免振搗自密實(shí)混凝土技術(shù)---技術(shù)交底

免振搗自密實(shí)混凝土是高性能混凝土的一種，其最主要的性質(zhì)是能夠在自重下不用振搗，自行填充模板內(nèi)的空間，形成密實(shí)的混凝土結(jié)構(gòu)。此外它還具有良好的力學(xué)性能與耐久性能，這是一種從混凝土拌合物開(kāi)始直至硬化后的使用期都被全面考慮的高性能混凝土，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在：

1.提高混凝土的密實(shí)性和耐久性，避免漏振、過(guò)振等施工中的人為因素以及配筋密集、結(jié)構(gòu)形成復(fù)雜等不利條件對(duì)施工質(zhì)量的影響。

2.降低作業(yè)強(qiáng)度，節(jié)省勞力、振搗機(jī)具和電能消耗。

3.可消除振搗噪聲，改善環(huán)境，緩解施工擾民的矛盾。

4.簡(jiǎn)化工序，縮短工期，提高效率。

第1章 制備原理

免振搗自密實(shí)混凝土具有高工作性能，表現(xiàn)為具備高流動(dòng)性，高抗分離性，高間隙通過(guò)能力和高填充性。榨流變學(xué)理論，新拌混凝土屬賓漢姆流體，其流變方程為τ=τ0+ηγ，（τ為剪切應(yīng)力；τ0為屈服剪切應(yīng)力；η為塑性粘度；γ為剪切速率）。τ0是阻止塑性變形的最大應(yīng)力，在外力作用下混凝土拌合物內(nèi)部產(chǎn)生的剪應(yīng)力τ≥τ0時(shí)，混凝土產(chǎn)生流動(dòng)；η是混凝土拌合物內(nèi)部阻止其流動(dòng)的一種性能，η越小，在相同外力作用下流動(dòng)速度越快，由此可知，屈服剪應(yīng)力τ0和塑性粘度η是可反映混凝土拌合物工作性的兩個(gè)主要流變參數(shù)。與普通混凝土采用機(jī)械振搗時(shí)因觸變作用令τ0大幅減小，使振動(dòng)影響區(qū)內(nèi)的混凝土呈液化而流動(dòng)并密實(shí)成型的道理相似，制備免振搗自密實(shí)混凝土的原理是通過(guò)外加劑、膠結(jié)材料和粗細(xì)骨料的選擇搭配和精心的配合比設(shè)計(jì)，使τ0減小到適宜范圍，同時(shí)又具有足夠的塑性粘度η，使骨料懸浮于水泥漿中，不出現(xiàn)離析和泌水問(wèn)題，能自由流淌充分填充模型內(nèi)的空間，形成密實(shí)旦均勻的結(jié)構(gòu)。

首先，采用高效減水劑可對(duì)水泥粒子產(chǎn)生強(qiáng)烈的分散作用，高效減水劑在水泥粒子界面的吸附和形成的雙電層，使水泥粒子間產(chǎn)生靜電斥力作用，拆散其絮凝結(jié)構(gòu)，釋放它們約束的水，水泥粒子間相互滑動(dòng)能力增大，使混凝土開(kāi)始流動(dòng)的屈服剪應(yīng)力引降低，獲得高流動(dòng)性能，同時(shí)能有效控制混凝土用水量，保證力學(xué)與耐久性要求。

另一方面，免振搗自密實(shí)混凝土應(yīng)具有較好的抗分離性。試驗(yàn)表明，離析的混凝土在通過(guò)間隙時(shí)，粗骨料會(huì)產(chǎn)生聚集而阻塞間隙，難以填充模板和保持拌合物均質(zhì)?；炷岭x析的主要原因是τ0和η過(guò)小，混凝土抵抗粗骨料與水泥砂漿相對(duì)移動(dòng)的能力弱。由此可知，屈服剪應(yīng)力τ0和塑性粘度η既是混凝土開(kāi)始流動(dòng)的前提，又是不離析的條件。

混凝土拌合物的漿固比和砂率值，對(duì)工作性有很大影響，漿固比越大流動(dòng)性越好，但過(guò)大對(duì)硬化后的體積穩(wěn)定性不利；砂率適宜，粗骨料周圍包裹足夠的砂漿，不易在間隙處聚集而影響填充和密實(shí)效果，提高了拌合物通過(guò)間隙的能力。

免振搗自密實(shí)混凝土的工作性能是研究重點(diǎn)，要從流動(dòng)性、抗分離性、間隙通過(guò)性和填充性4個(gè)方面統(tǒng)一考慮，解決流動(dòng)性與抗分離性的矛盾，從而提高間隙通過(guò)能力和填充性。此外，還要解決混凝土的高工作性與硬化混凝土力學(xué)與耐久性能的矛盾。

第2章 工作性能評(píng)價(jià)

免振搗自密實(shí)混凝土的工作性能的研究和評(píng)價(jià)方法是其制備和施工質(zhì)量控制的基礎(chǔ)，關(guān)于混凝土工作性評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)方法很多，難以用一種方法來(lái)全面反映混凝土拌合物的工作性。故采用綜合多種試驗(yàn)并與基本流變參數(shù)相聯(lián)系的方法評(píng)價(jià)免振搗自密實(shí)混凝土的工作性。

第1節(jié) 綢落度與擴(kuò)展度試驗(yàn)

通常新拌混凝土的工作性宏觀上采用現(xiàn)落度、擴(kuò)展度來(lái)表示，它們主要由τ0決定， τ0越小，坍落度和擴(kuò)展度就越大。該試驗(yàn)可反映τ0的大小，此外從坍落后拌合物的形狀，可目測(cè)抗分離能力。

第2節(jié) 模型試驗(yàn)

參照國(guó)外流態(tài)混凝土流動(dòng)性試驗(yàn)的盒式模型試驗(yàn)裝置加以改進(jìn)，用透明有機(jī)玻璃制成模型試驗(yàn)裝置（圖3-10-1）。通過(guò)測(cè)定混凝土拌合物經(jīng)過(guò)間隙，從模型一側(cè)流入另一側(cè)時(shí)經(jīng)過(guò)兩刻度線間的時(shí)間（反映η值影響）和流動(dòng)停止后模型兩側(cè)拌合物的高差（反映τ0值影響），綜合評(píng)價(jià)流動(dòng)性、間隙通過(guò)性和填充性。

第3節(jié) 配筋模型試驗(yàn)

用透明有機(jī)玻璃制成的配筋模型試驗(yàn)裝置（圖3-10-2），評(píng)價(jià)混凝土拌合物通過(guò)鋼筋間隙的能力和填充性，以及分析拌合物的抗分離性，模型內(nèi)的鋼筋網(wǎng)密度可根據(jù)試驗(yàn)需要調(diào)整。試驗(yàn)方法是觀察拌合物穿過(guò)鋼筋網(wǎng)流動(dòng)的情況，流動(dòng)停止后測(cè)量模型兩端拌合物的高差。另外，可開(kāi)啟模型末端的閘板，放出拌合物，稱取通過(guò)鋼筋骨架前后的拌合物，采用5mm孔徑篩分，測(cè)定粗骨料含有率的變化，定量評(píng)價(jià)抗分離性能。

第4節(jié) 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)試驗(yàn)

采用流變學(xué)測(cè)量，用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)來(lái)測(cè)定篩除石子后拌合物中砂漿的流變參數(shù)τ0和η，混凝土拌合物中砂漿的流變性能對(duì)工作性起著重要作用，該項(xiàng)試驗(yàn)有助于分析自密實(shí)混凝土的機(jī)理，探討制備方法和工作性能的評(píng)價(jià)。

第3章 制備方法

在對(duì)國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)比較分析的基礎(chǔ)上提出研究目標(biāo)是：（1）研制一種高工作性能，易于泵送施工，不用振搗成型和密實(shí)的混凝土；（2）混凝土硬化后具有優(yōu)良的力學(xué)與耐久性能要求；（3）可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持混凝土的高工作性能，以滿足經(jīng)遠(yuǎn)距離運(yùn)輸后的施工需要；（4）為便于推廣應(yīng)用，采用常用、易得的原材料和常規(guī)工藝，且經(jīng)濟(jì)合理。

為此提出了新的免振搗自密實(shí)混凝土制備方法。

1.采用自行研制的可溶性樹(shù)脂新型高效減水劑，按飽和臨界摻量摻加，既可保證混凝土高流動(dòng)性和避免摻量大造成離析，又使混凝土具有低水膠比特征，從而保證混凝土硬化后具有良好的力學(xué)和耐久性能。

2.大量摻用粉煤灰、細(xì)度約4000m2/g的磨細(xì)礦渣等易得礦物摻合料，改善混凝土工作性和硬化后各方面的性能，不采用同類技術(shù)中可能會(huì)引起副作用的增稠劑和加工成本較高的高細(xì)度膠結(jié)材料。

3.優(yōu)選適宜的配合比參數(shù)。

第4章 配合比試驗(yàn)與工作性能和硬化后性能的研究

按上述制備方法進(jìn)行了大量配合比試驗(yàn)工作，采用的原材料為525號(hào)、425號(hào)硅酸鹽、普通硅酸鹽、礦渣硅酸鹽水泥；中砂，5~20mm卵碎石；DFS-2高效減水劑；Ⅱ、Ⅲ級(jí)粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉等摻合料。按正交試驗(yàn)方法，對(duì)影響工作性能和硬化后力學(xué)及耐久性能的各因素進(jìn)行了分析研究，確定了免振搗自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)。研究表明：

1.摻新型高效減水劑后，拌合物中砂漿的τ0顯著降低，適宜的摻量和較低的水膠比條件下混凝土流動(dòng)性好，且無(wú)離析現(xiàn)象。

2.漿固比增大，拌合物流動(dòng)性、間隙通過(guò)能力和填充性提高，強(qiáng)度增大，但隨漿固比提高，混凝土收縮值有增大趨勢(shì)。對(duì)于該項(xiàng)研究的免振搗自密實(shí)混凝土，漿體所占體積比率最佳范圍是34%~42%，可使混凝土具有良好的工作性能和力學(xué)及耐久性能。

3.砂率值對(duì)間隙通過(guò)性影響較大，對(duì)混凝土硬化后的各方面性能影響不顯著，砂率值在50%左右為最佳。

4.水泥用量相同的條件下，增大摻合料摻量可提高漿固比，調(diào)節(jié)改善混凝土拌合物的流變性，并可降低水膠比，提高強(qiáng)度和其他性能。在漿固比相同的條件下，粉煤灰摻量超過(guò)30%時(shí)對(duì)強(qiáng)度有降低影響，摻量45%以上影響較為顯著，粉煤灰摻量提高，混凝土收縮值減小。

5.混凝土拌合物的流變性能與拌合物中砂漿的流變性能有關(guān)，但不完全取決于砂漿的流變性能，還與粗細(xì)骨料的質(zhì)量、比率和膠結(jié)材料漿體所占比例有關(guān)。拌合物中砂漿的屈服剪應(yīng)力虧。過(guò)小是混凝土產(chǎn)生離析的主要原因，故應(yīng)使外加劑摻量和水膠比等控制在適宜范圍，以獲得良好的流動(dòng)性與抗分離性。

通過(guò)大量試驗(yàn)優(yōu)選的兔振搗自密實(shí)混凝土配合比有以下特征：

水膠比為0.27~0.41；混凝土拌合物中膠結(jié)材料漿體體積占34%~42%；砂率值.為50%左右；DFS-2高效減水劑摻量一般為0.5%~0.8%；粉煤灰、磨細(xì)礦渣等摻合料按其品質(zhì)和作用效應(yīng)的不同，有各自不同的摻量范圍，如粉煤灰的摻量一般為20%~45%，磨細(xì)礦渣一般為40%~75%。

工作性能的試驗(yàn)結(jié)果是：胡落度為24~27cm，擴(kuò)展度大于55cm，大者可達(dá)70~80cm；模型試驗(yàn)高差3mm左右；配筋模型試驗(yàn)高差2~10mm，鋼筋骨架前后混凝土中粗骨料含量之比為1.0l~1.09。.

對(duì)硬化后混凝土的性能進(jìn)行的全面試驗(yàn)結(jié)果表明：（l）兔振搗自密實(shí)混凝土采用振搗和不振搗成型，抗壓強(qiáng)度基本一致，根據(jù)配合比的不同，抗壓強(qiáng)度為40~92MPa；（2）免振搗自密實(shí)混凝土采用不振搗成型對(duì)鋼筋握裹力無(wú)不利影響；（3）混凝土收縮較小；（4）抗?jié)B和抗碳化性能良好；（5）抗拉、抗折、靜力彈性模量等其他力學(xué)指標(biāo)較理想。

第5章 免振搗自密實(shí)混凝土配合比及工作性能

實(shí)際工程中采用的部分免振搗自密實(shí)混凝土的配合比見(jiàn)表3-10-1，工作性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3-l0-2，抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表3-10-3，鋼筋與混凝土握裹力拉拔試驗(yàn)強(qiáng)度值見(jiàn)表3-10-4，收縮，碳化和抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3-10-5。

第6章 工程實(shí)踐及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益

上述成果已成功應(yīng)用于多項(xiàng)工程，如北京西單北大街東商業(yè)區(qū)熱力管道工程、朝陽(yáng)區(qū)南磨房1、2號(hào)樓、西單G3區(qū)2號(hào)樓、十里河綜合樓、恒基中心—天元大廈地下通道、恒基中心—北京站地鐵地下通道工程、東熱工程等，累計(jì)應(yīng)用近5000m3。工程實(shí)踐表明，這項(xiàng)技術(shù)與傳統(tǒng)混凝土施工方法相比，施工更合理，節(jié)省人力和振搗機(jī)具，無(wú)振搗噪聲，施工速度快且可避免漏振、過(guò)振等人為因素對(duì)施工質(zhì)量的影響，可取代普通混凝土，社會(huì)效益十分顯著。其經(jīng)濟(jì)效益表現(xiàn)在：

1.與機(jī)械振搗相比，由于不存在擾民問(wèn)題，可24h作業(yè)，故可縮短工期，具有顯著的間接經(jīng)濟(jì)效益。

2.由于取消了振搗成型，可以提高施工速度，并可保證鋼筋、埋件及預(yù)留孔道位置不因振搗而移位，有利于保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

3.由于取消了振搗機(jī)械及振搗工序，因而可以減少能耗、機(jī)械費(fèi)用及人工費(fèi)用。

根據(jù)初步測(cè)算，由于取消機(jī)械振搗、振搗工和輔助工及減少電能消耗，由此產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益為澆筑每立方米免振搗自密實(shí)混凝土可減少機(jī)械損耗費(fèi)l.9元，按混凝土施工定額計(jì)算節(jié)省人工0.2工日/m3，電費(fèi)0.l5元/m3，人工費(fèi)按熟練工每工日30元計(jì)，每立方米混凝土產(chǎn)生的直接效益合計(jì)8.75元，混凝土生產(chǎn)情況，同強(qiáng)度等級(jí)的免振搗自密實(shí)混凝土原材料成本與一般泵送商品混凝土相當(dāng)，即每立方米免振搗自密實(shí)混凝土直接效益不低于8.75元。