China Building Materials Science & Technologys (June,2000 Vol.9 )

澳门观光塔位于澳门南湾湖填海区，由澳门旅游娱乐有限公司投资兴建。整个工程包括商业娱乐中心、展览厅、会议中心、旋转餐厅等设施。该工程于1998年6月破土动工，预计将于2000年12月完成。
该工程主体（主要由混凝土结构与钢结构两部分组成）总高338米，为世界第八高塔。其混凝土主体高度为252米，由下支腿（8条）、筒身、上支腿、塔楼部分组成。按照国际惯例，该工程制订了其自身的钢筋混凝土结构适用标准。根据该标准，结构用混凝土为G55等级高性能饰面混凝土。根据业主（澳门旅游娱乐有限公司-STDM）及总承建商（中国建筑澳门有限公司）的要求产针对下支腿部分结构及全部上支腿结构施工难度大的特点，混凝土供货商（澳门南方标准混凝土有限公司）和总承建商联手开发了自自密实高性能混凝土-其中下支腿部分为C55等级自自密实混凝土以克服预埋管件多及钢筋密集，不易振捣的困难；上支腿则为钢管混凝土，要求使用膨胀自密实C55等级高性能混凝土。
自自密实高性能混凝土（SCHPC, Self Comacting High Performance Concrete）最先在日本得到研究并发展。日本学者对SCHPC较注重于其新拌混凝土的性能，而美欧学者则更注重其硬化后的高性能特征，如耐久性、尺寸稳定性及渗透性等。在本工程的实践中，我们首先对SCHPC的流动机理、填充机理、复合胶凝材料对流动的影响、耐久机理、配合比设计方法、检测手段等做进一步探讨及提出一些基本的理论。
自自密实混凝土（SCHPC）的填充性、流动性及抗离析性是表征其特性的3个基本性能。此三者具有密切的对立统一关系。在低坍落度时，SCHPC混凝土的填充性主要受流动性影响；而在高坍落度时，材料的抗离析笥是支配填充性的主要因素。而平衡上述情况的关键是使配合比中胶凝材料用量、用水量及外加剂量达到平衡。如图二所示为抗离析性、流动性及填充性之间的关系曲线图：
由此可见，SCHPC的填充性取决于其变形性能及抗离析性能。变形能力大，抗离析性能高的SCHPC拌和物其填充性能就优异。
日本Ganma大学的Hushimoto教授通过仿真实验进一步说明影响SCHPC流动性的一些因素。该实验用高分子透明材料代替水泥等胶凝材料浆体。这样我们就清晰地观察到粗骨料在流动过程中在截面变化的喇叭口处的堵塞情况。实验结果表明，在截面变化处的拥护部位，粗骨料颗粒因紧密接触而堆积成拱，阻塞流通。在水泥浆体与粗骨料颗粒相互作用的固液两相中，如果液相有足够的粘聚能力，则固相颗粒的运动就与液相粘度有关。因为提高浆体粘度约束了由颗粒碰撞引起的颗粒变化，从而减少颗粒的接触应力，所以在SCHPC中增加砂浆体积量或提高水泥等胶凝材料浆体的粘度是很有必要的。
当SCHPC在钢筋网中流动时，粗骨料之间相互的移动与填充会在浆体中产生剪切应力，这种剪切应力越小，SCHPC的流动性就越大。图3表征了浆体剪切应力与水胶体积比的关系：
虽然我们可以调节水胶比来改善水泥浆体的剪切应力，从而改善SCHPC的流动性，但这样也会引起浆体粘度的降低。所以，如何在浆体粘度和流动性之间取得平衡是SCHPC最关键的因素。
高效减水剂的选用亦是配制SCHPC的另一关键。适宜的减水剂能改善固液两相之间的摩擦，改善体系剪切阻力，同时又是上述浆体粘度和流动性取得平衡的重要影响因素。减水剂的效能受很多因素的影响，譬如水泥中C3A的含量及C3A的反应活性、石膏类型，水泥细度和碱度的影响等。结合本工程的实际情况，自自密实混凝土对高效减水剂的要求主要有如下几点：
减水率高，一般以≧30%为佳；
泌水量少；
在提高混凝土流动性的同时保持其粘聚性（抗离析性）
不能产生砂石骨料下沉现象；
凝结时间正常。
为水灰比和高效减水剂达到最佳配合时，自自密实混凝土会形成致密的集料浆体紧密接触的内部结构，这种致密结构保证了SCHPC质量的可靠性。
自自密实混凝土常用的高效减水剂有萘系、密胺类和聚羧酸盐类，亦有学者主张萘系、密胺类混合使用，以达到高效减水剂的"叠加效应"。上述几种缩合物缩合度n对水泥无机粒子的分散力大小起决定的作用，所以增加链长及改善分子结构状态对减水剂的性能有很大影响。本工程我们采用分散性（水泥流变性）一减水剂掺量的曲线以及饱和点来测试产品的缩合度和分子结构状态是否符合要求。
本工程所采用的改性聚羧酸盐类高效减水剂(Sika Viscocrete)是一种新产品，其更适用于自自密实混凝土。该产品属两性表面活性物质，HLB值低，憎水基分子量较大。在分散过程中与水泥颗粒的接触面大，所以从水泥-水网状结构中释放出的自由水量大，因此减水效果很明显，且凝结时间正常，混凝土强度增长效果好。
矿物混合材（如粉煤灰、矿渣、硅粉）同样是自自密实混凝土中不可或缺的组份。自密实高性混凝土强度等级高，浆体体积的浓度高，胶凝材料用量大。为了保证自自密实高性能混凝土的耐久性，减低温度应力和变形，用一定量的矿物混合物材是相当必要的。粉煤灰粒状为球形且表面光滑，粒级尺寸大约为<45um，它可大量补充<150um粒径的颗粒，在水泥一粉煤灰复合体系中起到填充和润滑作用，十分有利于提高自自密实高性能混凝土的流动性。另外，由于粉煤灰的掺入，降低了自自密实高性能混凝土的水化热，而产生火山灰反应则抑制了混凝土中的不良反应，且增加了混凝土内部的水化产物，提高了自自密实高性能混凝土的强度和耐久性。如图6表征了胶凝复合材料细度对自自密实高性能混凝土体系剪应力的影响。
作为膨胀组份的膨胀剂应达到在补偿收缩的同时，不能影响自自密实高性能混凝土的新拌混凝土性能及其强度、耐久性等。构件的功能及其所处的环境不同，其所要求的膨胀率亦不相同。本工程所采用的自密实膨胀高性能混凝土采用ASTM标准，产品选 用中国建筑材料科学研究院UEA-H型产品，7d膨胀率取值为≧250×10-6。根据此取值要求以及所选用的UEA性能，本配合比在设计中采用UEA置换水泥替代法，掺量为12%。
通过以上分析，本工程配制自密实高性能混凝土主要遵循以下要点：
控制粗集料用量，以避免粗集料相互接触摩擦而产生流动阻力。本配合比的粗集料量取值为0.5m3/m3，粗集料粒径为5-20mm连续级配。
提高浆体体积，增大混凝土的粘聚性。细骨料（中砂偏细，细度模数为2.3）占砂浆体积比例为40%。
为使浆体剪切应力降至最低，和易性、流动性、填充性形成平衡统一，掺和料取II级粉煤灰，掺量为22%（外掺法）；水和胶凝材料体积比取0.9-1.0，水胶比取0.33。
高效减水剂选用Sika Hong Kong Ltd 公司最新引进的自密实高性能混凝土专用减水剂Sika Viscocrete，按照分散性（水泥流变性）一减水剂掺量流变曲线取值为0.75L/100kg。
粗细骨料颗粒材料综合级配曲线符合图5曲线
根据上述几项参数（即固定粗细骨料体积及砂浆中细骨料体积及水胶体积比），通过计算和试配调整，配合比见表1。
自密实高性能混凝土的性能指标和评价方法同普通混凝土的要求有很大不同，其笥能指标的确定很大程度上基于其所使用的评价方法。但无论何种评价方法，它都要体现出自密实高性能混凝土所具有的几种独特性能：
高流动性；
高粘聚性及抗离析性；
高填充性；
目前一般采用坍落扩展度、U型仪及L型仪对上述指针进行测定。倒置坍落度筒测定坍落扩展度是衡量自密实混凝土和物流动性指针的直观方法。扩展度可反映拌和物的粘度系数及剪切应力T，也可通过目测来评定拌和物的抗离析性能，具体要求是粗骨料在中间不堆积，表面粗细骨料分布均匀，拌和物扩展边缘无砂浆析出。U型仪用来评定自密实混凝土和物的填充性。其填充性可通过测量比较U型仪两腔混凝土的高度差来实现。当混凝土在U型仪中流动时，U型仪底部的障碍钢筋可仿真现场实际构件中钢筋对自密实混凝土的阻碍作用。本工程采用两根30φ钢筋来作为流动障碍。采用L型仪来测量拌和物的流动生则可弥补坍落扩展度的不足，受人为影响因素较小，简便易行。
本工程亦采用上述3种方法作为评价依据。为确定的性能指标如下：
坍落度≥255mm
坍落扩展度≥600mm
U型仪高度差H≥5mm
L型仪流动度≥700mm
含气量<2.0%
凝结时间正常
强度级别C55（BS882）
56天干缩<750×10-6m/m（BS181part5）
相对渗水系数<1.2×10-12（Tawood Test 100m Head）
CT 渗透系数<1500 Coulomb (ASTM C/202-91)
经过实验室试配后确定的配合比的上述性能措标皆达到了要求。为了确保施工顺利，按上述配合比又先后进行了两次实际生产仿真试配，结果见表2。
施工方案以及上述自密实混凝土技术方案经业主批准后开始进行工程实际施工。实践表明，该自密实混凝土流动性好，均匀性高，完全达到预设之要求，克服了由于振捣不便引起的种种困难。硬化后的混凝土试件经破碎后，可观察到其内部结构致密均匀。经检验，强度和耐久性均达到或超过技术标准所设定的要求。现场强度及耐久性取样结果及拌和物性能见表3。
结论
具有自密实特性的高性能混凝土是未来混凝土技术发展的趋势；
自密实高性能混凝土配合比的评定方法已逐渐成熟，并已在本工程中成功地进行了实践。
本工程中，高性能混凝土、自密实混凝土、高耐久性混凝土所达到的性能指标的澳门地区是前所未有的。自密实高性能混凝土的成功实践丰富和推进了澳门地区建筑技术的发展。