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1、免振自密实混凝土一、免振自密实混凝土技术概述 免振自密实混凝土即拌合物具有很高的流动性而不离析、不泌水，能不经振捣或少振捣而自动流平并充满模型和包裹钢筋的混凝土。此技术在日本、美国等经济技术比较发达的国家应用非常广泛，我国在九十年代开始引进此类技术并逐步在大城市推广应用。免振自密实混凝土综合效益显著，主要用于浇筑量大、浇筑高度大、钢筋密集、有特殊形状等的工程以及地下暗挖、密筋、形状复杂等无法浇筑或浇筑困难的部位。可避免出现因振捣不足而造成的空洞、蜂窝、麻面等质量缺陷。并有方便施工及解决扰民问题等优点。免振自密实混凝土配制的关键是满足良好的流变性能要求，所以，免振自密实混凝土属于高流动性混凝土的
2、一部分。,免振自密实混凝土的拌合物除高流动性外，还必须具有良好的抗材料分离性(抗离析性)、间隙通过性(通过较密钢筋间隙和狭窄通道的能力)和抗堵塞性(填充能力)。国外大多用拌合物的坍落流动度，即坍落后拌合物铺展的直径，作为高流动性混凝土流变性能的量度。拌合物抗离析性可用坍落流动速率来评定，坍落流动速率快时，流动性好，但过快时容易产生离析。抗离析性直接影响混凝土拌合物浇筑后的均匀性。必要时可检测水平流动至不同部位或垂直浇筑到不同高度的拌合物中粗骨料的含量，作为拌合物均质性的评定。一般，免振自密实混凝土凝结时间较长，可达10h左右。,免振自密实混凝土施工中主要要注意控制以下两方面问题：（1）混凝土流
3、动性损失问题控制。混凝土流动性损失问题主要是由高效减水剂与水泥之间的相容性不好造成的。由于水泥颗粒表面对减水剂有吸附作用，当水泥浆体中残余减水剂浓度降低至不足以起到分散作用时，随着水泥水化，水泥浆体的流动性损失很快。解决的办法是保持减水剂在混凝土的水泥浆体中具有一定的残余浓度，包括物理和化学两种途径。物理途径包括减水剂的后掺法、多次添加法、矿物载体缓慢释放方法等，但在工程应用过程中不太方便，影响混凝土的质量；化学途径较多，复合缓凝剂在一定程度上可以减缓混凝土流动性损失，防止混凝土凝结过快，但也可能造成混凝土过度缓凝，影响水泥水化等问题。当前工程上一般通过复合或合成的高性能减水剂，可以较好地控制
4、混凝土坍落度损失，对混凝土硬化影响较小。（2）混凝土早期裂缝问题。免振自密实混凝土早期收缩较大，易造成混凝土的早期开裂，使渗透性降低，严重危害混凝土的耐久性。目前，有效地抑制混凝土早期干缩微裂及离析裂纹产生的主要途径包括：降低混凝土的单方用水量；增加矿物超细粉用量，减小水泥胶凝材料用量，在混凝土中引入微小气孔，减小混凝土总收缩值；在混凝土中掺人适量比例的UEA膨胀剂或纤维，避免连通毛细孔的形成；加强混凝土的早期湿养护等。,二、混凝土达到免振自密实的技术途径 目前，免振捣自密实高性能混凝土是通过掺入高性能减水剂和超细矿物掺和料来实现高性能混凝土。另外，与高性能混凝土相应配套的工艺，包括混凝土的生
5、产、输送、浇筑、养护等各工序应合理优化，可以减少混凝土质量波动，减少初始缺陷，使新拌混凝土更均匀密实，硬化混凝土的骨料相与凝胶相粘结更加牢固，从而使混凝土的各项性能指标提高，最终实现混凝土的高性能化。其技术途径见图7-35。,1、高性能减水剂的作用和选择 如果没有高性能减水剂良好的流化作用，那么经济实用的免振自密实混凝土必定难以实现。一般来说，减水剂用于混凝土中主要起三个不同的作用：(1)改善混凝土的施工工作性(2)减小水灰比，提高混凝土的强度和耐久性；(3)节约水泥，减少混凝土初始缺陷。在混凝土中掺入高效减水剂后，许多性能如微观结构、孔隙率、吸附性、硬化速度、强度等都将发生改变，水泥矿物水化
6、和水泥本身的一些性能也会受到影响。,2、超细矿物掺和料的作用和选择在混凝土中加入矿物超细粉，有助于改善水泥和高效减水剂之间的相容性。超细粉部分替代水泥熟料或水泥本身，既可改善混凝土的流动性，又能提高其强度与耐久性，成为高性能混凝土中不可缺少的组成。,3、UEA膨胀剂在免振自密实混凝土中的作用机理 免振自密实混凝土通常由于粗骨料用量少，粉体材料用量大，混凝土的干燥收缩会大些，容易产生有害裂缝，尤其对外部腐蚀和反复荷载动力作用的结构，裂缝的发展是影响耐久性的主要原因。在混凝土中掺用适量（胶凝材料的10%左右）的UEA膨胀剂能提高混凝土体积的稳定性，补偿收缩，减免早期内部裂缝，改善混凝土的密实性及增
7、强混凝土的抗渗能力，并且能提高混凝土的后期强度。,4、胶凝材料的选择 除要求温升很低的大体积免振自密实混凝土需要选用中热或低热水泥外，硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥都可选用，按目前我国标准应不低于42.5等级水泥，并具有较低的需水性和与所用高效减水剂的相容性。,5、选择最适宜的骨料 一般粗细骨料总量占混凝土体积的6575，是混凝土的主要组成部分，正确选择骨料，是配制免振自密实混凝土基础。因为骨料的物理性质对混凝土的耐久性和强度有显著的影响。粗骨料的吸水率低，可使混凝土强度较高，且抗冻性好，收缩值较小。粗骨料材性过于坚硬，则在混凝土遭受温湿变化而引起体积变化时，混凝土中强度较弱的水泥
8、浆与骨料界面处应力大，易于开裂。而大粒径的骨料使其与胶凝物的结合面相对较少，造成混凝土强度的微观不连续性，混凝土强度较高，这种影响越明显。,三、免振自密实混凝土配合比设计依据 免振自密实混凝土的合理工艺参数选择主要是保证满足混凝土的耐久性和强度的要求，因采用不同的矿物掺和料和化学外加剂，其组分较普通混凝土多，配合比设计也比普通混凝土复杂。目前国际上提出的免振自密实混凝土的配合比设计方法很多，比较典型和应用较多的方法有以下3种：,（1）美国混凝土协会（ACI）推荐方法：此设计适应于抗压强度在4080MPa之间的混凝土。它采用一系列不同的胶凝材料比例和用量来进行试配，最后得到最佳的混凝土配合比。（
9、2）法国国家路桥实验室推荐方法：它通过在模型材料上大量试验的结论，编制了计算机软件，称为BETONLAB，可较好地预测给定要求下的最佳、最经济的混凝土配合比。（3）加拿大混凝土协会推荐方法：它在现有高强混凝土实践的基础上加以总结，对混凝土配合比设计的主要参数给定一些假定，进而设计混凝土的配合比。,（3）加拿大混凝土协会推荐方法：它在现有高强混凝土实践的基础上加以总结，对混凝土配合比设计的主要参数给定一些假定，进而设计混凝土的配合比。我国还没有统一的免振自密实混凝土配合比的设计方法。国内科研部门和施工企业大多采用的是：在普通混凝土设计方法的基础上，主要参数假设给定，通过不同配比方案试验选定。主要
10、有以下两种：假定表观密度法和组分体积法。,（3）超细矿粉掺合料的用量超细矿粉掺合料一般按水泥重量计，硅粉约为5%7%，天然沸石超细粉5%7%，粉煤灰则需超量掺入，在单位用水量不变的条件下，要使28天的免振自密实混凝土强度与普通混凝土相同，要用1.21.4Kg的粉煤灰取代1Kg的水泥。适宜的取代量可达到25%左右，不超过30。据此，可算出水泥的用量，一般水泥用量不宜大于500Kg/m3，胶凝材料总量不宜大于600Kg/m3。,（4）绝对用水量 由于免振自密实混凝土的水胶比小于0.38，故混凝土的最大用水量不超过190Kg/m3，可根据经验假定混凝土的用水量。（5）沙率Sp 因为免振自密实混凝土中
11、水泥浆体积相对较大，故砂率通常取值较低些。非泵送混凝土沙率宜为Sp2834，泵送混凝土Sp=34%44%，强度越高，砂率宜越低。由于表观密度是设定的，于是根据砂率和已确定的其他成分可以算出粗、细骨料的用量。,2、组分体积法通过对大量混凝土试验结果的分析表明，免振自密实混凝土的最佳水泥浆与集料的体积比为35：65。于是在1m3混凝土总量中水泥浆总体积为0.35m3，减去拌合水量和约2%的含气量（即0.02m3）体积余下为胶凝材料。根据各组分的体积乘以相应的密度便可计算出该种材料的重量。免振自密实混凝土的配合比应满足混凝土拌合物高施工性能的要求，与相同强度等级的普通混凝土相比，有较大的浆骨比，即较
12、小的骨料用量，胶凝材料总量一般要超过500kgm3；砂率较大，即粗骨料用量较小，砂率最大可达44左右；使用高效减水剂，掺入量为胶凝材料的3-5%，由于胶凝材料用量大，必须掺用大量矿物细掺料，细掺料总掺量一般大于胶凝材料总量的30。为了保证耐久性，水胶比一般不宜大于0.38。,免振自密实混凝土配合比的确定是根据以上各参数和混凝土强度、耐久性、施工性、体积稳定性(硬化前的抗离析性，硬化后的弹性模量、收缩徐变)等诸性质间矛盾的统一。例如流动性和抗离析性要求粗骨料用量小，但粗骨料用量小时硬化混凝土的弹性模量低，收缩、徐变大；砂率大，有利于施工性而不利于弹性模量；水胶比大，有利于流动性，而不利于强度和耐
13、久性等等。因此与普通混凝土配合比设计不同的是，可根据上述矛盾的统一先确定粗骨料的最合适用量、砂子在砂浆中的含量，进而确定其它组份。我国有关专家建议按混凝土、砂浆、水泥净浆、胶凝材料四层次体系设计，如图736所示。,四、免振自密实混凝土的施工案例1、工程概况某工程位于某市高新技术开发区，建筑面积5万m2，是某市的重点建筑工程，因设计需要，在工程负一层C区需设置4根截面为2.5m3.5m，长12m的大体积转换梁，该梁需承受3000吨荷载，混凝土设计强度为C50。梁中钢筋密集，并预置“工”字形钢，混凝土振动棒无法深入有效振捣，为确保该部位混凝土浇筑质量和整体工程质量，决定采用免振自密实高性能混凝土技
14、术。,2、混凝土的施工配合比设计及试验 参照自密实混凝土配比设计原则及有关工程经验，设计了A、B、C、D四种配合比，如表7-8所示。,试验中用免振捣方法成型了3d、7d、28d检测强度的混凝土试件；且每盘用振捣方法成型一组混凝土试件与免振捣方法成型的混凝土试件作强度对比。试验结果见表79，免振捣成型的混凝土试件28d强度最大值为75.5MPa，最小值为63.8MPa，平均值为69.8MPa，强度标准差为2.36MPa；振捣成型的混凝土试件28d强度最大值为73.2MPa，最小值为62.5MPa，平均值为69.6MPa，强度标准差为3.67MPa；由此可以得出：28d免振捣成型混凝土试件的强度完
15、全满足C50混凝土强度等级的要求。而且其离差很小，说明这种免振自密实混凝土的力学性能比较稳定。免振捣成型的混凝土强度略高于振捣成型的混凝土强度，其标准差也小于振捣成型的混凝土标准差。,3、免振混凝土的施工工艺（1）免振自密实混凝土的质量对原材料的变动很敏感，混凝土制作和施工中各环节的质量控制要求都很严格，因此对操作工人的要求高，对技术和管理人员的要求则更高。由于免振自密实混凝土的组成材料多，必须注意搅拌均匀，施工中采用双卧轴强制式搅拌机，搅拌时间要比普通混凝土的长12倍，一般180min是必要的。搅拌不足的混凝土拌合物不仅因不均匀而影响硬化后的性质，而且在泵送出管后混凝土流动性进一步增大，会产
16、生离析现象。混凝土配制时，投料顺序最好是先搅拌砂浆，最后投入粗骨料。为保证混凝土拌和物的质量，配制时要严格计量程序，严把计量关。搅拌工艺流程见图7-37。,（2）对每次搅拌的混凝土在浇注之前均要作充填性检查.办法是在受料或泵送前的位置前设置类似于结构物的钢筋障碍状物网片，以浇注要求的速度通过，检查判定充填性是否良好，不能正常通过该装置的混凝土不能浇注，否则会损害整体工程质量.（3）一般来说，免振自密实混凝土适合于泵送浇筑。特殊结构的混凝土构件的浇筑高度可在4m左右，用吊斗浇筑时产生离析的可能性大，对配合比要求更严格，难度较大。在必须用吊斗浇筑时，应使出料口和模板入口的距离尽量小，必要时可加用串
17、筒施工。混凝土浇筑前要严格检查钢筋间距及钢筋与模板间的距离，必要时进行适当的插捣，排除可能截留的空气。,（4）对摸板支撑设计的要求 免振自密实混凝土对模型设计的要求很高，因混凝土的高流动化，混凝土对模壁的压力增加。设计模板的支撑和固定系统时，应以混凝土自重传递的液压力大小为作用压力，同时考虑分隔板影响、模板形状、大小、配筋状况、浇注速度、凝结速度、温度等因素。混凝土凝结之前是最危险的时刻，若分隔板间压力差太大，模板的刚度不够或组模不当，下部崩裂后会导致混凝土流出，造成质量事故和安全隐患。因此，选择高强钢材制作模板，提高设计安全系数，建议以最不利因素做为模板设计取值的基本依据.,（5）混凝土的泵
18、送性能和浇注技术 1）泵送性能。免振自密实混凝土因材料不易分离，变形性优良，在弯管和锥管处堵管的可能性减小.具有优良的泵送性能。但另一方面，混凝土与管壁的摩擦阻力增加，混凝土与管壁间的滑动膜层形成困难.混凝土作用于轴向的压力增大。与普通泵送混凝土相比，在同样小时输送量下，其压力损失约增大3040，若浇注停止后，再浇注时需增大压送力.因此，泵送施工时应制定周密施工计划，合理布置配管.,2）浇注技术。免振自密实混凝土浇注时应控制好浇注速度，不能过快。要防止过量空气的卷入或混凝土供应不足而中断浇注。因为随着浇注速度的增加，免振自密实混凝土比一般混凝土输送阻力的增加明显增大，且呈非线性增长，故为保证混凝土质量，浇注时应保持缓和而连续的浇注。施工前要注意制定好混凝土浇注及泵送配管计划。大型混凝土结构物可采用分枝配管工法。,3）注意事项。免振自密实混凝土的充填性优良，浇注高度较大。箱型断面的结构体有可能次浇注到顶，其底部模板受到的压力很大，浇注混凝土时应充分考虑模板设计与安装条件。另外混凝土的直接下落高度应小于2m，防止粗骨料的离散，下落高度较大时，要配用套管施工.此外，免振自密实混凝土不泌水，施工缝处不会有浮浆，但应注意防止混凝土干燥裂缝，施工中应加强早期湿润养护，养护期间应控制混凝土内部最高温度不超过75，并严格遵守混凝土技术有关施工缝设置与处理的有关规定。,
