1、安 徽 建 筑 大 學 材料與化學工程學院自密實混凝土設計與評價CDIO項目個人總結報告課題名稱 自密實混凝土的設計與實踐 年級專業 14無機非金屬材料工程 組 數 指導教師 學生姓名 學 號 2017 年 6 月 文獻綜述一、自密實混凝土簡介混凝土是由膠凝材料( 如水泥) 和各種礦物摻合料、骨料( 如砂石) 及水按適當比例配合，拌合形成混合物，經過一定時間的凝結硬化，形成具有力學性能的人造石材。自密實混凝土（Self-Consolidating Concrete 簡稱 SCC）是指在自身重力作用下能夠流動、密實，即使存在致密鋼筋也能完全填充模板，同時獲得很好均質性，并且不需要附加振動的混凝土

2、。自密實混凝土擁有眾多優點：卓越的流動性和自填充性能，并且不離析、不泌水，能夠保證混凝土良好的密實性；施工過程中無需振搗，避免了振搗對模板產生的磨損，并且沒有振搗噪音，能夠改善工作環境和安全性；成型后的混凝土有優異的耐久性，不會出現表面氣泡或蜂窩麻面，不需要進行表面修補，能夠改善混凝土的表面質量1。自密實混凝土具有砂率較高、膠凝材料摻量較大、高效減水劑用量較大等特點，這些特點使得自密實混凝土與普通混凝土的配合比設計大不相同。再加上自密實混凝土對原材料的要求比較嚴格，各種原材料因地域性不同所表現出來的材料組成和性質有著天壤之別。所以，針對于某一地區的原材料性能合理地進行自密實混凝土的配合比設計有

3、重要的意義2。二、研究的目的及意義3從1988年日本有了關于自密實混凝土的首篇報道以來，自密實混凝土的發展已有幾十年的歷史。本文首先將對其進行綜述，概括介紹國內外關于自密實混凝土的基本研究應用結論，這為系統地認識自密實混凝土并進一步開展相關研究工作奠定了基礎。1、國內對自密實混凝土的研究國內對自密實混凝土的研究與應用開始于90年代初期。1987年馮乃謙教授提出了流態混凝土概念，奠定了這一研究的基礎。1993年，北京城建集團構件廠在研制出C60-C80大流動性高強度混凝土的基礎上開始著手于免振搗自密實高性能混凝土的研制，于1996年獲得了免振搗自密實混凝土的國家專利。之后，中建一局、中國鐵道建筑

4、總公司及深圳、濟南、天津、寧夏等地陸續有了自密實混凝土應用于工程實踐的報道。2003年廣州西卡建筑材料公司天津分公司先后在天津和北京舉辦“高性能混凝土、自密實混凝土研討會”，推動了津京地區自密實高性能混凝土的發展。此外，清化大學的廉慧珍教授、覃維祖教授、武漢工業大學的馬保國教授、哈爾濱工業大學的巴恒靜教授、福州大學的鄭建嵐教授、中南大學的謝友均教授、山東建工學院的李志明教授以及江蘇建材研究院、天津市建筑科學研究院等對自密實混凝土做了大量研究工作，促進了我國自密實混凝土的發展。2、國外對自密實混凝土的研究國外對自密實混凝土的研究報道較早出現于日本。1988年夏，東京大學岡村甫研制室第一次成功地配

5、制出自密實混凝土。次年，在東京舉行了自密實混凝土的公開實驗，會后許多大建筑公司開始了自密實混凝土的開發。1991年就有13家總承包公司的研究人員在東京大學實驗室研究自密實高性能混凝土，1992年出席日本混凝土學會關于自密實混凝土年會的單位增至30家。至1994年底，日本已有28個建筑公司掌握了自密實混凝土的技術，可見其發展速度是很快的。其它國家也逐漸開始研制自密實混凝土。事實上，上世紀80年代早期挪威建造的混凝土結構海上石油平臺，由于配筋密集且結構龐大無法對混凝土振搗，所配制使用的混凝土實際上是依靠重力密實。法國于1995年開始研制免振搗自密實混凝土，瑞典、德國、新加坡、瑞士等國家也相繼研制成

6、功并獲得應用，荷蘭自1999年開始已將自密實混凝土用于預制建筑構件的生產。3、自密實混凝土的應用現狀目前，自密實混凝土已廣泛應用于各類工業民用建筑、道路、橋梁、隧道及水下工程、預制構件中，國內也已有自密實混凝土用于特殊結構施工報道，如大型爆炸洞、水工建筑物、窄徑深孔井樁、鋼管混凝土等。加拿大、英國有報道通過高摻量粉煤灰生產出28天強度為28-46MPa和30-35MPa的自密實混凝土；世界上跨度最大（主跨1990m）的懸索橋一明石海峽大橋工程是自密實高性能混凝土成功應用的典范。明石橋的2個錨錠分別使用了24萬m3m和15萬m3m強度為25MPa的自密實混凝土。由于采用自密實高性能混凝土施工新技

7、術，使兩個錨錠的施工從兩年辦縮短到兩年，縮短工期20%；美國西雅圖雙聯廣場是迄今為止自密實高性能混凝土用于實際結構中強度最高的，實測28d強度119MPa，91d強度145MPa，由于采用了超高強的自密實高性能混凝土降低了結構成本30%。國內也有C30，C40自密實混凝土的研究和應用。2002年C100高性能混凝土在北京率先成功應用于國家大劇院工程后，2004年4月沈陽遠吉大廈鋼管混凝土柱采用自密實混凝土澆灌，28天強度等級達到C100。深圳、上海、北京等城市已應用自密實混凝土澆筑了4萬余立方米。主要應用于地下暗挖、配筋形狀較為密實、復雜等無法澆筑和振搗的部位。解決了施工擾民的問題，縮短了澆筑

8、工期。三、課題研究內容1、自密實混凝土配合比設計方法研究在參考大量文獻、總結各種已有混凝土配合比設計方法的基礎上，提出一種新的自密實混凝土配合比設計方法。該方法應力求滿足自密實混凝土對于原材料的敏感性要求，考慮到具體材料的特性而變化其中的參數取值，并能體現不同參數對于自密實混凝土相應性能的影響。2、水泥和礦物摻合料與減水劑相容性問題的試驗研究 凈漿的流變性能對自密實混凝土的工作性有很大影響。要保證所用高效減水劑應該與水泥和礦物摻合料之間彼此相容，并且為了滿足漿體的流動性、保水性和粘聚性等多方面要求，各材料用量應該有一個合理的范圍本文采用一種水泥、兩種新型高效減水劑和三種礦物摻合料，按“混凝土外

9、加劑對水泥的適應性檢測方法”，分別研究了各材料組分在不同水灰比和不同比例搭配條件下的漿體流動性，為自密實混凝土配合比試驗提供參考數據。3、自密實混凝土配合比試驗研究按照本文提出的自密實混凝土配合比設計方法設計初步配合比，探討各參數對于混凝土性能的影響，并針對所用原材料得出其合理用量范圍;在保證良好工作性的基礎上，研究自密實混凝土的力學性能;在現有試驗條件下，爭取擴大強度范圍，配制出不同強度等級的自密實混凝土。四、自密實混凝土性能1、混凝土工作性 對于混凝土拌合物的工作性，眾多學者曾給出自己不同的定義。工作性涵義的廣泛和難于定量化表示是它最大的特點與普通混凝土和一般大流動性混凝土相比，自密實混凝

10、土的工作性內涵有所擴大，具體體現在以下四個方面:（1）高流動性:保證混凝土能夠在自重作用下克服內部阻力(包括膠凝材料的粘滯性與內聚力以及骨料顆粒間的摩擦力)和與模板、鋼筋間的粘附性，產生流動并填充模板與鋼筋周圍。（2）高穩定性:保證混凝土質量均勻一致，在澆注過程中砂漿與骨料不會離析，澆注后不會泌水與沉降分層。（3）通過鋼筋間隙能力:保證混凝土穿越鋼筋間隙時不發生阻塞。（4）填充密實性:保證混凝土填充模板，并自行排出澆灌過程中帶入的氣泡達到成型密實。是流動性、穩定性和間隙通過性的綜合表現。2、技術特點同普通混凝土相比，自密實混凝土在配合比設計上對原材質量和用量有更高的要求，主要表現在如下方面：

11、(1)高效減水劑是自密實混凝土產生的前提。自密實混凝土隨著高效減水劑的發展而產生的，減水劑對其性能有決定響。減水劑的作用相當于振搗棒，均勻分散水泥顆粒于水形成漿體，骨料通過漿體浮力和粘聚力懸浮于水泥漿中。自密實混凝土應用技術規程（CECS203：2006）4中規定，宜選用聚羧酸系高效減水劑，當需要提高混凝土拌和物粘聚性時，自密實混凝土中可摻入增粘劑。  (2)自密實混凝土對水泥的要求。水泥強度等級根據混凝土的試配強度等級選擇，同時考慮與減水劑相容性問題，通常自密實混凝土比普通混凝土水泥用量多、水泥強度等級高。自密實混凝土應用技術規程中規定，使用礦物摻合料的自密實混凝土，宜選用硅酸鹽水

12、泥或普通硅酸鹽水泥。  (3)自密實混凝土對骨料的要求。自密實混凝土對骨料有較高的要求，自密實混凝土應用技術規程規定，粗骨料宜采用連續級配或2個單粒徑級配的石子，最大粒徑不宜大于20mm；石子的含泥量1.0、泥塊含量0.5、針片狀顆粒含量8；石子孔隙率40。(4)超細礦物摻合料是配制自密實混凝土的必要條件。超細礦物摻合料是自密實混凝土配制不可缺少的條件，它們可以提高拌合物的流動性、減少水泥用量和水化熱，并通過二次火山灰效應參與水化進程，提高混凝土后期強度。常用的超細礦物摻合料有粉煤灰、礦粉和硅粉，礦物摻合料的細度和吸水量是重要的參數，一般認為直徑小于0.125mm的細礦物摻合料對自密

13、實混凝土更有利，并且要求0.063mm孔徑篩的通過率大于70。五、自密實混凝土設計1、設計原材料 自密實混凝土具有特殊的工作性能，這使得它在原材料上比普通振搗混凝土要求更為細致嚴格。 1、水泥 理論上各種水泥都可用于配制自密實混凝土，品種的選擇決定于對混凝土強度、耐久性等的要求;但考慮到工作性要求及坍落度經時損失小，應優先選擇C3A和堿含量小、標準稠度需水量低的水泥。 2、骨料 自密實混凝土應選擇質地堅硬、密實、潔凈的骨料，含泥量、雜質要少。粗骨料針片含量少，最大粒徑一般在16mm20mm范圍，且間斷級配往往優于連續級配砂在混凝土中存在雙重效應，一是圓形顆粒的滾動減水效應;二是比表面積大，需水

14、量高這兩種相互矛盾的效應決定了必須根據水泥、摻合料、外加劑等情況綜合考慮來選取砂率。宜選用級配良好的中砂或粗砂。 3、化學外加劑 宜采用減水率在20%以上的高效減水劑，復合使用高效減水劑和普通減水劑也可獲得較好效果。減水劑的摻量以及與水泥、礦物摻合料的相容性應經試驗確定除此之外，也可摻入增粘劑和引氣劑等外加劑。 4、礦物摻合料 可采用各種母巖的磨細石粉、粉煤灰、磨細礦渣、硅灰等礦物摻合料改善自密實混凝土的流動性能和抗離析能力，提高硬化混凝土的強度和耐久性。不同礦物摻合料復合使用具有超疊加效應，配制自密實混凝土通常將兩種礦物摻合料復合使用。2、自密實混凝土配合比設計方法研究混凝土配合比設計是混凝

15、土材料科學中最基本且最重要的一個問題傳統的配合比設計方法是計算試配法，其計算依據是在普通混凝土組成與性能一般規律的基礎上，計算得到粗略配合比，再經試配調整得到以強度為主要指標的配合比，我國幾十年來一直沿用這種方法。隨著各種新型混凝土的不斷發展，混凝土在材料組成上逐漸復雜化，對拌合物的工作性及硬化后的力學、耐久性能的要求也越來越高。因此，適用于普通混凝土的配合比設計方法已經不能滿足其它類型混凝土在材料和性能上的高要求，而在任何情況下都能通用的混凝土配合比是不存在的，需要不同的配合比設計方法來設計滿足不同要求的混凝土。1.普通混凝土配合比設計方法傳統的普通混凝土配合比設計方法5，通過合理確定水灰比

16、、單位用水量和砂率三個基本參數，進而得出水泥、水、砂和石子這四項組成材料的實際用量。上述三個基本參數與混凝土的各項性能之間有著密切的關系:在組成材料一定的情況下，水灰比對混凝土的強度和耐久性起著關鍵的作用;單位用水量反映了水泥漿與骨料之間的比例關系，在水灰比一定的條件下，它是控制拌合物流動性的主要因素;而砂率對混凝土拌合物的和易性，特別是其中的粘聚性和保水性有良大影響。普通混凝土配合比設計方法是以經驗為基礎的半定量設計方法，水灰比、單位用水量和砂率三個參數中，只有水灰比按計算確定，而計算公式中有的參數也是由回歸分析所得，其它兩參數均需查表選擇。這些表是人們長期以來生產普通混凝土的實踐經驗的總結

17、，它在一定程度上反映了普通混凝土配合比的一般規律。隨著粉煤灰在混凝土中的應用不斷擴大，出現了所謂的粉煤灰混凝土超量取代法。它是在普通混凝土基準配合比設計的基礎上，根據混凝土的強度等級和水泥的品種選擇合適的粉煤灰取代水泥百分率，從而求出每立方米混凝土的水泥用量，再按所選的超量系數求得粉煤灰的單位用量，砂的實際用量由粉煤灰超出所取代水泥的體積扣除同體積砂得到，其它組分用量仍沿用普通混凝土配合比設計中的值。該方法是目前商品混凝土攪拌站所普遍采用的方法。在普通混凝土配合比設計規程中，用以確定單位用水量和砂率值的表中的控制因素是碎石、卵石的最大粒徑、坍落度和水灰比，其中的坍落度和水灰比的范圍難以滿足大流

18、動性和低水灰比混凝土的要求，也沒有充分考慮高效減水劑和礦物摻合料對混凝土工作性的調節作用。2.固定砂石體積含量法 這種方法我國吳中偉院士和其他學者都曾做過介紹，其簡要計算步驟如下:(1) 設定每立方米混凝土中石子的松堆體積為0.50.55m3，得到石子用量和砂漿含量;(2) 設定砂漿中砂體積含量為0.42-0.44,得到砂用量和漿體含量;(3) 根據水膠比和膠凝材料中的摻合料比例計算得到用水量和膠凝材料總量，最后由膠凝材料總量計算出水泥和摻合料各自的用量。但水膠比和摻合料的用量如何確定沒做具體規定。8配合比設計書一、實驗原料1) 水泥：海螺牌42.5普通對酸鹽水泥2) 粉煤灰：表觀密度2220

19、kg/m33) 硅灰：表觀密度2190kg/m34) 礦渣：表觀密度2880kg/m35) 粗集料：石（520mm）表觀密度2720kg/m36) 砂：中砂 表觀密度2730kg/m37) 水：自來水 表觀密度1000kg/m38) 外加劑：1.5%聚羧酸系高效減水劑 表觀密度1037kg/m3二、配合比計算1.設計參數1） 強度等級：C30自密實大流態2） 設計依據：自密實混凝土應用技術規程JGJ/T283-2012 普通混凝土配合比設計規程JGJ52-2011 自密實混凝土應用技術規程CECS203：20063） 原材料表觀密度（kg/m³）原材料水泥礦渣粉粉煤灰硅灰砂石5-20

20、mm石10-20mm石5-10mm水外加劑表觀密度30502880222021902730272027202720100010372.粗骨料體積及質量計算1）每立方米混凝土中粗骨料的體積Vg，?。?.32m3填充性指標SF1SF2SF3Vg（m³）0.320.350.300.330.280.302) 每立方米混凝土中粗骨料的質量（mg）計算：mg = Vg·g=0.32×2720=870kg/m³23.砂漿體積Vm計算Vm = 1-Vg =1- 0.32 = 0.680 m³4.砂漿中砂的體積分數（s）可取0.420.45, ?。?.455.每

21、立方米混凝土中砂的體積Vs和質量msVs = Vm·s = 0.68× 0.45 = 0.306m³ms = Vs·g= 0.306 × 2730 = 835kg/m³計算配比砂率Sp=49.0%6.漿體體積Vp計算Vp = Vm - Vs= 0.68 - 0.306 =0.374m³7.膠凝材料表觀密度b計算水泥礦渣粉粉煤灰硅灰kg/m³305028802220219010%20%5%總共：35%8.自密實混凝土的配制強度fcu,0計算（按JGJ55-2011計算）：fcu,o fcu,k + 1.645 = 3

22、0 + 1.645×5 =38.2MPa根據實際工程經驗，應提高混凝土出站強度保證率，即要提高配制強度保證率，最終要保證結構實體的強度保證率滿足要求。因此將保證率系數從1.645提高到2.3，對應的保證率由95%提高到98.9%。計算此時的試配強度為： fcu,o fcu,k + 2.3 = 30 + 2.3×5 =41.5 MPa9.水膠比計算10.每立方米自密實混凝土中膠凝材料的質量mb計算11.每立方米混凝土中水的質量（mw）mw = mb·（mw/mb)= 470×0.44= 207 kg/m³12.每立方米混凝土中水泥質量和礦物摻合料

23、的質量礦渣粉 mSL=mb×SL =470×10% =47 kg/m³粉煤灰 mFA=mb×FA =470×20% =94 kg/m³硅灰 mSi=mb×Si =470×5% =24 kg/m³水泥 mc=mb-mm =470-47-94-24 =305 kg/m³13.外加劑（減水劑）用量計算：（為外加劑用量，?。?.50%）mca = mb·= 470×1.50% = 7.05 kg/m³強度等級水膠比砂率%容重kg/m³配合比用量（kg/m³

24、;）水泥礦渣粉粉煤灰硅灰砂石5-20mm水外加劑C30自密實大流態0.4449.0 23703054794248358702077.05三、C30自密實混凝土配合比：強度等級水膠比砂率%容重kg/m³配合比用量（kg/m³）水泥礦渣粉粉煤灰硅灰砂石5-20mm水外加劑C30自密實大流態0.4347.9238127168902382489819413.33其中粗集料石子采用兩種規格：細石子（5mm10mm）：粗石子（10mm20mm）=3:7四、方案修改由于實驗中出現了坍落度不符合要求的情況，所以對配合比進行了多次修改，最終C30自密實混凝土配合比設定為：石頭：粗：細=7:3

25、，每15L粗石：9.429 L、細石：4.041L最終配合比經現場實際設計達到了550mm坍落度的性能要求，粘聚性良好的拌合物。成本核算：水泥325元/噸，S95礦渣295元/噸，II級粉煤灰136元/噸，S105礦渣305元/噸，碎石5-10mm：85元/噸，碎石10-20mm：115元/噸，砂91元/噸，減水劑1800元/噸，硅灰1000元/噸，石灰石粉85元/噸，尾礦粉230元/噸根據最終設計方案核算：原料水泥S95礦渣粉煤灰碎石510mm碎石1020mm砂減水劑硅灰價格/元882012.2422.972.2974.982423總價338元6個人總結自密實混凝土具有許多優點和廣闊的工程應用前景。目前雖然對自密實混凝土已經有了較多的試驗研究和理論分析，但還是缺乏系統研究，也沒有提出具有普遍適應性的配合比設計方法。由于自密實混