自從1867年JosePh Monier 申請(qǐng)了一項(xiàng)在混凝土中預(yù)埋鐵絲網(wǎng)以加強(qiáng)混凝土薄管的專利，接著 Francois Hennebique 在1879年決定用混凝土對(duì)一幢金屬框架的房子進(jìn)行防火處理，在用加筋混凝土作為一種組合的建筑施工材料方面已取得很大進(jìn)展。正如在“塔和橋——結(jié)構(gòu)工程的新技術(shù)”一書中所提到的那樣，這種結(jié)構(gòu)體系，即金屬承擔(dān)拉力而混凝土承擔(dān)壓力的結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展應(yīng)被直接歸功于 Hennebique 將鋼梁外包混凝土的決定。
在一個(gè)配筋混凝土構(gòu)件中配筋量是直接與由恒載和參與的活載引起的計(jì)算應(yīng)力相聯(lián)系的，并被設(shè)計(jì)規(guī)范，諸如ACI建筑物規(guī)范和AASHTO的要求所控制。限制加筋的空間以使密集程度最小并確?；炷翝沧⑷菀?。就受壓構(gòu)件而言，ACI 建筑物規(guī)范進(jìn)一步限制縱向配筋的面積不大于截面毛面積的8%，或設(shè)計(jì)為抵抗地震力作用的柱截面的6%。實(shí)際上，縱向鋼筋量被限制在大約4%的毛面積之內(nèi)，以將拼接過程中的間隙問題減少到最低限度。
然而，對(duì)重載構(gòu)件和設(shè)計(jì)承受由風(fēng)或地震活動(dòng)引起的橫向荷載的構(gòu)件而言，被提供的配筋量會(huì)達(dá)到規(guī)范允許的值，并導(dǎo)致區(qū)域密集，特別在節(jié)點(diǎn)連接處。比如，一座設(shè)計(jì)為抵抗地震力的核發(fā)電站所用的增強(qiáng)鋼的總平均重量被報(bào)告為273 lb/yd3(162Kg/ m3)，在 每單位混凝土中；在封閉和關(guān)系到安全的區(qū)域，附加的保護(hù)是需要的，平均重量達(dá)到438 lb/yd3(260Kg/ m3)。這座核發(fā)電站用增強(qiáng)鋼的平均重量是98 lb/yb3(58Kg/ m3),大于早些時(shí)候施工的另一座發(fā)電站。
為確保加筋混凝土作為一種組合材料具有足夠的功能，要求兩種基本成分混凝土和鋼共同工作。這意味著混凝土必須圍繞增強(qiáng)鋼適當(dāng)?shù)丶庸?，并且混凝土不?yīng)有蜂窩、麻面。在其他因素中，拆除、更換或修理蜂窩、麻面的混凝土截面將典型地拖延施工期，增加施工的總費(fèi)用。因此，高配筋構(gòu)件充分加固的需要所提出的挑戰(zhàn)要求仔細(xì)考慮結(jié)構(gòu)中混凝土混合物的比例。
對(duì)絕大多數(shù)灌注樁的應(yīng)用而言，塌落度在4~6 in.(100~150mm) 將提供充分的工作和易性以確?；炷恋靡詽M意的澆注和固結(jié)。然而，對(duì)于重配筋截面，包含阻礙混凝土澆注的預(yù)埋件的截面或是改變模板幾何形狀的區(qū)域，這一塌落度范圍可能不夠，流動(dòng)性的要求變得更為重要?；炷恋乃涠瓤赏ㄟ^提高其流動(dòng)性來增加，通過增加混凝土中水的含量或使用減水外加劑，特別是高范圍的水稀釋劑（超塑化劑/高效減水劑）很容易達(dá)到提高流動(dòng)性的目的。
通過提高混凝土混合物中水的含量來增大混凝土的流動(dòng)性和塌落度并沒有被推薦，因?yàn)樵谶@種高塌落度條件下存在著離析的可能性和內(nèi)在強(qiáng)度的降低，收縮增加，以及與更高的水灰材料比（w/(c+m)）相聯(lián)系的耐久性的損失。這要求在自密實(shí)混凝土的生產(chǎn)中碰到的參數(shù)中有一個(gè)是使混合物不離析。
自密實(shí)混凝土是什么？
自密實(shí)混凝土在ASTMC 1017 中表述為“保持粘性而塌落度大于7.5 in.(190mm)的混凝土”。除了滿足這一規(guī)定外，自密實(shí)混凝土還要滿足一定的物理要求。這一定義限制了將專有名詞自密實(shí)混凝土應(yīng)用到在摻合、運(yùn)輸和澆注過程中不離析的高塌落度混凝土（見圖1）。雖然摻合物比例的調(diào)整，比如調(diào)整水泥材料和水的含量，會(huì)有效果，但是自密實(shí)混凝土是通過使用與ASTMC 1017 相應(yīng)地分類為類型1（塑化）或類型2（塑化和緩凝）的化學(xué)摻合物標(biāo)準(zhǔn)地生產(chǎn)出來的。
這些塑化劑、塑化劑和緩凝劑的摻合物常是大范圍的減水劑，這些減水劑在ASTM C 494中被設(shè)計(jì)為類型F或類型G。列于ACI 212 中通用的材料包括：磺化揮發(fā)油和磺化三聚氰胺冷凝水；改性的磺化木質(zhì)素，以及這些東西與其他減水混合物的組合。
能夠減少的水量依賴于被使用的混合物的類型，并會(huì)發(fā)生變化，從大約15%到早期（第一代）產(chǎn)品的20%，到最近（第三代）高范圍減水劑的40%。用第一代高范圍減水摻合物處理的混凝土經(jīng)歷快速的塌落度損失并因此在工作地點(diǎn)塌落度損失增大了。第二代產(chǎn)品典型地給出了一個(gè)20%~30%的減水量，延長(zhǎng)塑化時(shí)間和緩凝時(shí)間，使它們?cè)跓崽鞖獾膽?yīng)用中理想化。第三代產(chǎn)品也可以得到延長(zhǎng)的塑化時(shí)間。這一特性是特別需要的。這在于它允許在攪拌站加入第三代減水劑，也就是允許更好地控制混凝土中的混合物。
隨著這些外加劑的使用，自密實(shí)混凝土能夠被按比例配合出來以達(dá)到更高的塌落度和自流平，雖然致密量還將被要求以確?；炷恋某浞止探Y(jié)，但這一點(diǎn)應(yīng)被強(qiáng)調(diào)。
自密實(shí)混凝土的性能
自密實(shí)混凝土的性能依賴于混合物比例的調(diào)整以期達(dá)到要求的流動(dòng)性。好的粗骨料的比例調(diào)整通常用于防止高塌落度下的離析，在一些情況下由于利用了塑化摻合物的優(yōu)點(diǎn)可使用更少的水泥量，但典型地，自密實(shí)混凝土將有與更低塌落度混凝土相類似的混合物比例，塑化摻合物除外。結(jié)果用沒有緩凝的塑化劑制作的自密實(shí)混凝土的凝固時(shí)間和具有相同含水量的較低塌落度混凝土相比沒有顯著不同。比例恰當(dāng)?shù)淖悦軐?shí)混凝土是完全工作的，將不過分地析水也不離析，并將表現(xiàn)出與相同混合物成分且塌落度較低的混凝土相似的表面加工特性。
自密實(shí)混凝土的硬化性能，顯著的強(qiáng)度和耐久性，將和有相同的 w/(c+m)和空氣孔隙結(jié)構(gòu)的較低塌落度混凝土相似或稍微好一些。因?yàn)樽悦軐?shí)混凝土將典型地有一個(gè)低的w/(c+m)，所以硬化性能，特別是強(qiáng)度，不變地比設(shè)計(jì)目的所要求的好。例如，為滿足抵制氯化物進(jìn)入所需的低滲透性，28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到并超過7500 Psi (51.7MPa)的低w/(c+m)自密實(shí)混凝土常被用于加工預(yù)應(yīng)力雙T形梁，在鋼筋的腐蝕保護(hù)被要求、甚至是規(guī)定的抗壓強(qiáng)度可能只有5000 Psi(34.5MPa)的地方。由于使用自密實(shí)混凝土所增加的強(qiáng)度在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)中會(huì)被考慮以降低所需鋼筋量。
總結(jié)
加筋混凝土在施工工業(yè)中作為一種經(jīng)濟(jì)的選擇將繼續(xù)享有它的地位，這依賴于被施工的結(jié)構(gòu)類型。不變的是，構(gòu)件因?yàn)槌叽缟系南拗坪驮O(shè)計(jì)上對(duì)于重交通荷載、地震活動(dòng)和風(fēng)荷載的考慮，很多區(qū)域會(huì)出現(xiàn)鋼筋密集。在這種實(shí)例下，所需要的能夠被充分澆注和固結(jié)的混凝土變得更加重要，需要認(rèn)真考慮混合物的比例。
在一個(gè)配筋混凝土構(gòu)件中配筋量是直接與由恒載和參與的活載引起的計(jì)算應(yīng)力相聯(lián)系的，并被設(shè)計(jì)規(guī)范，諸如ACI建筑物規(guī)范和AASHTO的要求所控制。限制加筋的空間以使密集程度最小并確?；炷翝沧⑷菀?。就受壓構(gòu)件而言，ACI 建筑物規(guī)范進(jìn)一步限制縱向配筋的面積不大于截面毛面積的8%，或設(shè)計(jì)為抵抗地震力作用的柱截面的6%。實(shí)際上，縱向鋼筋量被限制在大約4%的毛面積之內(nèi)，以將拼接過程中的間隙問題減少到最低限度。
然而，對(duì)重載構(gòu)件和設(shè)計(jì)承受由風(fēng)或地震活動(dòng)引起的橫向荷載的構(gòu)件而言，被提供的配筋量會(huì)達(dá)到規(guī)范允許的值，并導(dǎo)致區(qū)域密集，特別在節(jié)點(diǎn)連接處。比如，一座設(shè)計(jì)為抵抗地震力的核發(fā)電站所用的增強(qiáng)鋼的總平均重量被報(bào)告為273 lb/yd3(162Kg/ m3)，在 每單位混凝土中；在封閉和關(guān)系到安全的區(qū)域，附加的保護(hù)是需要的，平均重量達(dá)到438 lb/yd3(260Kg/ m3)。這座核發(fā)電站用增強(qiáng)鋼的平均重量是98 lb/yb3(58Kg/ m3),大于早些時(shí)候施工的另一座發(fā)電站。
為確保加筋混凝土作為一種組合材料具有足夠的功能，要求兩種基本成分混凝土和鋼共同工作。這意味著混凝土必須圍繞增強(qiáng)鋼適當(dāng)?shù)丶庸?，并且混凝土不?yīng)有蜂窩、麻面。在其他因素中，拆除、更換或修理蜂窩、麻面的混凝土截面將典型地拖延施工期，增加施工的總費(fèi)用。因此，高配筋構(gòu)件充分加固的需要所提出的挑戰(zhàn)要求仔細(xì)考慮結(jié)構(gòu)中混凝土混合物的比例。
對(duì)絕大多數(shù)灌注樁的應(yīng)用而言，塌落度在4~6 in.(100~150mm) 將提供充分的工作和易性以確?；炷恋靡詽M意的澆注和固結(jié)。然而，對(duì)于重配筋截面，包含阻礙混凝土澆注的預(yù)埋件的截面或是改變模板幾何形狀的區(qū)域，這一塌落度范圍可能不夠，流動(dòng)性的要求變得更為重要?；炷恋乃涠瓤赏ㄟ^提高其流動(dòng)性來增加，通過增加混凝土中水的含量或使用減水外加劑，特別是高范圍的水稀釋劑（超塑化劑/高效減水劑）很容易達(dá)到提高流動(dòng)性的目的。
通過提高混凝土混合物中水的含量來增大混凝土的流動(dòng)性和塌落度并沒有被推薦，因?yàn)樵谶@種高塌落度條件下存在著離析的可能性和內(nèi)在強(qiáng)度的降低，收縮增加，以及與更高的水灰材料比（w/(c+m)）相聯(lián)系的耐久性的損失。這要求在自密實(shí)混凝土的生產(chǎn)中碰到的參數(shù)中有一個(gè)是使混合物不離析。
自密實(shí)混凝土是什么？
自密實(shí)混凝土在ASTMC 1017 中表述為“保持粘性而塌落度大于7.5 in.(190mm)的混凝土”。除了滿足這一規(guī)定外，自密實(shí)混凝土還要滿足一定的物理要求。這一定義限制了將專有名詞自密實(shí)混凝土應(yīng)用到在摻合、運(yùn)輸和澆注過程中不離析的高塌落度混凝土（見圖1）。雖然摻合物比例的調(diào)整，比如調(diào)整水泥材料和水的含量，會(huì)有效果，但是自密實(shí)混凝土是通過使用與ASTMC 1017 相應(yīng)地分類為類型1（塑化）或類型2（塑化和緩凝）的化學(xué)摻合物標(biāo)準(zhǔn)地生產(chǎn)出來的。
這些塑化劑、塑化劑和緩凝劑的摻合物常是大范圍的減水劑，這些減水劑在ASTM C 494中被設(shè)計(jì)為類型F或類型G。列于ACI 212 中通用的材料包括：磺化揮發(fā)油和磺化三聚氰胺冷凝水；改性的磺化木質(zhì)素，以及這些東西與其他減水混合物的組合。
能夠減少的水量依賴于被使用的混合物的類型，并會(huì)發(fā)生變化，從大約15%到早期（第一代）產(chǎn)品的20%，到最近（第三代）高范圍減水劑的40%。用第一代高范圍減水摻合物處理的混凝土經(jīng)歷快速的塌落度損失并因此在工作地點(diǎn)塌落度損失增大了。第二代產(chǎn)品典型地給出了一個(gè)20%~30%的減水量，延長(zhǎng)塑化時(shí)間和緩凝時(shí)間，使它們?cè)跓崽鞖獾膽?yīng)用中理想化。第三代產(chǎn)品也可以得到延長(zhǎng)的塑化時(shí)間。這一特性是特別需要的。這在于它允許在攪拌站加入第三代減水劑，也就是允許更好地控制混凝土中的混合物。
隨著這些外加劑的使用，自密實(shí)混凝土能夠被按比例配合出來以達(dá)到更高的塌落度和自流平，雖然致密量還將被要求以確?；炷恋某浞止探Y(jié)，但這一點(diǎn)應(yīng)被強(qiáng)調(diào)。
自密實(shí)混凝土的性能
自密實(shí)混凝土的性能依賴于混合物比例的調(diào)整以期達(dá)到要求的流動(dòng)性。好的粗骨料的比例調(diào)整通常用于防止高塌落度下的離析，在一些情況下由于利用了塑化摻合物的優(yōu)點(diǎn)可使用更少的水泥量，但典型地，自密實(shí)混凝土將有與更低塌落度混凝土相類似的混合物比例，塑化摻合物除外。結(jié)果用沒有緩凝的塑化劑制作的自密實(shí)混凝土的凝固時(shí)間和具有相同含水量的較低塌落度混凝土相比沒有顯著不同。比例恰當(dāng)?shù)淖悦軐?shí)混凝土是完全工作的，將不過分地析水也不離析，并將表現(xiàn)出與相同混合物成分且塌落度較低的混凝土相似的表面加工特性。
自密實(shí)混凝土的硬化性能，顯著的強(qiáng)度和耐久性，將和有相同的 w/(c+m)和空氣孔隙結(jié)構(gòu)的較低塌落度混凝土相似或稍微好一些。因?yàn)樽悦軐?shí)混凝土將典型地有一個(gè)低的w/(c+m)，所以硬化性能，特別是強(qiáng)度，不變地比設(shè)計(jì)目的所要求的好。例如，為滿足抵制氯化物進(jìn)入所需的低滲透性，28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到并超過7500 Psi (51.7MPa)的低w/(c+m)自密實(shí)混凝土常被用于加工預(yù)應(yīng)力雙T形梁，在鋼筋的腐蝕保護(hù)被要求、甚至是規(guī)定的抗壓強(qiáng)度可能只有5000 Psi(34.5MPa)的地方。由于使用自密實(shí)混凝土所增加的強(qiáng)度在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)中會(huì)被考慮以降低所需鋼筋量。
總結(jié)
加筋混凝土在施工工業(yè)中作為一種經(jīng)濟(jì)的選擇將繼續(xù)享有它的地位，這依賴于被施工的結(jié)構(gòu)類型。不變的是，構(gòu)件因?yàn)槌叽缟系南拗坪驮O(shè)計(jì)上對(duì)于重交通荷載、地震活動(dòng)和風(fēng)荷載的考慮，很多區(qū)域會(huì)出現(xiàn)鋼筋密集。在這種實(shí)例下，所需要的能夠被充分澆注和固結(jié)的混凝土變得更加重要，需要認(rèn)真考慮混合物的比例。