1.2　自密實混凝土的特點

1.2.1　自密實混凝土性能敏感性

自密實混凝土高粉體用量、高外加劑用量、低水膠比、低骨料用量的配合比特征以及高流動性決定了自密實混凝土的主要性能特點為高敏感性，具體表現為原材料敏感性、溫度敏感性、施工敏感性以及時間敏感性。

（1）原材料敏感性

原材料敏感性是指與傳統振搗混凝土相比，自密實混凝土的性能（尤其是拌合物性能）受原材料質量波動影響較大。原材料質量波動包括兩個方面，一是不同批次原材料之間的穩定性；二是同一批次原材料不同部位之間的均質性。針對不同批次原材料，應控制不同批次原材料性能指標的波動在一定范圍內。第二種情況多發生于骨料和外加劑，對于骨料而言，骨料堆不同部位的細顆粒含量與含水率會存在一定差異；對于外加劑而言，主要是由于沉淀而導致不同部位外加劑的濃度不同。以細骨料含水率為例，當細骨料含水率變化1%時，混凝土中的單方用水量將變化6～10kg；當細骨料含水率增加1%時，自密實混凝土會出現離析泌水；當細骨料含水率減少1%時，自密實混凝土流動性變小，就會無法滿足自密實的效果。《歐洲自密實混凝土指南》提出了新拌混凝土穩健性（robustness）的概念，一種設計較好的自密實混凝土，當用水量變化范圍為5～10kg/m3時，新拌自密實混凝土的性能不能超出自密實混凝土拌合物規定的目標等級［1］。有學者在系統研究砂率、粉煤灰摻量、膠集比、單方用水量及外加劑用量波動對自密實混凝土工作性和強度影響的基礎上，確定了其投料精度控制范圍，得出了骨料的波動對自密實混凝土質量影響較大的結論，并提出了骨料（砂和石）控制精度應在0.9%以內，這比普通混凝土要求的2%要高得多［5］。

（2）溫度敏感性

溫度敏感性是指自密實混凝土拌合物性能隨溫度變化而產生大幅度的變化。自密實混凝土的核心是其拌合物的自密實性能，由于自密實混凝土中膠凝材料用量較大、外加劑用量也較大，當環境溫度較高或者原材料的溫度較高時，會加快水泥的水化以及外加劑減水作用的發揮，自密實混凝土的工作性能也將隨著溫度的提高而加快損失，無法滿足自密實的流動性需求。當環境溫度較低時，由于外加劑在低溫下發揮減水作用所需時間較長，自密實混凝土的工作性能可能出現“返大”現象，在冬季施工或者氣溫驟降時，一定要注意自密實混凝土工作性能的低溫敏感性。因此，在自密實混凝土溫度敏感性控制過程中，要確保自密實混凝土拌合物的入模溫度為5～30℃［6］。

（3）施工敏感性

施工敏感性是指自密實混凝土拌合物性能經現場輸送（泵送、自卸等）前后發生顯著變化的特性。施工對自密實混凝土性能的影響主要表現為兩個方面。一是泵送對自密實混凝土流動性能的影響，通常而言，泵送會降低自密實混凝土的流動性，但由于自密實混凝土黏度較大，泵送自密實混凝土所需的壓力也較大。二是自密實混凝土對模板的要求較高，由于自密實混凝土極高的工作性能，近似流體，一方面自密實混凝土對模板支撐剛度的要求很高，自密實混凝土對模板的側壓力增加，所以必須提高模板的支撐剛度；另一方面，自密實混凝土對模板的密封性要求很高，密封不好的模板經常會出現漏漿現象。當采用泵送施工時，一定要通過模擬試驗來驗證施工工藝，主要驗證泵送后自密實混凝土的流動性能否滿足施工要求，泵送后的含氣量能否滿足耐久性要求。通常而言，泵送會降低自密實混凝土的流動性，但對含氣量的影響還沒有定論［7，8］。

（4）時間敏感性

時間敏感性是指自密實混凝土攪拌完成后，拌合物工作性能隨時間非線性變化，導致一段時間后工作性能顯著降低，無法實現自密實功能。這也是由混凝土的半成品特性所決定的，混凝土不是我們的最終目標，而滿足設計要求的結構才是我們所追求的最終目標。好的結構需要材料與施工的密切配合，對于傳統振搗混凝土而言，當材料滿足要求時主要是由人為因素影響較大的施工所決定的，而對于自密實混凝土而言，材料性能和施工效果都是靠自密實混凝土自身性能來實現，一旦自密實混凝土的工作性能損失，就無法澆筑出滿足設計要求的結構。自密實混凝土的時間敏感性決定了在施工過程中必須要有良好的施工銜接和施工組織，保障在可施工時間內完成自密實混凝土的施工。自密實混凝土攪拌到入模的時間應控制在120min以內，美國ACI協會編制的《自密實混凝土（Self-Consolidating Concrete）》（ACI 237R—07）要求控制在90min以內［9］。

1.2.2　自密實混凝土的性能特點

（1）新拌混凝土性能

自密實或自充填是自密實混凝土的顯著特征，即不需要人工振搗，僅依靠其自重便能充填和密實。自重是自密實混凝土流動的源動力，因此自密實混凝土又被稱為智能動力混凝土（smart dynamic concrete）［10］。這就要求自密實混凝土具備足夠的工作性能，但由此可能會帶來由于用水量過大導致的收縮開裂、膠凝材料用量過大導致的溫度應力以及骨料下沉而導致離析泌水等問題。

（2）早齡期性能

早齡期性能關注的主要是避免自密實混凝土產生原始缺陷。自密實混凝土的使用，避免了人工漏振、過振等施工缺陷而引起的耐久性不足，對于有抗凍要求的引氣混凝土而言，還會減少由于振搗而造成的混凝土含氣量損失過大導致抗凍性不足的問題。但自密實混凝土與傳統振搗混凝土一樣，具有塑性收縮和塑性開裂的風險。對比自密實混凝土與傳統振搗混凝土（強度等級為30～50MPa）塑性收縮開裂可知［11］：當蒸發速率適中（環境溫度為20℃，相對濕度為50%），塑性開裂發生在凝固前及凝固過程中；當蒸發速率高（有風的條件），塑性開裂發生在塑性階段，即在凝固之前；有風的條件下，自密實混凝土與傳統振搗混凝土具有相似的塑性收縮和限制收縮，自密實混凝土開裂的寬度比傳統振搗混凝土的要小；在蒸發速率較小的情況下，自密實混凝土具有比傳統振搗混凝土高的塑性收縮，其原因是自密實混凝土泌水較少。

（3）硬化體性能

硬化體性能是指混凝土要具有足夠抵抗外部荷載、環境侵蝕以及抗裂的能力。混凝土的所有性能都是為了其硬化體結構能夠滿足設計要求，在設計使用年限內安全服役，因此自密實混凝土硬化體的性能必須具有足夠的抵抗外部荷載和侵蝕的能力，這樣才能確保自密實混凝土結構滿足設計要求。所以，在自密實混凝土定義中特意強調自密實混凝土應具備與傳統振搗混凝土相當的力學性能、耐久性能與體積穩定性。

1.2.3　自密實混凝土的優勢

經過合理配合比設計與規范施工的自密實混凝土，由于獨特的自密實特點，與傳統振搗混凝土相比，具有無可比擬的技術與經濟優勢［1，9，10］。

（1）節約人力與設備

自密實混凝土依靠自重充填成型，免去了混凝土振搗工序。自密實混凝土具有自流平功能，減少了對混凝土表面的抹面收光等工作，可以節省部分施工人員。另外，自密實混凝土施工不需要購買和維護振搗、抹面等施工設備，節約了設備的投入。

（2）縮短施工工期

自密實混凝土施工受人為因素影響小，更為方便快捷。自密實混凝土的大流動特性減少了頻繁移動泵管和混凝土攪拌車，節省施工時間。工程實踐證明，采用自密實混凝土施工，可以提高混凝土澆筑速度，縮短工程總施工工期；另外，還可以避免由于施工設備故障所耽誤的施工工期。

（3）提高結構耐久性

自密實混凝土的應用減少了由于施工工人誤操作或漏操作所引起的施工質量問題，特別是一些無法或難以進行澆筑和振搗的部位。這不僅能解決傳統振搗混凝土施工過程中的漏振、過振以及鋼筋密集部位難以振搗的問題，還避免了由于振搗不足而引起的空洞、蜂窩、狗洞、麻面等質量缺陷，可保證鋼筋、預埋件、預應力孔道的位置不因振搗而移位，顯著提高了結構的耐久性。

（4）設計靈活度大

自密實混凝土可用于傳統振搗混凝土難以澆筑甚至無法澆筑的結構部位，可以澆筑成型形狀復雜、薄壁和密集配筋的結構，因此提高了設計人員的設計空間，大大增加了結構設計的自由度和靈活度。

（5）減少污染

自密實混凝土不需要振搗，大大減少了施工噪聲，尤其對于一些需要強力振搗的結構部位，如纖維鋼筋混凝土結構、預制結構等，在減輕噪聲對施工工人危害的基礎上，更有利于文明施工；另外，避免了振搗施工噪聲對周圍居民居住環境的影響，改善了施工工人的工作環境，確保了施工工地周圍居民免受噪聲的干擾。

（6）社會和環境效益顯著

與傳統振搗混凝土相比，自密實混凝土配制需要粉體量更多，可以摻加大量的工礦業固體廢棄物——如粉煤灰、礦渣粉、石粉等，具有顯著的社會和環境效益。

1.2.4　自密實混凝土可能存在的劣勢

自密實混凝土的配合比與傳統振搗混凝土最大的區別是自密實混凝土中粉體含量較多，而骨料含量相對較少，如圖1.2所示。由于過分追求工作性能，或采取的制備技術途徑不當，致使自密實混凝土可能存在以下劣勢。

①水化熱高：自密實混凝土設計技術路線之一是依靠增加膠凝材料或粉體用量來提高混凝土的工作性能，從而實現混凝土的自密實和自充填特性。這種制備方法往往由于膠凝材料的使用量過大，造成自密實混凝土水化熱增加，從而引起大體積自密實混凝土結構內部溫升過高、內外溫差過大，容易產生溫度裂縫。

②收縮大：自密實混凝土漿體含量通常為0.32～0.42m3，高于普通混凝土漿體含量（小于0.32m3），如圖1.2所示。過多的漿體會增加自密實混凝土的干燥收縮和化學減縮，致使自密實混凝土發生收縮開裂的風險增大。

③成本高：在混凝土組分中膠凝材料成本最高，由于自密實混凝土使用較多的膠凝材料，其原材料成本會有所增加；另外，要使自密實混凝土具有高的流動性，需要添加高效減水劑，為確保自密實混凝土的高抗離析性，還需要根據具體情況，添加黏度改性劑（viscosity modifying admixture，VMA），這樣勢必會增加自密實混凝土的成本。

自密實混凝土潛在水化熱高、收縮大等問題，可以通過配合比設計來解決。通過精心設計的自密實混凝土的溫度應力和收縮應力基本與傳統振搗混凝土相當。自密實混凝土的原材料成本比同強度等級的傳統混凝土高50%～80%，但采用自密實混凝土節約了施工人員的費用、減少了固定設備的投資、節省了施工時間，其綜合成本有可能降低。在國外預應力混凝土梁、大橋橋墩、樁基、箱式管道四種形式的結構中，達到與常規混凝土相當性能時，采用自密實混凝土施工可以節約總工程造價3%左右［7］。因此，自密實混凝土的劣勢是可以通過技術途徑來避免的，綜合考慮材料、設備、施工、人員以及施工工期等因素，采用自密實混凝土結構的綜合成本與傳統振搗混凝土相當。