摘要：免振自密實混凝土通過對骨料、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性與抗分離之間的矛盾，提高了混凝土拌合物的間隙通過能力和填充能力，在骨料作用下自行密實，并能填充到復雜形體和密筋結(jié)構(gòu)和各個部位、硬化后混凝土具有良好的力學性能及體積穩(wěn)定性。本文就制備原理、方法及應用情況進行了論述。
一、引言
免振自密實混凝土可以定義為：混凝土能夠保持不離析和均勻性，不需要外加振動完全依靠重力作用充滿模板每一個角落，達到充分密實和獲得最佳性能。
隨著城市建設日益蓬勃發(fā)展，建筑工程混凝土用量越來越大，多數(shù)工程結(jié)構(gòu)配筋稠密復雜，振動棒不易插入，難以振動成型；有的工程則地處居民區(qū)、科研機構(gòu)、學校、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)，配筋相對稠密，施工難度大，工期短。這些工程對混凝土的工作性提出了多方面要求，同時采用免振自密實混凝土擁有眾多優(yōu)點：
1、保證混凝土良好的密實
2、提高生產(chǎn)效率。由于不需要振搗，混凝土澆筑需要的時間大幅度縮短，工人勞動強度大幅度降低，需要工人數(shù)量減少。
3、改善工作環(huán)境和安全性，沒有振搗噪音，避免工人長時間手持振動棒導致“手臂振動綜合癥”。
4、改善混凝土的表面質(zhì)量，不會出現(xiàn)表面氣泡或蜂窩麻面，不需要進行表面修補。
5、增加了結(jié)構(gòu)設計的自由度，不需要振搗可以澆筑成型形狀復雜、薄壁和密集配筋的結(jié)構(gòu)。
6、避免了振搗對模板產(chǎn)生的磨損。
然而，免振自密實混凝土的原材料、組成與配合比設計、質(zhì)量控制、性能試驗方法等也具有新的特點和要求。2003至2004年，新疆西部建設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超細粉煤灰應用于免振自密實混凝土，因為發(fā)現(xiàn)KM超細粉煤灰不僅能改善混凝土硬化性能，如耐久性、強度等；同時能夠改善自密實混凝土塑性狀態(tài)的性能，包括流變性、穩(wěn)定性（抗離析能力）和觸變性，使自密實混凝土的質(zhì)量波動減小，性能全面提高。
二、制備原理
免振自密實混凝土首先應具有較高的工作性能，具體表現(xiàn)為高流動性，高抗分離性，高間隙通過能力和高填充性。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)生的剪應力大于或等于阻止塑性變形能力時，混凝土開始流動；η是混凝土拌合物內(nèi)部阻止其流動的一種性能，η越小，在相同外力作用下流動速度越快。由此可知，屈服剪應力和塑性粘度是反應混凝土拌合物工作性能的兩個主要流變參數(shù)。
免振自密混凝土配制的關(guān)鍵就是通過外加劑、膠結(jié)材料、粗細骨料的選擇和精心的配合比設計使混凝土拌合物的屈服剪應力盡可能小，同時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，提高流動性，降低新拌混凝土屈服剪應力，保持適當?shù)恼扯认禂?shù)，使拌合物具有自密實性并具有抵抗離析所需要的粘性。
?。?）采用KM超細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配，利用其顆粒形貌效應提高新拌混凝土的變形性能，提高抗離析及保水性能，同時提高耐久性。
?。?）科學地確定免振自密實混凝土配合比，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。
?。?）確定免振自密實混凝土工作性的評價指標及檢驗方法，要求具有科學性、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。
?。?）混凝土符合設計要求，配合比應科學、經(jīng)濟、合理，保證工藝技術(shù)要求。
四、工作性能評價
為分析免振自密實混凝土的性能，發(fā)展采用了一些新試驗方法：
1、塌落流動度法：（塌落度筒）評價混凝土的塌落流動度、擴展度、流下時間、中邊差（塌落度試驗中點與邊緣之差）。（圖1）
2、粘度測定儀：（采用塌落度筒倒置，出口設鋼筋，間距可根據(jù)試驗需要調(diào)整，鋼筋的下部加閥門）評價拌合物的流下時間。（圖2）
3、L型箱：（用透明有機玻璃制成配筋模型試驗裝置）（圖3）評價混凝土通過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)試驗需要調(diào)整。
4、混凝土開裂評價裝置：用于檢測混凝土的開裂參數(shù)
（圖4）在此使用裂縫面積和最大裂縫開裂寬度作為開裂的評價指標，用裂縫控制率來評價其抗裂性，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、配合比試驗與工作性能和硬化后性能的研究
按上述原則進行了大量試驗，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超細粉煤灰，按正交試驗方法，對影響工作性能和硬化后力學及耐久性能的各因素進行了分析研究，確定了不同強度等級免振密實混凝土的配合比，研究表明：
1、原材料
?。?）水泥：各種強度等級的普通硅酸鹽水泥都可用于免振自密實混凝土，強度等級的選擇決定于對混凝土強度、耐久性等的要求，一般水泥用量為350kg/m3-450kg/m3。
?。?）細骨料：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。
?。?）礦物摻合料：采用比表面積大于等于600m2/kg的KM超細粉煤灰。
2、配合比設計與調(diào)整。
?。?）高流動性與高穩(wěn)定性是免振自密實混凝土的基礎(chǔ)，實現(xiàn)高流動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，可以通過相對簡單的砂漿流動性試驗分析選擇。
?。?）漿固比增大，拌合物流動性、間隙通過能力和填充性提高，強度增大。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、力學性能和耐久性能。
（3）砂率對間隙通過性能影響較大，對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，提高強度和其它性能，在漿固比相同的條件下，摻量超過一定數(shù)量會對強度產(chǎn)生影響。
?。?）混凝土拌合物的流變性能還與粗細骨料的質(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力過小是混凝土產(chǎn)生離析的主要原因。故應使外加劑摻量和水膠比等控制在適宜范圍內(nèi)，為獲得良好的流動性與抗分離性設計主要參數(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超細粉煤灰摻量25-40%。
工作性能的試驗結(jié)果是：塌落流動度260-280mm，擴展度大于600mm，L型箱通過時間＜15s,粘度測定儀通過時間＜5s,鋼筋通過時間＜15s。
對硬化后混凝土的性能進行全面試驗結(jié)果表明：
（1）免振自密實混凝土采用振搗和不振搗成型，抗壓強度基本一致，根據(jù)配合比不同，抗壓強度為30-70MPa。
?。?）混凝土收縮較小，不會產(chǎn)生裂縫。
?。?）抗?jié)B性和抗裂縫性能都比同等級的普通混凝土要好。
六、免振搗自密實混凝土配合比及工作性能的試驗結(jié)果
注：序號1為普通硅酸鹽42、5R水泥；序號2為普通硅酸鹽52、5R水泥；細骨料為烏拉泊粗砂；細度模數(shù)為3.2；粗骨料為烏拉泊產(chǎn)5-20mm卵石；KM超細粉煤灰為新疆西部建設股份有限公司生產(chǎn)；比表面積為620m2/kg；減水劑為新疆西部建設股份有限公司復配自產(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)控制應注意以下幾點
免振自密實混凝土與普通混凝土的生產(chǎn)設備與生產(chǎn)方法完全相同，但前者需要的攪拌時間一般稍長，免振自密實混凝土對高流動性與高穩(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，對生產(chǎn)中各種波動因素的控制要求更加嚴格。重點考慮的因素包括：
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)較高的預拌混凝土生產(chǎn)廠家生產(chǎn)。
2、骨料質(zhì)量控制：級配穩(wěn)定，供應充足，嚴格地控制含水率波動，在生產(chǎn)中應更加頻繁地檢測骨料級配和含水量。
3、用水量：計量系統(tǒng)必須在允許誤差內(nèi)，考慮骨料含水量，隨時調(diào)整用水量。
4、生產(chǎn)監(jiān)測和調(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，最好測試每次攪拌拌合物性能和進行適當調(diào)整，直到性能穩(wěn)定。此后，每次攪拌拌合物也應該目測檢驗。
5、現(xiàn)場性能檢測：免振自密實混凝土運送到現(xiàn)場后，應再次檢測塌落度和擴展度，目測工作性能，確認拌合物是否發(fā)生變化。免振自密實混凝土在澆筑前，必須對鋼筋設置與模板進行嚴格檢驗，確認符合要求。模板須狀態(tài)良好，不會滲漏，輸送方式可采用料斗和泵送；但為體現(xiàn)免振自密實混凝土澆筑的高效率，應采用泵送；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)向壓力會增加，為防止產(chǎn)生離析，冷接縫，還應注意下列事項：
（1）垂直自由落下高度不宜超過5m。
?。?）從下料點水平流動的距離不宜超過10m。
?。?）普通混凝土澆筑層間的冷接縫可通過振搗消除，自密實混凝土則不能。因此，澆筑過程要連續(xù)進行，盡可能避免中斷。
免振自密實混凝土一般能夠自己找平，但表面并不平整，粗骨料會部分突起，故需要在凝結(jié)硬化前適當時間進行抹面。免振自密實混凝土的表面泌水較少，含KM超細粉煤灰則可能完全沒有泌水，早期失水導致收縮裂縫的危險性較大，因此，要在澆筑抹面完成后，在最早可能的時間開始養(yǎng)護，防止混凝土水分損失。
八、工程應用
由新疆建工集團一建施工的辰野廣場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，且與東風路口原辰野名品廣場一期工程交匯為一體，是一項平戰(zhàn)結(jié)合的人防工程，即和平期間為地下商業(yè)街，在戰(zhàn)時期間為地下物資儲備庫及人員隱蔽部。
本工程總長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.類型為無梁樓蓋，由于模板是全封閉的，無法看到內(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、四防護單元混凝土強度為C40，第二防護單元為C50。采用盾構(gòu)技術(shù)和擠壓混凝土襯砌施工法施工。襯砌沿隧道長方向按2m一環(huán)，共分為164環(huán)，每一環(huán)作為一個施工單元，所有工作也按2m一環(huán)進行循環(huán)。
施工工藝：
1、由于模板是全封閉的，無法看到內(nèi)部情況，所以混凝土澆筑前先應精確的計算用量，這樣可間接判斷模板中混凝土的填充程度。
2、免振自密實混凝土的漿液含量很大、流動性強，所以模板支設完畢后，檢查模板評裝是否有縫隙，以免漏漿?！?/P>
3、混凝土泵管架設：按標準架設，盡量減少彎管的使用，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，未支設底板內(nèi)模前進行底板混凝土澆筑，緊接著支設內(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。每個孔澆筑，待混凝土從端模板上部鋼筋孔中漏出，并且再無法注入模板時，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澆注孔連接。
5、混凝土到達現(xiàn)場，檢測坍落度和擴展度，及入模溫度（5℃以上），不符合要求的不得使用。到現(xiàn)場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)場初凝時間。
由新疆西部建設股份有限公司生產(chǎn)的免振自密實混凝土在上述工程中得到了應用。經(jīng)近十個循環(huán)的生產(chǎn)和施工，效果良好，達到了設計和混凝土的各項技術(shù)要求。
九、應用免振自密實混凝土的經(jīng)濟性
在同等條件下比較，免振自密實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，免振自密實混凝土的施工費用相對要小，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)生與修補等等。
應用免振自密實混凝土是否經(jīng)濟，很大程度上決定結(jié)構(gòu)施工條件與環(huán)境，對于普通便于采用振動密實的混凝土結(jié)構(gòu)，使用自密實混凝土澆筑的總體成本會高于使用普通混凝土；對于實施振動比較困難的混凝土結(jié)構(gòu)，應用免振自密實混凝土的總體成本則會降低。
目前，免振自密實混凝土技術(shù)仍處于承先啟后的階段，還需要進行深入的研究和進一步發(fā)展，在應用自密實混凝土的經(jīng)濟性方面還有許多潛力可控。
