1.2　自密实混凝土的特点

1.2.1　自密实混凝土性能敏感性

自密实混凝土高粉体用量、高外加剂用量、低水胶比、低骨料用量的配合比特征以及高流动性决定了自密实混凝土的主要性能特点为高敏感性，具体表现为原材料敏感性、温度敏感性、施工敏感性以及时间敏感性。

（1）原材料敏感性

原材料敏感性是指与传统振捣混凝土相比，自密实混凝土的性能（尤其是拌合物性能）受原材料质量波动影响较大。原材料质量波动包括两个方面，一是不同批次原材料之间的稳定性；二是同一批次原材料不同部位之间的均质性。针对不同批次原材料，应控制不同批次原材料性能指标的波动在一定范围内。第二种情况多发生于骨料和外加剂，对于骨料而言，骨料堆不同部位的细颗粒含量与含水率会存在一定差异；对于外加剂而言，主要是由于沉淀而导致不同部位外加剂的浓度不同。以细骨料含水率为例，当细骨料含水率变化1%时，混凝土中的单方用水量将变化6～10kg；当细骨料含水率增加1%时，自密实混凝土会出现离析泌水；当细骨料含水率减少1%时，自密实混凝土流动性变小，就会无法满足自密实的效果。《欧洲自密实混凝土指南》提出了新拌混凝土稳健性（robustness）的概念，一种设计较好的自密实混凝土，当用水量变化范围为5～10kg/m3时，新拌自密实混凝土的性能不能超出自密实混凝土拌合物规定的目标等级［1］。有学者在系统研究砂率、粉煤灰掺量、胶集比、单方用水量及外加剂用量波动对自密实混凝土工作性和强度影响的基础上，确定了其投料精度控制范围，得出了骨料的波动对自密实混凝土质量影响较大的结论，并提出了骨料（砂和石）控制精度应在0.9%以内，这比普通混凝土要求的2%要高得多［5］。

（2）温度敏感性

温度敏感性是指自密实混凝土拌合物性能随温度变化而产生大幅度的变化。自密实混凝土的核心是其拌合物的自密实性能，由于自密实混凝土中胶凝材料用量较大、外加剂用量也较大，当环境温度较高或者原材料的温度较高时，会加快水泥的水化以及外加剂减水作用的发挥，自密实混凝土的工作性能也将随着温度的提高而加快损失，无法满足自密实的流动性需求。当环境温度较低时，由于外加剂在低温下发挥减水作用所需时间较长，自密实混凝土的工作性能可能出现“返大”现象，在冬季施工或者气温骤降时，一定要注意自密实混凝土工作性能的低温敏感性。因此，在自密实混凝土温度敏感性控制过程中，要确保自密实混凝土拌合物的入模温度为5～30℃［6］。

（3）施工敏感性

施工敏感性是指自密实混凝土拌合物性能经现场输送（泵送、自卸等）前后发生显著变化的特性。施工对自密实混凝土性能的影响主要表现为两个方面。一是泵送对自密实混凝土流动性能的影响，通常而言，泵送会降低自密实混凝土的流动性，但由于自密实混凝土黏度较大，泵送自密实混凝土所需的压力也较大。二是自密实混凝土对模板的要求较高，由于自密实混凝土极高的工作性能，近似流体，一方面自密实混凝土对模板支撑刚度的要求很高，自密实混凝土对模板的侧压力增加，所以必须提高模板的支撑刚度；另一方面，自密实混凝土对模板的密封性要求很高，密封不好的模板经常会出现漏浆现象。当采用泵送施工时，一定要通过模拟试验来验证施工工艺，主要验证泵送后自密实混凝土的流动性能否满足施工要求，泵送后的含气量能否满足耐久性要求。通常而言，泵送会降低自密实混凝土的流动性，但对含气量的影响还没有定论［7，8］。

（4）时间敏感性

时间敏感性是指自密实混凝土搅拌完成后，拌合物工作性能随时间非线性变化，导致一段时间后工作性能显著降低，无法实现自密实功能。这也是由混凝土的半成品特性所决定的，混凝土不是我们的最终目标，而满足设计要求的结构才是我们所追求的最终目标。好的结构需要材料与施工的密切配合，对于传统振捣混凝土而言，当材料满足要求时主要是由人为因素影响较大的施工所决定的，而对于自密实混凝土而言，材料性能和施工效果都是靠自密实混凝土自身性能来实现，一旦自密实混凝土的工作性能损失，就无法浇筑出满足设计要求的结构。自密实混凝土的时间敏感性决定了在施工过程中必须要有良好的施工衔接和施工组织，保障在可施工时间内完成自密实混凝土的施工。自密实混凝土搅拌到入模的时间应控制在120min以内，美国ACI协会编制的《自密实混凝土（Self-Consolidating Concrete）》（ACI 237R—07）要求控制在90min以内［9］。

1.2.2　自密实混凝土的性能特点

（1）新拌混凝土性能

自密实或自充填是自密实混凝土的显著特征，即不需要人工振捣，仅依靠其自重便能充填和密实。自重是自密实混凝土流动的源动力，因此自密实混凝土又被称为智能动力混凝土（smart dynamic concrete）［10］。这就要求自密实混凝土具备足够的工作性能，但由此可能会带来由于用水量过大导致的收缩开裂、胶凝材料用量过大导致的温度应力以及骨料下沉而导致离析泌水等问题。

（2）早龄期性能

早龄期性能关注的主要是避免自密实混凝土产生原始缺陷。自密实混凝土的使用，避免了人工漏振、过振等施工缺陷而引起的耐久性不足，对于有抗冻要求的引气混凝土而言，还会减少由于振捣而造成的混凝土含气量损失过大导致抗冻性不足的问题。但自密实混凝土与传统振捣混凝土一样，具有塑性收缩和塑性开裂的风险。对比自密实混凝土与传统振捣混凝土（强度等级为30～50MPa）塑性收缩开裂可知［11］：当蒸发速率适中（环境温度为20℃，相对湿度为50%），塑性开裂发生在凝固前及凝固过程中；当蒸发速率高（有风的条件），塑性开裂发生在塑性阶段，即在凝固之前；有风的条件下，自密实混凝土与传统振捣混凝土具有相似的塑性收缩和限制收缩，自密实混凝土开裂的宽度比传统振捣混凝土的要小；在蒸发速率较小的情况下，自密实混凝土具有比传统振捣混凝土高的塑性收缩，其原因是自密实混凝土泌水较少。

（3）硬化体性能

硬化体性能是指混凝土要具有足够抵抗外部荷载、环境侵蚀以及抗裂的能力。混凝土的所有性能都是为了其硬化体结构能够满足设计要求，在设计使用年限内安全服役，因此自密实混凝土硬化体的性能必须具有足够的抵抗外部荷载和侵蚀的能力，这样才能确保自密实混凝土结构满足设计要求。所以，在自密实混凝土定义中特意强调自密实混凝土应具备与传统振捣混凝土相当的力学性能、耐久性能与体积稳定性。

1.2.3　自密实混凝土的优势

经过合理配合比设计与规范施工的自密实混凝土，由于独特的自密实特点，与传统振捣混凝土相比，具有无可比拟的技术与经济优势［1，9，10］。

（1）节约人力与设备

自密实混凝土依靠自重充填成型，免去了混凝土振捣工序。自密实混凝土具有自流平功能，减少了对混凝土表面的抹面收光等工作，可以节省部分施工人员。另外，自密实混凝土施工不需要购买和维护振捣、抹面等施工设备，节约了设备的投入。

（2）缩短施工工期

自密实混凝土施工受人为因素影响小，更为方便快捷。自密实混凝土的大流动特性减少了频繁移动泵管和混凝土搅拌车，节省施工时间。工程实践证明，采用自密实混凝土施工，可以提高混凝土浇筑速度，缩短工程总施工工期；另外，还可以避免由于施工设备故障所耽误的施工工期。

（3）提高结构耐久性

自密实混凝土的应用减少了由于施工工人误操作或漏操作所引起的施工质量问题，特别是一些无法或难以进行浇筑和振捣的部位。这不仅能解决传统振捣混凝土施工过程中的漏振、过振以及钢筋密集部位难以振捣的问题，还避免了由于振捣不足而引起的空洞、蜂窝、狗洞、麻面等质量缺陷，可保证钢筋、预埋件、预应力孔道的位置不因振捣而移位，显著提高了结构的耐久性。

（4）设计灵活度大

自密实混凝土可用于传统振捣混凝土难以浇筑甚至无法浇筑的结构部位，可以浇筑成型形状复杂、薄壁和密集配筋的结构，因此提高了设计人员的设计空间，大大增加了结构设计的自由度和灵活度。

（5）减少污染

自密实混凝土不需要振捣，大大减少了施工噪声，尤其对于一些需要强力振捣的结构部位，如纤维钢筋混凝土结构、预制结构等，在减轻噪声对施工工人危害的基础上，更有利于文明施工；另外，避免了振捣施工噪声对周围居民居住环境的影响，改善了施工工人的工作环境，确保了施工工地周围居民免受噪声的干扰。

（6）社会和环境效益显著

与传统振捣混凝土相比，自密实混凝土配制需要粉体量更多，可以掺加大量的工矿业固体废弃物——如粉煤灰、矿渣粉、石粉等，具有显著的社会和环境效益。

1.2.4　自密实混凝土可能存在的劣势

自密实混凝土的配合比与传统振捣混凝土最大的区别是自密实混凝土中粉体含量较多，而骨料含量相对较少，如图1.2所示。由于过分追求工作性能，或采取的制备技术途径不当，致使自密实混凝土可能存在以下劣势。

①水化热高：自密实混凝土设计技术路线之一是依靠增加胶凝材料或粉体用量来提高混凝土的工作性能，从而实现混凝土的自密实和自充填特性。这种制备方法往往由于胶凝材料的使用量过大，造成自密实混凝土水化热增加，从而引起大体积自密实混凝土结构内部温升过高、内外温差过大，容易产生温度裂缝。

②收缩大：自密实混凝土浆体含量通常为0.32～0.42m3，高于普通混凝土浆体含量（小于0.32m3），如图1.2所示。过多的浆体会增加自密实混凝土的干燥收缩和化学减缩，致使自密实混凝土发生收缩开裂的风险增大。

③成本高：在混凝土组分中胶凝材料成本最高，由于自密实混凝土使用较多的胶凝材料，其原材料成本会有所增加；另外，要使自密实混凝土具有高的流动性，需要添加高效减水剂，为确保自密实混凝土的高抗离析性，还需要根据具体情况，添加黏度改性剂（viscosity modifying admixture，VMA），这样势必会增加自密实混凝土的成本。

自密实混凝土潜在水化热高、收缩大等问题，可以通过配合比设计来解决。通过精心设计的自密实混凝土的温度应力和收缩应力基本与传统振捣混凝土相当。自密实混凝土的原材料成本比同强度等级的传统混凝土高50%～80%，但采用自密实混凝土节约了施工人员的费用、减少了固定设备的投资、节省了施工时间，其综合成本有可能降低。在国外预应力混凝土梁、大桥桥墩、桩基、箱式管道四种形式的结构中，达到与常规混凝土相当性能时，采用自密实混凝土施工可以节约总工程造价3%左右［7］。因此，自密实混凝土的劣势是可以通过技术途径来避免的，综合考虑材料、设备、施工、人员以及施工工期等因素，采用自密实混凝土结构的综合成本与传统振捣混凝土相当。