摘要：免振自密实混凝土通过对骨料、外加剂、胶结料和掺合料的选择以及配合比优化，合理的解决了混凝土流动性与抗分离之间的矛盾，提高了混凝土拌合物的间隙通过能力和填充能力，在骨料作用下自行密实，并能填充到复杂形体和密筋结构和各个部位、硬化后混凝土具有良好的力学性能及体积稳定性。本文就制备原理、方法及应用情况进行了论述。
一、引言
免振自密实混凝土可以定义为：混凝土能够保持不离析和均匀性，不需要外加振动完全依靠重力作用充满模板每一个角落，达到充分密实和获得最佳性能。
随着城市建设日益蓬勃发展，建筑工程混凝土用量越来越大，多数工程结构配筋稠密复杂，振动棒不易插入，难以振动成型；有的工程则地处居民区、科研机构、学校、医院附近，需免除施工所产生的噪声；有的工程则是特种薄壁结构，配筋相对稠密，施工难度大，工期短。这些工程对混凝土的工作性提出了多方面要求，同时采用免振自密实混凝土拥有众多优点：
1、保证混凝土良好的密实
2、提高生产效率。由于不需要振捣，混凝土浇筑需要的时间大幅度缩短，工人劳动强度大幅度降低，需要工人数量减少。
3、改善工作环境和安全性，没有振捣噪音，避免工人长时间手持振动棒导致“手臂振动综合症”。
4、改善混凝土的表面质量，不会出现表面气泡或蜂窝麻面，不需要进行表面修补。
5、增加了结构设计的自由度，不需要振捣可以浇筑成型形状复杂、薄壁和密集配筋的结构。
6、避免了振捣对模板产生的磨损。
然而，免振自密实混凝土的原材料、组成与配合比设计、质量控制、性能试验方法等也具有新的特点和要求。2003至2004年，新疆西部建设股份有限公司利用粉煤灰、矿渣辅以核心料加工生产出的KM超细粉煤灰应用于免振自密实混凝土，因为发现KM超细粉煤灰不仅能改善混凝土硬化性能，如耐久性、强度等；同时能够改善自密实混凝土塑性状态的性能，包括流变性、稳定性（抗离析能力）和触变性，使自密实混凝土的质量波动减小，性能全面提高。
二、制备原理
免振自密实混凝土首先应具有较高的工作性能，具体表现为高流动性，高抗分离性，高间隙通过能力和高填充性。根据宾汉姆方程：τ＝τ0 +ηγ，在外力作用下混凝土拌合物内部产生的剪应力大于或等于阻止塑性变形能力时，混凝土开始流动；η是混凝土拌合物内部阻止其流动的一种性能，η越小，在相同外力作用下流动速度越快。由此可知，屈服剪应力和塑性粘度是反应混凝土拌合物工作性能的两个主要流变参数。
免振自密混凝土配制的关键就是通过外加剂、胶结材料、粗细骨料的选择和精心的配合比设计使混凝土拌合物的屈服剪应力尽可能小，同时又具有一定的塑性粘度，令骨料悬浮于水泥浆体中。
三、技术路线
（1）采用新型高效成水剂降低水胶比，提高流动性，降低新拌混凝土屈服剪应力，保持适当的粘度系数，使拌合物具有自密实性并具有抵抗离析所需要的粘性。
（2）采用KM超细粉煤灰为主要成份的混凝土掺合料，改善胶凝材料的颗粒级配，利用其颗粒形貌效应提高新拌混凝土的变形性能，提高抗离析及保水性能，同时提高耐久性。
（3）科学地确定免振自密实混凝土配合比，由水泥、砂、石、水、掺合料、外加剂构成的六组分混凝土，其配合比应确定合理参数，即胶凝材料总量、胶凝材料中掺合料掺量、用水量、砂率、外加剂掺量等。
（4）确定免振自密实混凝土工作性的评价指标及检验方法，要求具有科学性、易操作性。
（5）采用常规地方材料，即水泥、水、砂，石常规生产工艺，包括拌合和输送。
（6）混凝土符合设计要求，配合比应科学、经济、合理，保证工艺技术要求。
四、工作性能评价
为分析免振自密实混凝土的性能，发展采用了一些新试验方法：
1、塌落流动度法：（塌落度筒）评价混凝土的塌落流动度、扩展度、流下时间、中边差（塌落度试验中点与边缘之差）。（图1）
2、粘度测定仪：（采用塌落度筒倒置，出口设钢筋，间距可根据试验需要调整，钢筋的下部加阀门）评价拌合物的流下时间。（图2）
3、L型箱：（用透明有机玻璃制成配筋模型试验装置）（图3）评价混凝土通过钢筋间隙的能力和填充性，以及分析拌合物的抗分离性，模型内的钢筋密度可根据试验需要调整。
4、混凝土开裂评价装置：用于检测混凝土的开裂参数
（图4）在此使用裂缝面积和最大裂缝开裂宽度作为开裂的评价指标，用裂缝控制率来评价其抗裂性，裂缝控制率
K＝（1－m/m0）×100%
式中：K-裂缝控制率 m－裂缝面积 m0-平板面积
五、配合比试验与工作性能和硬化后性能的研究
按上述原则进行了大量试验，采用P.O32.5R、P.O42.5R、P.O52.5R水泥，中粗砂，5-20mm卵石、萘系和树脂类高效减水剂，KM超细粉煤灰，按正交试验方法，对影响工作性能和硬化后力学及耐久性能的各因素进行了分析研究，确定了不同强度等级免振密实混凝土的配合比，研究表明：
1、原材料
（1）水泥：各种强度等级的普通硅酸盐水泥都可用于免振自密实混凝土，强度等级的选择决定于对混凝土强度、耐久性等的要求，一般水泥用量为350kg/m3-450kg/m3。
（2）细骨料：普通混凝土用中、粗砂均可使用。
（3）粗骨料：5-20mm卵石，质量合格。
（4）化学外加剂：宜采用减水率高于25％的高效减水剂，掺入一定量的引气剂和膨胀剂。
（5）矿物掺合料：采用比表面积大于等于600m2/kg的KM超细粉煤灰。
2、配合比设计与调整。
（1）高流动性与高稳定性是免振自密实混凝土的基础，实现高流动性主要依赖高效减水剂，与水泥之间必须有良好的相容性，减水率越高越好，可以通过相对简单的砂浆流动性试验分析选择。
（2）浆固比增大，拌合物流动性、间隙通过能力和填充性提高，强度增大。但随着浆固比提高，混凝土收缩值增大，硬化后的体积稳定性变差，浆体所占体积、比率最佳范围是35%-45%，可使混凝土具有良好的工作性能、力学性能和耐久性能。
（3）砂率对间隙通过性能影响较大，对混凝土硬化后的各方面性能影响不显著，砂率值在45%-50%之间最佳。
（4）水泥用量相同的条件下，增大掺合料掺量可提高浆固比，调节改善混凝土拌合物的流变性，可降低水胶比，提高强度和其它性能，在浆固比相同的条件下，掺量超过一定数量会对强度产生影响。
（5）混凝土拌合物的流变性能还与粗细骨料的质量、比率和胶结材料浆体所占比例有关。拌合物中砂浆的屈服剪应力过小是混凝土产生离析的主要原因。故应使外加剂掺量和水胶比等控制在适宜范围内，为获得良好的流动性与抗分离性设计主要参数如下：
水胶比为0.28-0.40；混凝土拌合物中胶洁材料浆体积占35-45%；砂率值为45-50%；减水剂掺量0.75-2.5%；KM超细粉煤灰掺量25-40%。
工作性能的试验结果是：塌落流动度260-280mm，扩展度大于600mm，L型箱通过时间＜15s,粘度测定仪通过时间＜5s,钢筋通过时间＜15s。
对硬化后混凝土的性能进行全面试验结果表明：
（1）免振自密实混凝土采用振捣和不振捣成型，抗压强度基本一致，根据配合比不同，抗压强度为30-70MPa。
（2）混凝土收缩较小，不会产生裂缝。
（3）抗渗性和抗裂缝性能都比同等级的普通混凝土要好。
六、免振捣自密实混凝土配合比及工作性能的试验结果
注：序号1为普通硅酸盐42、5R水泥；序号2为普通硅酸盐52、5R水泥；细骨料为乌拉泊粗砂；细度模数为3.2；粗骨料为乌拉泊产5-20mm卵石；KM超细粉煤灰为新疆西部建设股份有限公司生产；比表面积为620m2/kg；减水剂为新疆西部建设股份有限公司复配自产。
七、生产、质量控制与浇筑施工
经不断总结和摸索，生产控制应注意以下几点
免振自密实混凝土与普通混凝土的生产设备与生产方法完全相同，但前者需要的搅拌时间一般稍长，免振自密实混凝土对高流动性与高稳定性的要求，决定了其流变性能必须控制在较窄范围。因此，对生产中各种波动因素的控制要求更加严格。重点考虑的因素包括：
1、生产系统的质量控制水平：选用质量控制体系良好、人员素质较高的预拌混凝土生产厂家生产。
2、骨料质量控制：级配稳定，供应充足，严格地控制含水率波动，在生产中应更加频繁地检测骨料级配和含水量。
3、用水量：计量系统必须在允许误差内，考虑骨料含水量，随时调整用水量。
4、生产监测和调整：在生产刚开始，新拌混凝土性能质量易出现波动，最好测试每次搅拌拌合物性能和进行适当调整，直到性能稳定。此后，每次搅拌拌合物也应该目测检验。
5、现场性能检测：免振自密实混凝土运送到现场后，应再次检测塌落度和扩展度，目测工作性能，确认拌合物是否发生变化。免振自密实混凝土在浇筑前，必须对钢筋设置与模板进行严格检验，确认符合要求。模板须状态良好，不会渗漏，输送方式可采用料斗和泵送；但为体现免振自密实混凝土浇筑的高效率，应采用泵送；可能的话，从模板底部泵送混凝土，这样能够防止减少混凝土表面缺陷；从模板底部泵送浇入方式，模板承受侧向压力会增加，为防止产生离析，冷接缝，还应注意下列事项：
（1）垂直自由落下高度不宜超过5m。
（2）从下料点水平流动的距离不宜超过10m。
（3）普通混凝土浇筑层间的冷接缝可通过振捣消除，自密实混凝土则不能。因此，浇筑过程要连续进行，尽可能避免中断。
免振自密实混凝土一般能够自己找平，但表面并不平整，粗骨料会部分突起，故需要在凝结硬化前适当时间进行抹面。免振自密实混凝土的表面泌水较少，含KM超细粉煤灰则可能完全没有泌水，早期失水导致收缩裂缝的危险性较大，因此，要在浇筑抹面完成后，在最早可能的时间开始养护，防止混凝土水分损失。
八、工程应用
由新疆建工集团一建施工的辰野广场二期工程位于乌鲁木齐繁华的商业区解放北路的大十字路口和小十字路口之间，且与东风路口原辰野名品广场一期工程交汇为一体，是一项平战结合的人防工程，即和平期间为地下商业街，在战时期间为地下物资储备库及人员隐蔽部。
本工程总长328m，建筑净高4.2m,结构上部覆土厚度5-4m.建筑面积8365.23m2.类型为无梁楼盖，由于模板是全封闭的，无法看到内部情况，所以采用现浇免振混凝土衬砌，顶板厚0.55m,墙厚0.35m,底板厚0.55m，柱距6m,一、三、四防护单元混凝土强度为C40，第二防护单元为C50。采用盾构技术和挤压混凝土衬砌施工法施工。衬砌沿隧道长方向按2m一环，共分为164环，每一环作为一个施工单元，所有工作也按2m一环进行循环。
施工工艺：
1、由于模板是全封闭的，无法看到内部情况，所以混凝土浇筑前先应精确的计算用量，这样可间接判断模板中混凝土的填充程度。
2、免振自密实混凝土的浆液含量很大、流动性强，所以模板支设完毕后，检查模板评装是否有缝隙，以免漏浆。
3、混凝土泵管架设：按标准架设，尽量减少弯管的使用，以减小混凝土的泵送压力。
4、混凝土浇筑顺序：在衬砌环钢筋绑扎完毕，未支设底板内模前进行底板混凝土浇筑，紧接着支设内模板完毕，再浇筑墙和顶板混凝土。底板混凝土的上表面斜度应与盾构尾哺姿态一致。免振混凝土先从盾构左侧墙开始浇铸，然后依次是左柱、右墙、右柱、右顶、左顶。每个孔浇筑，待混凝土从端模板上部钢筋孔中漏出，并且再无法注入模板时，将端模上连接管的挡板推至封堵状态的一端，将混凝土挡住后，再拆下泵管与下一个浇注孔连接。
5、混凝土到达现场，检测坍落度和扩展度，及入模温度（5℃以上），不符合要求的不得使用。到现场的第一批和最后一批免振混凝土各做一组试块，以检查混凝土现场初凝时间。
由新疆西部建设股份有限公司生产的免振自密实混凝土在上述工程中得到了应用。经近十个循环的生产和施工，效果良好，达到了设计和混凝土的各项技术要求。
九、应用免振自密实混凝土的经济性
在同等条件下比较，免振自密实混凝土的材料与生产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减水剂与增大掺量，使用KM超细粉煤灰和膨胀剂，生产质量控制要求提高等等。从浇筑方法比较，免振自密实混凝土的施工费用相对要小，减小的因素包括节省人工，施工速度快，以及减少表面缺陷发生与修补等等。
应用免振自密实混凝土是否经济，很大程度上决定结构施工条件与环境，对于普通便于采用振动密实的混凝土结构，使用自密实混凝土浇筑的总体成本会高于使用普通混凝土；对于实施振动比较困难的混凝土结构，应用免振自密实混凝土的总体成本则会降低。
目前，免振自密实混凝土技术仍处于承先启后的阶段，还需要进行深入的研究和进一步发展，在应用自密实混凝土的经济性方面还有许多潜力可控。
