 的可能 ： 在这点上 ， 有效的处理对于维持混凝土表面的均匀敛具 有重要作 用 ， l尤其是对于水灰 比非常低 的高强混凝土 ， 它向表 面的渗水率接近于零。 1 4混凝 土密 实性 由于高强混凝土水灰比小， 坍落度损失早， 灌注混凝土可 能在密实性方 存在 难 ， 尤其足在热带的气候条件下。 高温会 降低混凝 土 作性 ， 加速混凝土下沉 ， 进 一步增加混凝土不 密 实的风险。 不密实会导致产生孔隙和蜂窝 ， 这些会削弱混凝土的 耐久性和结 构的稳定性 。 水泥的水化作用存水泥浆巾产生 C a ( OH) ： ： 2 ( 3 Ca O S i O2 ) + 6 H 2 O- - 3 Ca O 2 S i O2 3 H： O+3 Ca ( OH) 2 ( 1 ) 2 ( 2 Ca O S i O! ) + 4 H2 O- - * 3 C a O 2 S i O2 3 H2 O+ Ca ( OH) 2 ( 2 ) 事文 ： ， 由于孑 L 隙的存 存 ， 海 水巾的硫酸盐 可以穿入混凝 土 ， 产 矾石引起混凝 腐蚀( 图 2 ) 。 ( a ) 实 良 的 混 凝 一 ( a ) 密 安 不 瞧 的 混 凝 土 图 2混凝土的密实 2 ( 3 Ca 0 S i O ) + 6 H2 O- - * 3 Ca O 2 S i 02 3 Hz O+ 3 Ca ( OH) 2 Mg S O4 + Ca ( OH) - - , Ca S O4 + Mg ( OH) 2 ( 3) C a S O+ + 3 ( C3 A 1 2 H2 O) 一 3 C3 A。 Ca S O4 3 6 H2 O( 矾 石 ) ( 4) 同样 的效 果 ， 多孔 混凝 土也会让二氧化碳进人 ， 通过 下列 反应与水泥浆中的氢氧化钙结 合I 4 l CO2 + C a ( OH) 2 Ca CO3 + H2 0 ( 5) 反应结果足 南f 灰的存在 ， 使在正常情况下 p H值范围 1 09 为 1 2 l 2的水泥浆的碱度降低。 事实上碳酸饱和降低了水泥浆 的p H值， 直到其值低到 7 - 8 。 这意味着当C O ： 侵入到钢筋表面 时， 腐蚀将发生。 所以 ， 生产高性能混凝土 时 ， 保证混 凝土 的良好 密实是非 常重要 的一步 。 2 聚羧化物基添加剂 聚羧化物基添加剂是新一代添加剂 ， 目前广泛用于混凝土 产品中。聚羧化物酶( P C E) 作为添加剂中的强有力的分散剂已 被人们广泛认同。它们是通过聚合方法合成的第三代减水剂， 由一系列建筑集团联合生产。事实上， 这种新一代疏型聚羧化 物对下列情况具有 良好效果 ：对新拌 混凝土 的强力 增塑作 用； 保持混凝土的黏性和均匀； 控制其T作性。 强大的减水效果可通过增强的分散能力和稳定的水泥颗 粒分散来获得。 无机微粒分散的保持归因于吸附的表面活化剂 的静电的和空间的排斥作用。 它们的化学和物理特性由下列因 素控制( 图 3 ) ： 主要成分 ； 侧链长度和密度 ； 电荷 ； 聚合 物的功能 团。 f a ) 静 电排 斥 l 藿 X 4-1 X f b ) 静 电与空 l司排斥 图 3 物理特性 所 以 ， 可以运用 聚合物化 学知 识 ， 通过 调整上述参数 或其 他变量来定制添加剂， 以满足特定的混凝土性能要求。 可通过设 计来制造聚羧化物使减水和保持工作性取得良好效果， 也可按 配合 比来制造 以保证混凝土的黏结力和均匀性 。 3 自密实混凝 土 自密实混凝土( S C C) 是流动混凝土， 即使在水灰比很小的 情况下， 也能够在自重作用下密实。 S C C的成功生产归咎于聚羧化物基超增塑剂的应用 ， 该超 增塑剂通过静电排斥和空间障碍的双重作用来分散水泥颗粒 ， 从而产生较大的减水效果和长时间的坍落度维持 。 S C C的高流动特性使它适 合于困难场地 和钢 筋布置密集 截面的浇筑 。 使用 S C C还有助 于减少 由于混 凝土振捣 引起 的 施工现场 的噪音。 S C C的另一个优势是浇筑 大截 面混凝土所需 要的时间大大减少了。 在这一点上， 自密实混凝土混合料应该设 计成灌注容易、 不易偏析、 能够无障碍地穿过和通过钢筋骨架。 正确选择集料尺寸和集配， 合理调整水泥浆的流变学性质对设 计 S C C是至关重要的。 】 1 O 举例来说 ， 使用 S C C灌注了大维萨挞斜拉桥索塔。 由= j 塔截面钢筋布置密集， 尤其在拉索的锚固区附近， 达到了 土的密实效果 。 以此为目标 ， 灌注索塔采用了指定圆柱体 为 6 0 MP a 、 最小坍落度流动为 6 5 0 mm 的高性能 、 自密 凝土 。 使用 S C C( 自密实混凝土) 是基于下列理由： 在高处币 塔的浇筑困难地方可以减少使混凝土密实的工作量， 使密 作容易完成 ； 保证混凝土的密实； 保证钢筋和混凝土 效黏结； 在泵送混凝土到高处时节约能量； 对具有复 状的索塔施工， 能做到节约劳动力， 提高施工速度； 提高菲 土的可靠性与耐久性。 在大维萨挞桥 中 ， 无收缩 自密实混凝 土也 用在了浇筑 主梁的接缝 。 指定 S C C的柱体强度为 6 0 MP a ， 而粗集料 的点 尺寸被限定为 1 0 r f l l n 。 考虑到接缝中钢筋布置密集， S C C的 度指定值是 7 5 0 mn 1 。 ( c ) N量 流动直径 ( e ) 大维萨挞桥的预制主梁 ( t) 7 5 c m的坍落度 图 4混凝土施工 4 自密实混凝土拌合 物设计 背景 在 S C C技术成功应用 于印度尼西亚 和世 界各地 的时 还缺乏针对 S C C拌合物设计的简明指南。 研究者尝试了 方法 ， 有基于理论 的， 有 基于流变学 的 ， 但简明实用而又综 强的设计方法还没有很好地建立起来。 如果 回溯 自密实混 凝土 的发展历史 ， 可 以看 到它开女 1 9 8 6年 ， 当时 日本的冈村提议需要发展输送 时不需要捣 固自 密实混凝 土8 1 。 由对新浇混凝 土流 动性 能和分离 阻力 的基本研究 ， 通i 合现有材料， 世界上最早的自密实混凝土的样本首先于 1 9 8 ： 夏天开发出来。 另外， 经过各种应用研究之后， S C C拌合物设 制造 、 施工方法 的建议和应用指南也 已建立 。 按照鱼本的建 自密实混凝土的至少 5项技术指标应该达到下列标准： 难做结构如混凝土截面过大、 位置难于浇筑、 截面形状复杂的混 凝土密实性 ， 这些情况往往混凝土的密实性难于保证 ； 改进结 构的整体质量， 即应该改进混凝土结构的可靠性与耐久性 ， 包括 混凝土与钢筋的可靠连接； 建造丁程合理化， 即应该能够混凝 土施工中缩短施工工期， 并且节约劳力； 改进现场劳动环境， 减少使用振动棒密实混凝土产生的噪音 ； 增加结 构设计的 自 由度， 获得新型结构如钢混凝土夹层结构的更好性能和可靠性。 5 自密实混凝土拌合物设计建议 自密实混凝土首先在 日本发展 ， 为 了广泛使用 自密实混凝 土， 日本的土木工程师协会( J S C E) 建立了自密实混凝土使用建 议和指南。 自密实混凝土施工建议 于 1 9 9 8年 7月发布， 该建 议主要在其 自密实能力方面规范了混凝土性能， 也规范了使用 自密实混凝土时在生产和施工方面的要求及其检查方法。 有关 包括 自密实 昆 凝土试验方法 的建议如表 1 所示。 表 1 J S CE自密实混凝土试验方法 建议 标题 J S CE F 51 J SCE F5 l 2 J SCE F5 1 3 J S CE F5 1 4 J S CE F5 1 5 自密实混凝土越障能力试验方法 自密实混凝土流动能力试验方法 压力法检测 自密实混凝土空气含量试验方法 自密实混凝土 L型流动试验方法 自密实混凝土抗压强度试验试样制作方法 鱼本指 出 ， 有必要通过合 理设计 结构 、 制定 适 当的产 品生 产和施工方案， 使得自密实混凝土的性能满足构件和结构 自身 所期望的要求。 结构的形状、 尺寸、 钢筋布置会改变其 自密实性 要求 。 而且 ， 浇筑高度 、 运送距离 、 提升高度 、 浇筑方法也影响所 要求的密实度。 然而， 事实上浇筑高度 、 运送距离、 提升高度等 施工条件往往通过考虑混凝土特性来适当决定。 为了取得更好 的施工实效， 研究人员提出了3个密实度等级， 它们取决于结 构构件尺寸钢筋布置条件 ， 见表 2 。 表 2自密实混凝土 自密实等级 等级 描述 等级 1 等级 2 等级 3 能在具有复杂形状和 或小的截面面积、 具有最小钢筋间距范围3 5 6 0 mm的构件或其一部分中自密实 能在具有最小钢筋间距范围 6 0 2 0 0 mm的钢筋混凝土结构或构件中自密实 能在具有大的截面面积和少量钢筋 、 具有最小钢筋间距超过 2 0 0 mm 的构件或其一部分中 自密实 总体而言， 在钢筋混凝土及其构件中， 最小钢筋净距的变化 范围是 6 0 2 0 0 ra n 3 ， 钢筋用量的范围是 1 0 0 k g m 到 3 5 0 k g m 。 作为标准， 白密实等级已经调整为等级 2 ， 等级 1 的自密实能力 水准调整为钢筋用量超过等级 2的情况。 然 而 ， 在这种情况 下 ， 钢筋布置必须满足 J S C E ( ( 混凝土标准规范 中下限要求。 另一 方面 ， 等级 3的 自密实能力水准调整为到模板 中布置的钢筋量 少于等级 2的情形。 总之， 自密实能力水准为等级 l 的 自密实混 凝土可以应用于等级为 2和 3的场合， 而自密实能力水准为等 级 2的混凝土也可应用于等级为 3的场合 。 在标准施工条件下， 混凝土的检查可以根据由考虑结构要求 来决定的混凝土的相应等级 ， 通过 自密实能力试验来实施。 到目前 为止， 这个检查程序由已经实施的施工效果来评价。 这里提到的标 准施工条件如下： 浇筑混凝土时最大运送距离 8 l 0 m； 大约 5 m或更少的最大自由下落高度； 约 1 1 0 1 3 0的流动梯度； 在 使用4 或 5 英寸输送管时， 混凝土的泵送距离是 3 0 0 m或以下。 另外 ， 刚浇筑 时 自密实混凝土 的质量偏差必 须足够小 ， 这 一 点也是非常重要 的。 经常发生这种情况 ， 即随着时间增长 ， 新 浇混凝土的质量也随着发生改变 ， 质量也会随制造时拌 合物 的 类型和体积发生改变， 及由于泵送而改变。 所以， 有必要事先通 过实验室和现场试验来检查这些改变 。 紧接着泵送之前 ， 为了保证结构的可靠性， 检查经过运输 的混凝土的 自密实性也是很有必要的。 这项 自密实性检查 可以 通过 自密实性试验 来完成。 当混凝 土明显拌和均衡 ， 质量偏差 也很小时， 由坍落度试验( 图 5 ) 和径流试验或漏斗试验( 图 6 ， J S C E F 5 1 2 ) 的组合值来评估 自密实性是可行的 。 当混凝 土用 于 一 般混凝土结构、 采用 自密实性等级 2时， 也建议用特定间隔 的通过性试验仪器( 图 7 ) 来检查。 可以在运输车辆与混凝土泵 之间安装设备来检查混凝土的整体质量。 沃尔拉文指出， 根据荷兰的施工经验， 对于水平的截面， 如 地板和混凝土路面， 需要的坍落度范围是 5 0 0 8 0 0 mm， 对于倾 斜的板面 ， 需要的坍落度在 4 7 0 5 7 0m m之 间， 而对 于很细长的 构件， 需要的坍落度范围是 6 5 0 8 0 0 mm。 已经得出在维勃时间 I 图 5 坍落度试验 4 9 0 ( 5 0 0 ) ( a ) O彤 撼斗 ( b ) V彤漏斗 图 6 径流试验的 O 形漏斗和 V形漏斗的形状和尺寸( 单位 ： mm) 与坍落度之间的关系 ， 用来确定对用于结构构件的 S C C的要求。 表 3 表示坍落度和维勃时间的关系， 是由沃尔拉文根据不 同的稠度等级总结出来的， 可供特定的现场使用【 l l 】 。 另一方面， 玛纽 萨瑟纳姆也提供了一份拌合物设计常用方 法的总结， 以及这些方法在常规混凝土和 S C C中的应用情况， 见表 4 。 此外 ， 玛纽 萨瑟纳姆还提出一系列将推荐到 S C C拌合物 设计工序中的步骤 ， 如图 8 所示。 l1 1 T 引 通 表 3 供 S CC应用的坍落度与维 勃时 间关系 作为第一步， 基于混凝土单元， 如墙 、 梁、 柱等， 可以获得所 要求的流动特性( 如坍落度和 v形维勃时间) 。用流变学术语 ， 坍落度刻画了混凝土的流动性，而 V形维勃时间表明其黏性。 这两个参数由若干因素控制， 其中主要的几个是粗集料体积分 数、 砂浆含量、 流动性。 此设计工序的其余步骤将以对这 3个参 数的优化为基础 。 设计工序的下一步选择合适 的水 和水 泥含量 ( 水泥 和添加 剂 ， 如二现场得到的数据将再次有所帮助， 氧化硅粉末或活性 表 4 S C C拌合物设计方法 总结 现场 应用得 到的数据 l f 特定构件( 梁、 墙等 ) 所需要的坍落度和 嗍 维勃时间I l l 流动所需的含水量和水泥 用马歇锥体试验优化s P 剂量， 和 含量选择( 基于流动和强度) 装填物( 添加剂) 与水泥的比例 l I 确 定水 泥 浆与 集 料的 体 积 ， 最 大 集 料尺 寸I 通过试 验决定： ( a ) 砂 与集 料 比例 ； 用颗 粒填密法 优化集料 组合： _b ) 粗 集 料 的 ：估 计 其 分 布， 使 偏 用试 验来使偏 析减到 最小， 最 沂减到最小。 最大化通过能力 大化通过能力 图 8 S CC拌合物设计的推荐方法 白榴火山灰 ) 。 这里， 对于指定的流动性要求， 在确定水和水泥 含量时现场得到的数据将再次有所帮助。 另一个需要考虑的附 加因素是强度要求。 由于 S C C的高性能特性 ， 其指定的压缩强 度常常超过 4 0 MP a ， 在使用常规的拌合物设计表的情况下， 同 时将所需要的压缩强度作 为一个设计参数是很有用的 。 这将 有 助于固定水灰比和拌合物的水泥含量。 例如， 在大维萨挞桥中， 需要高流动性、 高抗压强度， 所以只得采用中高的水含量和高的 胶结料含量( 不是高水泥含量) ， 同时控制一个较低的水一 胶结料 比。 另一方面， 如果需要高流动性和低强度， 则将采用高的水含 量和低的集料含量。 为了控制水泥浆 的黏性以防止离析 ， 基于 S C C的流动特性 ， 采用 “ 黏性改 良剂( VMA) ” 可能会更好 。 用 于水泥浆的填料 ( 添 加剂) 与水泥之比和最理想的超增塑剂剂量可以由马歇尔锥体 试验确定。 一 旦水和胶结料的含量固定了， 水泥浆和集料的体积也就 确定了。 最大集料尺寸可以根据截面的钢筋布置来选择 。 最后 这些还必须调整以使混凝土的通过能力最大化 。 表 5是大维萨 挞桥 的 S C C拌合物配合 比。 然 而， 还存在 一个值得注意 的问题 ， 即是 否能存在 一个可 用 于设计 S C C的广泛适用 的方法 。 这样 的方法必 须结合 必不 可少的参数， 如集料形态差异和级配， 水泥浆流变学性质。 可能 11 2 表5 6 0 MP a S C C拌合物配合比【 每立方米混凝土) 材料 用量 k g 材料 用量 k g 材料 用量 k g 将颗粒填密模型与流变学模型相结合很可能提供这一问题的 解决方法 。 然而， 进一步研究来论证这些模型在成功设计S C C 拌合物上的应用是必要的。 6 高性 能混凝 土前景 如前所述 ， 基 于 目前混凝土技术在高强混凝土 ( H S C) 和高 性能混凝土( HP C) 方面的发展， 现在已经显示出自密实混凝土 的发展已经取得了相当大的成功。 然而， 为了在实际混凝土施工 工业更好地实现和应用高强及自密实混凝土， 还存在许多问题 和挑战需要混凝土工程师和结构工程师来解决 ， 例如： 增进 混凝土技术知识 ， 尤其是关于高强和自密实混凝土的； 在混 凝土生产中进一步保证其规范与均匀； 进一步保证获得混凝 土的指定强度和流动性； 改进高性能混凝土的性能， 如坍落 度损失 、 密实性、 早期收缩等； 通过合理的途径降低高强和高 性能混凝土的产品成本。 高强混凝土与高性能混凝土的未来走向将使混凝土技术有 如下的改进： 主要靠采用聚羧化物基超增塑剂的自密实混凝土 的发展， 可以解决用经典方法解决( 通过使用振动棒 ) 的混凝土 密实问题 ， 尤其是在混凝土难 于采用人工密实的情况下 ； 在混 凝土拌合物中添加活性胶凝材料如二氧化硅粉末或其他活性白 榴火山灰， 以获得真正具有良好性能的高强混凝土； 发展可靠 的质量保证 、 质量控制方法， 很可能比改进针对混凝土强度 、 流 动性及其他性能的试验方法更重要， 包括对超高混凝土建筑和 超长跨度混凝土桥梁的耐久性和稳定性的保证。 参考 文献 ： 【 1 赵筠 自密实混凝土的研究与应用【 J 混凝土， 2 0 0 3 ( 6 ) ： 9 - 1 7 f 2 l S U P AR T O N O F X， YU S WAN T I H E E f f e c t o f s i l i c a c o n t e n t i n s i l i - c a f u me o n t h e p e r f o r m a n c e o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e C I n t e ma t io n a l S e mi n a r O i l Hi g h P e rfo r ma n c e Co n c r e t e a n d Un d e r W a t e r Co n c r e t i n g， C S S C ， J a k a r t a ， 2 0 0 1 ( 6 ) ( 3 】E F N AR C S p e c i fi c a t io n a n d g u i d e l i n e s f o r s e l f - c o m p a c t i n g c o n c r e t e S 2 0 H01 4 】R o g e r L a c r o ix Hi g h P e r f o r ma n c e C o n c r e t e ： Wh a t f u t u r e C I n t e r n a t i o n a l S e mi n a r o n Hi g h Pe r f o r ma n c e Co n c r e t e a n d U nd e r W a t e r Co n c r e t i n g， C S S C， J a k a r t a ， 2 0 0 1 ( 6 ) 【 5 J5 AB D E L R A Z I G B P o l y - c a r b o x y l a t e b a s e d a d mi x t u r e s ： T h e i r c h a r a c t e r i s t i c s a n d r o l e i n m a n a g i n g c o n c r e t e p r o b l e m s C 2 n d A C F C o n f e r e n c e ， B a l i ， 2 0 0 6： 2 0 2 1 6 】U O MO T O T N e w t e c h n o l o g i e s f o r c o n c r e t e s t r u c t u r e s ： S e l f C o m p a c t i n g Co n c r e t e a n d Ep o x y Co a t e d B a r s， AC ECON 2 0 0 5， Mu mb a i ， 2 0 0 5： 2 3 2 5 7 】F ON D A S P D e s i g n r e p o r t o f G r a n d Wi s a t a B ri d g e Z J a k a r t a ， 2 0 0 5 【 8 OK A MU R A H P r o s p e c t s for n e w c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t