自密实混凝土耐久性及影响因素研究

许 悦 郑庆康 敬和平

0 引言

自密实混凝土(Self-Compacting Concrete，简称SCC)，指混凝土拌合物不需要振捣、仅依靠自重就能填充模板、包裹钢筋，并能够保持不离析和均匀性，达到充分密实和获得最佳的性能。限制骨料用量、降低水粉比和使用高效减水剂是配制自密实混凝土的特点，但与此同时也造成混凝土粘聚性大、收缩大、容易开裂等。国内外专家纷纷展开了针对性的研究。

1 自密实混凝土的耐久性能

1.1 抗冻性能

一般认为气孔性能对自密实混凝土的抗冻性影响最大。

Bruce J.Christensen研究了自密实混凝土的抗冻性能，认为高效减水剂将使自密实混凝土气孔结构变差，但研究后也认为气孔间隔系数在小于0.4 mm时自密实混凝土依然具有抗冻融循环能力［1］。

余跃雄研究了减水剂、水胶比和引气剂对自密实混凝土抗冻性能的关系，他认为，含气量损失是自密实混凝土抗冻性较差的主要原因［2］，在自密实混凝土利用过程中需重点控制含气量损失、调整含气量掺量和控制出机含气量在5%～7%为宜。

1.2 抗碳化性能

部分学者认为，自密实混凝土的抗碳化性能良好，宗兰等［3］研究干拌自密实混凝土的碳化性能，认为混凝土中的水泥在终凝后，水化产物的继续生成填充了毛细孔，使二氧化碳气体难以深入混凝土内部。但也有学者认为，水胶比较大，浆体含量多的特性使得自密实混凝土抗碳化性能如何还需要进一步探讨。石明霞等人研究了中等强度自密实混凝土中水胶比、粗骨料体积含量、砂浆稠度、减水剂掺量等因素对碳化的影响，推导了自密实混凝土碳化速率，预测了在标准养护条件下自密实混凝土的碳化寿命。他认为，自密实混凝土和普通混凝土一样具有相似的碳化规律，28 d碳化深度与抗压强度有良好的线性关系［4］。综合历年的研究成果，我们可以得出用天然骨料制作自密实混凝土具有较好的抗碳化性能。

1.3 抗氯离子侵蚀性能

王海娜等对比研究了自密实混凝土和普通混凝土的抗氯离子渗透性能。在掺入了粉煤灰和矿粉后，能够优化混凝土的孔结构，提高了混凝土密实度，同时由于粉煤灰和矿粉的二次水化效应，优化了水泥石—骨料的接口过渡区的微观结构，阻碍了氯离子的进一步扩散;同时粉煤灰和矿粉对氯离子的吸附和固化也组织了氯离子进入混凝土内部。自密实混凝土也具备良好的抗氯离子侵蚀性能。

1.4 抗硫酸盐性能

同济大学的鲍明轩研究了双掺粉煤灰和硅灰的自密实混凝土抗硫酸盐性能。认为粉煤灰和硅灰的掺入加大了混凝土的塑性粘度和剪切屈服力;自密实混凝土抗硫酸盐性能优于普通混凝土，且粉煤灰掺量越大抗硫酸盐性能越强［5］。

2 影响自密实混凝土耐久性的因素

因自密实混凝土的自收缩引起开裂影响耐久性，缪汉良等系统的研究了化学外加剂和矿物外加剂对自密实混凝土的影响［6］。

2.1 减水剂对自密实混凝土耐久性的影响

高效减水剂是自密实混凝土重要的不可缺少的一部分，相对于普通混凝土，自密实混凝土特点之一就是使用高效减水剂，但是高效减水剂通常对于混凝土的气孔结构有不良影响，影响自密实混凝土的抗渗性，抗冻融等性质。因此要改善这类的状况需要配合引气剂共同使用。

自密实混凝土的高流动性可以通过选用适合的高效减水剂来达到。常用的减水剂有:萘系、聚羧酸系、三聚氰胺系和氨基磺酸系。加入减水剂之后，水泥颗粒被减水剂分子的憎水基团包裹而引发分散并提高了水泥颗粒之间的润滑性;同时高效减水剂对混凝土的气泡结构也会产生不良影响，但为了使自密实混凝土具备更大的流动度，必须添加比普通混凝土更多的高效减水剂，从而使得对气泡结构的不良影响更大。

2.2 引气剂对自密实混凝土耐久性的影响

针对自密实混凝土加入高效减水剂，改变气泡结构，对其冻融性有不良影响，为达到一定抗冻融性，自密实混凝土中必须添加一定量的引气剂。根据前人的研究，高效减水剂和引气剂的配比不同，所得到的气孔结构也不同。

2.3 粉煤灰、矿渣和硅灰对自密实混凝土耐久性的影响

双掺粉煤灰与矿渣，能够使混凝土内部空隙减小，使得氯离子进入混凝土困难，可以提高自密实混凝土的抗氯离子侵蚀的能力。硅灰颗粒比粉煤灰小得多，可以更好地降低水泥石的空隙率和孔径，提高抗冻融性，一般把硅灰量控制在凝胶材料的10%内提高自密实混凝土的抗冻融性。由于硅灰的火山灰效应，可以水化成凝胶物质，改善孔结构，使得混凝土的抗碳化能力增强［7］。

M.Nehdi用纯水泥、粉煤灰、矿粉、硅粉互掺后制作二组分、三组分和四组分的复合水泥作为胶凝材料制成的自密实混凝土，研究了这些条件下混凝土的抗氯离子侵蚀、抗硫酸盐侵蚀和抗冻性能，得出以下结论［8］:大掺量矿物外加剂代替水泥后，可以制作出工作性能良好的自密实混凝土;和纯水泥制作的自密实混凝土相比，用粉煤灰代替50%水泥后早期抗压强度有所降低，但28 d和91 d强度均要高;三组分和四组分的复合水泥制作的混凝土抗氯离子性能更高。二组分、三组分和四组分的复合水泥抗硫酸盐侵蚀性能也比纯水泥自密实混凝土性能更高。总而言之，复合水泥制作的自密实混凝土有更好的工作性能，和普通混凝土相比耐久性能也更为显著。

2.4 非活性矿物掺合料对自密实混凝土作用

G.Ye研究了石灰石粉作为自密实混凝土的填料对于水泥浆体的水化和微结构的影响，发现掺加石灰石粉后混凝土中的孔径大小、孔径分布、孔体积等的孔结构性能和高性能混凝土中的孔结构相似。通过热力学分析和背散射电子分析发现石灰石粉并不参与化学反应。

3 结语

自密实混凝土由于小的水灰比使得收缩变大，从而影响其他耐久性能;而化学外加剂和矿物掺合料的加入使其气泡特征、结构密实性能等有所改变，从而改变了自密实混凝土的耐久性能。矿物外加剂的加入，尤其是硅灰，由于其较小的粒度，进一步提高了自密实混凝土的密实性，提高了自密实混凝土抗渗抗冻融等方面的性质。

注:潘云峰同志也参加了本文的撰写。

［1］ Bruce J.Christensen，Frank S.Ong.自密实混凝土的抗冻融性能研究［J］.混凝土，2005(9):20-24.

［2］ 余跃雄.三峡工程自密实混凝土抗冻性的论证［J］.水电施工技术，2010(1):67-71.

［3］ 宗 兰，曾丽娟.干拌自密实混凝土抗碳化性能的试验［J］.江苏建材，2008(4):22-26.

［4］ 石明霞，龙广成.中等强度自密实混凝土的碳化性能［J］.新型建筑材料，2009(5):1-5.

［5］ 鲍明轩，贺鸿珠，薛 明，等.双掺粉煤灰和硅灰的大流动度自密实混凝土的抗硫酸盐性能［J］.粉煤灰，2006(1):6-8.

［6］ 缪汉良，杜艳静，朱国平，等.外加剂及矿物细掺料对自密实混凝土耐久性的影响［J］.建筑技术，2009(1):74-77.

［7］ 付亚伟，王硕太，崔云长.硅灰对自密实混凝土性能的影响［J］.四川建筑科学，2009(1):191-203.

［8］ M.Nehdi，M.Pardhan，S.Koshowski.Durability of self-consolidating concrete incorporating high-volume replacement composite cements［J］.Cement and Concrete Research，2004(34):2103-2112.