摘要：免振自密實(shí)混凝土通過(guò)對(duì)骨料、外加劑、膠結(jié)料和摻合料的選擇以及配合比優(yōu)化，合理的解決了混凝土流動(dòng)性與抗分離之間的矛盾，提高了混凝土拌合物的間隙通過(guò)能力和填充能力，在骨料作用下自行密實(shí)，并能填充到復(fù)雜形體和密筋結(jié)構(gòu)和各個(gè)部位、硬化后混凝土具有良好的力學(xué)性能及體積穩(wěn)定性。本文就制備原理、方法及應(yīng)用情況進(jìn)行了論述。
一、引言
免振自密實(shí)混凝土可以定義為：混凝土能夠保持不離析和均勻性，不需要外加振動(dòng)完全依靠重力作用充滿模板每一個(gè)角落，達(dá)到充分密實(shí)和獲得最佳性能。
隨著城市建設(shè)日益蓬勃發(fā)展，建筑工程混凝土用量越來(lái)越大，多數(shù)工程結(jié)構(gòu)配筋稠密復(fù)雜，振動(dòng)棒不易插入，難以振動(dòng)成型；有的工程則地處居民區(qū)、科研機(jī)構(gòu)、學(xué)校、醫(yī)院附近，需免除施工所產(chǎn)生的噪聲；有的工程則是特種薄壁結(jié)構(gòu)，配筋相對(duì)稠密，施工難度大，工期短。這些工程對(duì)混凝土的工作性提出了多方面要求，同時(shí)采用免振自密實(shí)混凝土擁有眾多優(yōu)點(diǎn)：
1、保證混凝土良好的密實(shí)
2、提高生產(chǎn)效率。由于不需要振搗，混凝土澆筑需要的時(shí)間大幅度縮短，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大幅度降低，需要工人數(shù)量減少。
3、改善工作環(huán)境和安全性，沒(méi)有振搗噪音，避免工人長(zhǎng)時(shí)間手持振動(dòng)棒導(dǎo)致“手臂振動(dòng)綜合癥”。
4、改善混凝土的表面質(zhì)量，不會(huì)出現(xiàn)表面氣泡或蜂窩麻面，不需要進(jìn)行表面修補(bǔ)。
5、增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的自由度，不需要振搗可以澆筑成型形狀復(fù)雜、薄壁和密集配筋的結(jié)構(gòu)。
6、避免了振搗對(duì)模板產(chǎn)生的磨損。
然而，免振自密實(shí)混凝土的原材料、組成與配合比設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制、性能試驗(yàn)方法等也具有新的特點(diǎn)和要求。2003至2004年，新疆西部建設(shè)股份有限公司利用粉煤灰、礦渣輔以核心料加工生產(chǎn)出的KM超細(xì)粉煤灰應(yīng)用于免振自密實(shí)混凝土，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)KM超細(xì)粉煤灰不僅能改善混凝土硬化性能，如耐久性、強(qiáng)度等；同時(shí)能夠改善自密實(shí)混凝土塑性狀態(tài)的性能，包括流變性、穩(wěn)定性（抗離析能力）和觸變性，使自密實(shí)混凝土的質(zhì)量波動(dòng)減小，性能全面提高。
二、制備原理
免振自密實(shí)混凝土首先應(yīng)具有較高的工作性能，具體表現(xiàn)為高流動(dòng)性，高抗分離性，高間隙通過(guò)能力和高填充性。根據(jù)賓漢姆方程：τ＝τ0 +ηγ，在外力作用下混凝土拌合物內(nèi)部產(chǎn)生的剪應(yīng)力大于或等于阻止塑性變形能力時(shí)，混凝土開始流動(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)力和塑性粘度是反應(yīng)混凝土拌合物工作性能的兩個(gè)主要流變參數(shù)。
免振自密混凝土配制的關(guān)鍵就是通過(guò)外加劑、膠結(jié)材料、粗細(xì)骨料的選擇和精心的配合比設(shè)計(jì)使混凝土拌合物的屈服剪應(yīng)力盡可能小，同時(shí)又具有一定的塑性粘度，令骨料懸浮于水泥漿體中。
三、技術(shù)路線
?。?）采用新型高效成水劑降低水膠比，提高流動(dòng)性，降低新拌混凝土屈服剪應(yīng)力，保持適當(dāng)?shù)恼扯认禂?shù)，使拌合物具有自密實(shí)性并具有抵抗離析所需要的粘性。
（2）采用KM超細(xì)粉煤灰為主要成份的混凝土摻合料，改善膠凝材料的顆粒級(jí)配，利用其顆粒形貌效應(yīng)提高新拌混凝土的變形性能，提高抗離析及保水性能，同時(shí)提高耐久性。
?。?）科學(xué)地確定免振自密實(shí)混凝土配合比，由水泥、砂、石、水、摻合料、外加劑構(gòu)成的六組分混凝土，其配合比應(yīng)確定合理參數(shù)，即膠凝材料總量、膠凝材料中摻合料摻量、用水量、砂率、外加劑摻量等。
（4）確定免振自密實(shí)混凝土工作性的評(píng)價(jià)指標(biāo)及檢驗(yàn)方法，要求具有科學(xué)性、易操作性。
?。?）采用常規(guī)地方材料，即水泥、水、砂，石常規(guī)生產(chǎn)工藝，包括拌合和輸送。
?。?）混凝土符合設(shè)計(jì)要求，配合比應(yīng)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理，保證工藝技術(shù)要求。
四、工作性能評(píng)價(jià)
為分析免振自密實(shí)混凝土的性能，發(fā)展采用了一些新試驗(yàn)方法：
1、塌落流動(dòng)度法：（塌落度筒）評(píng)價(jià)混凝土的塌落流動(dòng)度、擴(kuò)展度、流下時(shí)間、中邊差（塌落度試驗(yàn)中點(diǎn)與邊緣之差）。（圖1）
2、粘度測(cè)定儀：（采用塌落度筒倒置，出口設(shè)鋼筋，間距可根據(jù)試驗(yàn)需要調(diào)整，鋼筋的下部加閥門）評(píng)價(jià)拌合物的流下時(shí)間。（圖2）
3、L型箱：（用透明有機(jī)玻璃制成配筋模型試驗(yàn)裝置）（圖3）評(píng)價(jià)混凝土通過(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)的鋼筋密度可根據(jù)試驗(yàn)需要調(diào)整。
4、混凝土開裂評(píng)價(jià)裝置：用于檢測(cè)混凝土的開裂參數(shù)
?。▓D4）在此使用裂縫面積和最大裂縫開裂寬度作為開裂的評(píng)價(jià)指標(biāo)，用裂縫控制率來(lái)評(píng)價(jià)其抗裂性，裂縫控制率
K＝（1－m/m0）×100%
式中：K-裂縫控制率 m－裂縫面積 m0-平板面積
五、配合比試驗(yàn)與工作性能和硬化后性能的研究
按上述原則進(jìn)行了大量試驗(yàn)，采用P.O32.5R、P.O42.5R、P.O52.5R水泥，中粗砂，5-20mm卵石、萘系和樹脂類高效減水劑，KM超細(xì)粉煤灰，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，確定了不同強(qiáng)度等級(jí)免振密實(shí)混凝土的配合比，研究表明：
1、原材料
?。?）水泥：各種強(qiáng)度等級(jí)的普通硅酸鹽水泥都可用于免振自密實(shí)混凝土，強(qiáng)度等級(jí)的選擇決定于對(duì)混凝土強(qiáng)度、耐久性等的要求，一般水泥用量為350kg/m3-450kg/m3。
?。?）細(xì)骨料：普通混凝土用中、粗砂均可使用。
（3）粗骨料：5-20mm卵石，質(zhì)量合格。
?。?）化學(xué)外加劑：宜采用減水率高于25％的高效減水劑，摻入一定量的引氣劑和膨脹劑。
（5）礦物摻合料：采用比表面積大于等于600m2/kg的KM超細(xì)粉煤灰。
2、配合比設(shè)計(jì)與調(diào)整。
?。?）高流動(dòng)性與高穩(wěn)定性是免振自密實(shí)混凝土的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)高流動(dòng)性主要依賴高效減水劑，與水泥之間必須有良好的相容性，減水率越高越好，可以通過(guò)相對(duì)簡(jiǎn)單的砂漿流動(dòng)性試驗(yàn)分析選擇。
?。?）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。但隨著漿固比提高，混凝土收縮值增大，硬化后的體積穩(wěn)定性變差，漿體所占體積、比率最佳范圍是35%-45%，可使混凝土具有良好的工作性能、力學(xué)性能和耐久性能。
?。?）砂率對(duì)間隙通過(guò)性能影響較大，對(duì)混凝土硬化后的各方面性能影響不顯著，砂率值在45%-50%之間最佳。
?。?）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，可降低水膠比，提高強(qiáng)度和其它性能，在漿固比相同的條件下，摻量超過(guò)一定數(shù)量會(huì)對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生影響。
?。?）混凝土拌合物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內(nèi)，為獲得良好的流動(dòng)性與抗分離性設(shè)計(jì)主要參數(shù)如下：
水膠比為0.28-0.40；混凝土拌合物中膠潔材料漿體積占35-45%；砂率值為45-50%；減水劑摻量0.75-2.5%；KM超細(xì)粉煤灰摻量25-40%。
工作性能的試驗(yàn)結(jié)果是：塌落流動(dòng)度260-280mm，擴(kuò)展度大于600mm，L型箱通過(guò)時(shí)間＜15s,粘度測(cè)定儀通過(guò)時(shí)間＜5s,鋼筋通過(guò)時(shí)間＜15s。
對(duì)硬化后混凝土的性能進(jìn)行全面試驗(yàn)結(jié)果表明：
?。?）免振自密實(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)配合比不同，抗壓強(qiáng)度為30-70MPa。
（2）混凝土收縮較小，不會(huì)產(chǎn)生裂縫。
?。?）抗?jié)B性和抗裂縫性能都比同等級(jí)的普通混凝土要好。
六、免振搗自密實(shí)混凝土配合比及工作性能的試驗(yàn)結(jié)果
注：序號(hào)1為普通硅酸鹽42、5R水泥；序號(hào)2為普通硅酸鹽52、5R水泥；細(xì)骨料為烏拉泊粗砂；細(xì)度模數(shù)為3.2；粗骨料為烏拉泊產(chǎn)5-20mm卵石；KM超細(xì)粉煤灰為新疆西部建設(shè)股份有限公司生產(chǎn)；比表面積為620m2/kg；減水劑為新疆西部建設(shè)股份有限公司復(fù)配自產(chǎn)。
七、生產(chǎn)、質(zhì)量控制與澆筑施工
經(jīng)不斷總結(jié)和摸索，生產(chǎn)控制應(yīng)注意以下幾點(diǎn)
免振自密實(shí)混凝土與普通混凝土的生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)方法完全相同，但前者需要的攪拌時(shí)間一般稍長(zhǎng)，免振自密實(shí)混凝土對(duì)高流動(dòng)性與高穩(wěn)定性的要求，決定了其流變性能必須控制在較窄范圍。因此，對(duì)生產(chǎn)中各種波動(dòng)因素的控制要求更加嚴(yán)格。重點(diǎn)考慮的因素包括：
1、生產(chǎn)系統(tǒng)的質(zhì)量控制水平：選用質(zhì)量控制體系良好、人員素質(zhì)較高的預(yù)拌混凝土生產(chǎn)廠家生產(chǎn)。
2、骨料質(zhì)量控制：級(jí)配穩(wěn)定，供應(yīng)充足，嚴(yán)格地控制含水率波動(dòng)，在生產(chǎn)中應(yīng)更加頻繁地檢測(cè)骨料級(jí)配和含水量。
3、用水量：計(jì)量系統(tǒng)必須在允許誤差內(nèi)，考慮骨料含水量，隨時(shí)調(diào)整用水量。
4、生產(chǎn)監(jiān)測(cè)和調(diào)整：在生產(chǎn)剛開始，新拌混凝土性能質(zhì)量易出現(xiàn)波動(dòng)，最好測(cè)試每次攪拌拌合物性能和進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，直到性能穩(wěn)定。此后，每次攪拌拌合物也應(yīng)該目測(cè)檢驗(yàn)。
5、現(xiàn)場(chǎng)性能檢測(cè)：免振自密實(shí)混凝土運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)再次檢測(cè)塌落度和擴(kuò)展度，目測(cè)工作性能，確認(rèn)拌合物是否發(fā)生變化。免振自密實(shí)混凝土在澆筑前，必須對(duì)鋼筋設(shè)置與模板進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，確認(rèn)符合要求。模板須狀態(tài)良好，不會(huì)滲漏，輸送方式可采用料斗和泵送；但為體現(xiàn)免振自密實(shí)混凝土澆筑的高效率，應(yīng)采用泵送；可能的話，從模板底部泵送混凝土，這樣能夠防止減少混凝土表面缺陷；從模板底部泵送澆入方式，模板承受側(cè)向壓力會(huì)增加，為防止產(chǎn)生離析，冷接縫，還應(yīng)注意下列事項(xiàng)：
（1）垂直自由落下高度不宜超過(guò)5m。
（2）從下料點(diǎn)水平流動(dòng)的距離不宜超過(guò)10m。
?。?）普通混凝土澆筑層間的冷接縫可通過(guò)振搗消除，自密實(shí)混凝土則不能。因此，澆筑過(guò)程要連續(xù)進(jìn)行，盡可能避免中斷。
免振自密實(shí)混凝土一般能夠自己找平，但表面并不平整，粗骨料會(huì)部分突起，故需要在凝結(jié)硬化前適當(dāng)時(shí)間進(jìn)行抹面。免振自密實(shí)混凝土的表面泌水較少，含KM超細(xì)粉煤灰則可能完全沒(méi)有泌水，早期失水導(dǎo)致收縮裂縫的危險(xiǎn)性較大，因此，要在澆筑抹面完成后，在最早可能的時(shí)間開始養(yǎng)護(hù)，防止混凝土水分損失。
八、工程應(yīng)用
由新疆建工集團(tuán)一建施工的辰野廣場(chǎng)二期工程位于烏魯木齊繁華的商業(yè)區(qū)解放北路的大十字路口和小十字路口之間，且與東風(fēng)路口原辰野名品廣場(chǎng)一期工程交匯為一體，是一項(xiàng)平戰(zhàn)結(jié)合的人防工程，即和平期間為地下商業(yè)街，在戰(zhàn)時(shí)期間為地下物資儲(chǔ)備庫(kù)及人員隱蔽部。
本工程總長(zhǎng)328m，建筑凈高4.2m,結(jié)構(gòu)上部覆土厚度5-4m.建筑面積8365.23m2.類型為無(wú)梁樓蓋，由于模板是全封閉的，無(wú)法看到內(nèi)部情況，所以采用現(xiàn)澆免振混凝土襯砌，頂板厚0.55m,墻厚0.35m,底板厚0.55m，柱距6m,一、三、四防護(hù)單元混凝土強(qiáng)度為C40，第二防護(hù)單元為C50。采用盾構(gòu)技術(shù)和擠壓混凝土襯砌施工法施工。襯砌沿隧道長(zhǎng)方向按2m一環(huán)，共分為164環(huán)，每一環(huán)作為一個(gè)施工單元，所有工作也按2m一環(huán)進(jìn)行循環(huán)。
施工工藝：
1、由于模板是全封閉的，無(wú)法看到內(nèi)部情況，所以混凝土澆筑前先應(yīng)精確的計(jì)算用量，這樣可間接判斷模板中混凝土的填充程度。
2、免振自密實(shí)混凝土的漿液含量很大、流動(dòng)性強(qiáng)，所以模板支設(shè)完畢后，檢查模板評(píng)裝是否有縫隙，以免漏漿?！?/P>
3、混凝土泵管架設(shè)：按標(biāo)準(zhǔn)架設(shè)，盡量減少?gòu)澒艿氖褂?，以減小混凝土的泵送壓力。
4、混凝土澆筑順序：在襯砌環(huán)鋼筋綁扎完畢，未支設(shè)底板內(nèi)模前進(jìn)行底板混凝土澆筑，緊接著支設(shè)內(nèi)模板完畢，再澆筑墻和頂板混凝土。底板混凝土的上表面斜度應(yīng)與盾構(gòu)尾哺姿態(tài)一致。免振混凝土先從盾構(gòu)左側(cè)墻開始澆鑄，然后依次是左柱、右墻、右柱、右頂、左頂。每個(gè)孔澆筑，待混凝土從端模板上部鋼筋孔中漏出，并且再無(wú)法注入模板時(shí)，將端模上連接管的擋板推至封堵狀態(tài)的一端，將混凝土擋住后，再拆下泵管與下一個(gè)澆注孔連接。
5、混凝土到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，檢測(cè)坍落度和擴(kuò)展度，及入模溫度（5℃以上），不符合要求的不得使用。到現(xiàn)場(chǎng)的第一批和最后一批免振混凝土各做一組試塊，以檢查混凝土現(xiàn)場(chǎng)初凝時(shí)間。
由新疆西部建設(shè)股份有限公司生產(chǎn)的免振自密實(shí)混凝土在上述工程中得到了應(yīng)用。經(jīng)近十個(gè)循環(huán)的生產(chǎn)和施工，效果良好，達(dá)到了設(shè)計(jì)和混凝土的各項(xiàng)技術(shù)要求。
九、應(yīng)用免振自密實(shí)混凝土的經(jīng)濟(jì)性
在同等條件下比較，免振自密實(shí)混凝土的材料與生產(chǎn)成本比普通混凝土高，增高的原因在于需要使用很好的高效減水劑與增大摻量，使用KM超細(xì)粉煤灰和膨脹劑，生產(chǎn)質(zhì)量控制要求提高等等。從澆筑方法比較，免振自密實(shí)混凝土的施工費(fèi)用相對(duì)要小，減小的因素包括節(jié)省人工，施工速度快，以及減少表面缺陷發(fā)生與修補(bǔ)等等。
應(yīng)用免振自密實(shí)混凝土是否經(jīng)濟(jì)，很大程度上決定結(jié)構(gòu)施工條件與環(huán)境，對(duì)于普通便于采用振動(dòng)密實(shí)的混凝土結(jié)構(gòu)，使用自密實(shí)混凝土澆筑的總體成本會(huì)高于使用普通混凝土；對(duì)于實(shí)施振動(dòng)比較困難的混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)用免振自密實(shí)混凝土的總體成本則會(huì)降低。
目前，免振自密實(shí)混凝土技術(shù)仍處于承先啟后的階段，還需要進(jìn)行深入的研究和進(jìn)一步發(fā)展，在應(yīng)用自密實(shí)混凝土的經(jīng)濟(jì)性方面還有許多潛力可控。
