自密实混凝土课件.ppt

1/72,第三节 自密实混凝土,武汉理工大学本科课程,2009年8月15日，广州西塔将C100超高性能免振自密实混凝土一次泵送至440.75米高度的直升飞机停机坪，继前两次试验成功后再创新高度。,2/72,自密实混凝土制作,自密实混凝土工程应用,国内外标准对比,3/72,1.普通混凝土在浇筑过程中，由于一些客观原因，不能保证混凝土完全密实，导致混凝土耐久性不良。 2.在配筋稠密且复杂的工程，或者是在一些特种薄壁结构、高细结构、浅埋暗挖工程、隧道和地下结构中，混凝土振捣密实困难。 3.商品混凝土的发展，对新拌混凝土的大流动性及在运输、浇筑过程中较长的保塑性提出了新的要求。 4.环保节能，传统混凝土振捣施工不但产生噪音污染，而且费时费工，工人劳动强度大，工作环境恶劣。,自密实混凝土产生的背景,4/72,海上承台桩芯混凝土浇筑,日本明石海峡大桥,某工程剪力墙配筋,实 例,5/72,自密实混凝土（Self Compacting Concrete 简称SCC）是指拌合物具有很高的流动性并且在浇筑过程中不离析、不泌水，能够不经振捣而充满模板和包裹钢筋的混凝土。在传统的坍落度试验中，自密实混凝土在达到260mm以上坍落度、600mm以上扩展度的同时，无离析、泌水现象发生。,高流动性：保证混凝土能够绕过障碍物，充分填充模型的每个角落。,高稳定性：保证混凝土质量均匀一致，即不泌水，骨料不离析,通过钢筋间隙能力：保证混凝土穿越钢筋间隙时不发生阻塞,自填充性：是流动性、稳定性和间隙通过性的最终结果,自密实混凝土定义,6/72,冈村教授,前川教授,小沢教授,自密实混凝土是在1988年由东京大学的冈村教授，前川教授以及小沢教授首次在世界上提出的并冠以自密实混凝土的名称，其设想是从水下不分离混凝土中得到的启示；1988年夏天在东京大学土木系混凝土研究室成功配置出第一号免振自密实混凝土。,自密实混凝土起源,7/72,SCC研讨会,自密实混凝土国内外研究现状,8/72,1998年，中建二局南方公司承建的施工高度为352.2m的深圳赛格广场钢管混凝土中使用了高抛免振捣自密实混凝土。,锡宜高速公路、京杭运河大桥跨沪宁铁路、京杭大运河在施工中采用了C50自密实微膨胀混凝土。,深圳南方国际广场的施工中，使用了C100自密实钢管混凝土；武汉国际会展中心的主楼中庭轴的钢骨混凝土中使用了C40高保塑自密实混凝土,自密实混凝土国内外研究现状,1993年来，国内的研究机构越来越关注自密实混凝土方面的研究。中南大学，清华大学，原重庆建筑大学和武汉理工大学等相继开展自密实混凝土的配置和性能等研究。,9/72,沉井连续墙,钢管柱,预制混凝土,水坝挡水墙,适用场合,10/72,自密实混凝土分类,粉体型,兼用型,粘度剂型,高性能混凝土,建筑混凝土喷射混凝土,填埋混凝土,由于粉料量的増加，材料的抗分离性提高了,由于粘度剂的效果提高了材料的抗分离性,粉料量的増加提高了材料的抗分离性、而粘度剂的使用减小了高流动混凝土的扩展度变化,粉料量少，处于分离状态的混凝土,可塑性状态的混凝土,11/72,自密实混凝土的工作机理,按照流变学理论，新拌混凝土属于宾汉姆流体，其流变方程为式中： 为剪切应力 为屈服剪切应力 为塑性粘度 为剪切速度 是阻碍塑性变形的最大能力，由材料之间的附着力和摩擦力引起，它支配了拌合物的变形能力；当 时，混凝土产生流动。 是反映流体各平流层之间产生的与流动方向反向的阻止其流动的粘滞阻力，它支配了拌和物的流动能力， 越小，在相同外力作用下流动越快。,12/72,自密实混凝土评价方法,坍落度扩展度实验SCC 通常具有较大的坍落度(240 mm270 mm) ，因此可以用坍落扩展度试验代替坍落度试验做混凝土拌合物初步控制用。,倒坍落度筒试验,牵引球粘度计,L仪流动度试验,13/72,J 环试验,自密实混凝土评价方法,14/72,形容器,漏斗,自密实混凝土评价方法,15/72,坍落扩展度试验,V型漏斗试验,U型箱试验,16/72,混凝土的强度主要决定于三个方面：（1）胶结材料硬化后的强度（2）胶结材料与骨料的粘结强度（3）粗骨料的颗粒及骨架强度,自密实混凝土的力学性能试验主要包括不同龄期和配合比对抗压强度、劈裂强度、抗折强度、弹性模量的影响。,试验1：自密实混凝土基本力学性能,配合比,自密实混凝土力学性能,17/72,18/72,19/72,20/72,试验2：粉煤灰和胶凝材料对自密实混凝土强度影响,粉煤灰掺量对自密实高性能混凝土强度影响,21/72,水泥为P.042.5R,水泥为P.032.5,22/72,胶凝材料用量对自密实高性能混凝土强度影响,23/72,水泥为P.042.5R,水泥为P.032.5,24/72,自密实混凝土配合比设计方法,设计方法依据,自密实性能的影响因素,24,25/72,自密实混凝土配合比设计方法,1.1粗骨料的影响 在粗骨料最大粒径与障碍物间距相差较多时，影响砼流动性能的主要因素为粗骨料在砼中所占的体积比例，粗骨料的粒形和粒径对砼的流动性能并无明显影响。 但如果障碍物间距与粗骨料最大粒径接近的话，则需考虑粗骨料的粒形、粒径和级配的影响。 因此在自密实砼配合比设计时，应控制粗骨料的用量和最大粒径。,25,26/72,自密实混凝土配合比设计方法,1.2 流动性和抗离析性的平衡 当砼的流动性增大时，抗离析性将随之减小，而自密实砼的特点是具有高流动性并且具有较好的抗离析性能。 所以通过控制用水量、外加剂用量使自密实砼的流动性和抗离析性达到平衡是自密实砼配合比设计的关键。,26,27/72,自密实混凝土配合比设计方法,1.3固液两相物质的相互作用,砼,粗骨料,砂浆,砂,水泥浆,水,粉体材料,27,28/72,自密实混凝土配合比设计方法,1.3.1粗骨料与砂浆 具有良好流变性能的混凝土拌合物因具备两个要素：较小的骨料体积含量和具有足够黏度的砂浆。 自密实砼粗骨料松堆体积含量因控制在0.5000.550m/m,28,29/72,4.5自密实混凝土配合比设计方法,1.3.2砂和水泥浆 试验表明，砂浆的体积砂率超过42%时，堵塞随体积砂率的增加而增加；当砂浆的体积砂率达到44%时，堵塞几率为100%，所以砂浆的体积砂率不能超过44%。 虽体积砂率小于42%时完全不堵塞，但砂浆的收缩随体积砂率的减小而增大，故一般情况下体积砂率也不宜低于42%。,29,30/72,4.5自密实混凝土配合比设计方法,1.3.3粉体材料和水 两者的关系即为水粉比（体积比）。 水粉比大时浆体浓度小，砼有较好的流动性，但黏聚性较差且硬化后砼的强度较低。 为了保证耐久性和自密实性，可以通过使用矿物掺合料来调节砼拌合物的黏度和硬化后的强度。,30,31/72,4.5自密实混凝土配合比设计方法,1.4高效减水剂的影响,31,32/72,自密实混凝土的配置,考虑到工作性要求及坍落度经时损失小，应优先选择C3A 和碱含量小、标准稠度需水量低的水泥。所选水泥要符合GB175-2007通过硅酸盐水泥的要求。,应选择质地坚硬、密实、洁净的骨料。粗骨料针片含量少, 最大粒径一般在16mm20mm范围。细骨料宜选用级配良好的中砂，砂中所含小于0.125 mm 的细粉对SCC 流变性能非常重要,一般要求不低于10 %。,石粉：石灰石、白云石、花岗岩等的磨细粉, 用于改善和保持SCC 的工作性。 粉煤灰：火山灰质掺合料，能够改善SCC 的流动性，有利于硬化混凝土的耐久性。 磨细矿渣：火山灰质掺合料，能改善和保持SCC 的工作性，有利于硬化混凝土的耐久性。 微硅粉：高活性火山灰质掺合料，用于改善SCC 的流变性能和抗离析能力,提高硬化混凝土的强度和耐久性。,原材料：,水泥,骨料,矿物掺合料,原材料：,水泥,33/72,外加剂(高效减水剂),自密实混凝土的配置,聚羧酸,如今、所有的大流动性混凝土都使用聚羧酸系外加剂。,原材料,34/72,自密实混凝土的配置,外加剂(粘度剂),原材料,35/72,自密实混凝土的配置,配合比,浆骨比 SCC需要一定的胶结料浆体含量,一般为3340 %，另外采用较小的粗骨料体积含量，以减少粗大颗粒在狭窄空间内频繁接触发生堆集堵塞的概率(如图) 。但对混凝土而言,过小的粗骨料体积含量会产生较大的收缩，因此，确定最佳浆骨比是配合比设计的关键,36/72,自密实混凝土的配置,配合比,砂率 减小砂浆与粗骨料之间的相互分离作用,还可通过增加混凝土砂率的办法加以实现,但砂率值过大会影响SCC 的弹性模量和抗压强度,一般宜控制在40 %45 %。,掺合料用量 可以按净浆和砂浆流动度试验确定不同种类掺合料的具体用量,也可根据实际情况和经验选取合理值,可大于胶凝材料总量的30 %。,水灰比 水灰比按混凝土强度、耐久性选择确定,一般在0.4 以下,且用水量不宜超过200 kg/m3 。,37/72,自密实混凝土的配置,设计的基本参数,38/72,自密实混凝土的配置,试配中存在的问题,39/72,国内外标准对比,自密实混凝土设计与施工指南CCES02-2004（中国土木工程学会）,自密实混凝土应用技术规程CECS203-2006（中国工程建设标准化协会）,国内标准,2004规程中，对外加剂的要求：28d收缩率比不宜大于100%。若有必要，可掺加增塑剂。胶凝材料总用量范围可为： 450-550kg/m3。,2006规程中，对于某些低强度等级的自密实混凝土，仅靠增加粉体量不能满足浆体粘性时，可通过试验确认后适当增加增稠剂。单位体积粉体量0.16-0.23 m3。,2个规程推荐的单位体积混凝土中的粗骨料用量：2006: 0.28-0.35 m3的绝对体积；2004： 0.5-0.6 m3的松散体积。,单方混凝土中的出骨料均在950 kg/m3以下,粗骨料的最大粒径在20mm以下,40/72,国内外标准对比,我国规程与国外规范对比,41/72,国内外标准对比,我国规程与国外规范对比,42/72,国内外标准对比,我国规程与国外规范对比,43/72,自密实混凝土应用,应用实例,上海泓邦国际大厦,44/72,自密实混凝土应用,应用实例,三峡大坝发电站,45/72,应用实例,台北金融中心101大楼,自密实混凝土应用,46/72,应用实例,世博演艺中心,自密实混凝土应用,47/72,应用实例,辰山植物园,自密实混凝土应用,48/72,目标就地取材,总胶600mm (SDC)，10kg水或 0.1%外加剂掺量的情况下，混凝土基本稳定，不离析、不泌水,硬化混凝土性能优于或与普通混凝土相当。混凝土性能成本低于通过提高胶凝材料用量来配制的同一应用目的的自密实混凝土，比同强度等级的普通混凝土高10%左右。,低强度自密实混凝土 Smart Dynamic Concrete (SDC),49/72,49,配合比,低强度自密实混凝土 (SDC),TVC*：传统振捣混凝土,50/72,50,低强度自密实混凝土 (SDC),51/72,51,收缩性能Shrinkage property,低强度自密实混凝土 (SDC),52/72,52,低强度自密实混凝土 (SDC),上海探索实例,53/72,其它性能数据,低强度自密实混凝土 (SDC),54/72,高速铁路无砟轨道调整层高抗裂自密实混凝土研究,55/72,一、背景意义,1、武汉城市圈城际铁路概括,武汉城市圈示意图,56/72,1、武汉城市圈城际铁路概况,武汉城市圈四条城际铁路，目前处于施工图设计阶段，其中武汉至黄石、武汉至孝感、武汉至咸宁城际铁路已于2009年3月开工建设，预计2010年底将开展无砟轨道施工,57/72,2、无砟轨道总体结构设计,无砟轨道结构方案为带挡肩的新型单元板式无砟轨道结构，轨道结构由钢轨、扣件、预制轨道板、配筋的自密实混凝土（自流平混凝土调整层）、限位挡台、中间隔离层（土工布）和钢筋混凝土底座等部分组成。,总体结构横断面图,58/72,2、无砟轨道总体结构设计,轨道板采用分块单元结构布置,轨道板采用单元分块式结构，在路基、桥梁和隧道地段轨道板间采用不连接的分块式结构。底座板在每块轨道板范围内设置两个限位挡台（凹槽结构），底座板与自流平混凝土层间设置中间隔离层,轨道板实物图,59/72,3、自流平混凝土结构设计,自流平混凝土结构设计具体指标,60/72,4、自密实混凝土体系的特点,板式无砟轨道CA砂浆出现了许多质量问题，如脱空、积水、开裂、掉块、剥离CA砂浆属引进技术，无自主知识产权自密实混凝土体系可形成国内自主知识产权自密实混凝土体系除应用于国内外，争取在国外应用（俄罗斯寒冷地区），课题会进一步研究寒冷地区高速铁路用自密实混凝土,为什么要用自密实混凝土体系替代CA砂浆层？,61/72,二、内容介绍,间隙通过性,韧性指数,碱骨料反应,硫酸盐侵蚀,62/72,1、评价指标,1、拌合物技术要求与检测方法, 红色字体为京沪高铁指标，绿色为成灌指标，蓝色字体为武汉城际指标，紫色字体为添加项,63/72,2、硬化混凝土性能与检测方法, 红色字体为京沪高铁指标，绿色为成灌指标，蓝色字体为武汉城际指标，紫色字体为添加项,64/72,2、创新点,突破制约高铁寿命的现有调整层材料的技术瓶颈，形成具有自主知识产权的新材料关键技术，把调整层60年寿命提高到100年寿命根据高铁在荷载作用下的受力特点以及我国地域广阔特点，得到调整层在高低温条件下动弹模和动态疲劳寿命特征，为调整层材料的设计，选用，施工提供理论和试验依据通过材料与结构复合技术原理，实现高速铁路调整层高稳定性的设计与应用形成系统的施工规范，标准，在高速铁路上进行大规模应用，并输入到国外,65/72,1、实验原料,粉料A,粉料B,粉料C,粉料D,砂子,石子,外加剂A,外加剂B,三、现场介绍,66/72,透明板,J环,V漏斗,L型仪,U型箱,2、检测装置,67/72,3、实验流程,坍落扩展度实验,68/72,J环实验,69/72,V漏斗实验,70/72,L型仪实验,71/72,4、实验进展,泌浆严重,骨料堆积,钢筋通过能力较好,不泌浆,72/72,谢谢,The End,