姚楚康,汪永劍

(1.廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 511340；2.廣東省新材料與結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 511340；3.廣東省水利水電工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 511340)

高性能混凝土拌合物的工作性比強(qiáng)度還重要，是保證混凝土施工質(zhì)量的關(guān)鍵[1]。對(duì)于自密實(shí)混凝土(Self-compacting Concrete，簡(jiǎn)稱(chēng)SCC)，其工作性更是配合比設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中的關(guān)鍵性控制指標(biāo)。SCC拌合物除應(yīng)滿(mǎn)足對(duì)凝結(jié)時(shí)間的要求外，還應(yīng)滿(mǎn)足自密實(shí)性能的要求，即要求SCC具有良好的流動(dòng)性、填充性、間隙通過(guò)性和抗離析性。

對(duì)于高流動(dòng)性的SCC，為了保證混凝土在運(yùn)輸、澆筑過(guò)程和澆筑后不泌水、不離析，通常要求其有一定的粘度。由于SCC粘度較大，即使與普通混凝土坍落度相同，其坍落速度和過(guò)程往往呈現(xiàn)較大的差異。而且多數(shù)自密實(shí)混凝土的坍落度都接近坍落度筒的高度，彼此差異很小，因此，采用普通混凝土工作性能表征方法不能完全反映高流動(dòng)性混凝土的工作特性[2-3]。為了能更好準(zhǔn)確、合理、快捷地評(píng)價(jià)SCC拌合物的工作性，國(guó)內(nèi)外研究人員進(jìn)行了大量的研究，提出了一系列的試驗(yàn)方法，可分為經(jīng)驗(yàn)檢驗(yàn)方法和流變性能測(cè)試方法兩類(lèi)。

1 經(jīng)驗(yàn)檢驗(yàn)方法

1.1 坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)[4-13]

坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)是將混凝土拌合物按要求裝滿(mǎn)坍落度筒(上直徑為100 mm，下直徑為200 mm，高度為300 mm，理論容積為5.5 L)，觀(guān)察提起坍落度筒后混凝土在平板上流動(dòng)情況。通常以坍落擴(kuò)展度(SF)、擴(kuò)展時(shí)間(T50)及視覺(jué)穩(wěn)定性指數(shù)(VSI)表示混凝土的填充性和抗離析性能。

坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)由于設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，在SCC等大流動(dòng)性混凝土的配合比設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量控制中得到普遍應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范均將其作為SCC工作性能評(píng)價(jià)的基本方法之一，一般要求采用盛料容器裝料后再一次性裝滿(mǎn)坍落度筒，無(wú)插搗或振動(dòng)，測(cè)量停止擴(kuò)展后坍落擴(kuò)展度，但部分規(guī)范在一些細(xì)節(jié)之處存在差異，如文獻(xiàn)[4]規(guī)定，用鏟子將混凝土分3次加入，每次加入量為坍落度筒體積的1/3(約1.85 L)，中間間隔30 s，無(wú)插搗；文獻(xiàn)[7]的擴(kuò)展度試驗(yàn)中要求分3層裝料(分別約2.6 L、1.8 L、1.1 L)，每層均勻插搗25次，保證搗實(shí)后高度為筒高的1/3；而文獻(xiàn)[13]可根據(jù)混凝土類(lèi)型及狀態(tài)選擇裝料方式和插搗次數(shù)；對(duì)坍落度筒提起的時(shí)間和高度的規(guī)定也各不相同，提起時(shí)間從1～3 s、≤5 s到3～7 s不等，這些差異可能導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果之間的偏差，影響其對(duì)比性。

1) 坍落擴(kuò)展度SF

SF為坍落擴(kuò)展面最大直徑和與最大直徑呈垂直方向直徑的平均值，SF能直觀(guān)反映拌合物的流動(dòng)性、填充性，是表征SCC工作性能的基本指標(biāo)之一。通常以拌合物停止流動(dòng)時(shí)的SF作為測(cè)試值，但文獻(xiàn)[7]中也可以擴(kuò)展50 s時(shí)的SF作為測(cè)試值。

不同規(guī)范對(duì)SF大小等級(jí)的劃分有所差異[4-6，8-9，12，14-15]，但總體而言，為保證SCC自密實(shí)性能要求，SF一般不宜小于550 mm，否則需采取輔助振搗措施以保證成型質(zhì)量；對(duì)于結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、表面光潔度要求高、長(zhǎng)度大、壁厚薄或難振搗的構(gòu)件，SF應(yīng)大于650 mm；SF大于750 mm，在泵送和澆筑中易發(fā)生材料分離現(xiàn)象，因此，SF一般控制在550～750 mm之間。

2) 擴(kuò)展時(shí)間T50

T50(或T500)是指自提起坍落度筒至擴(kuò)展面直徑達(dá)到500 mm的時(shí)間，T50隨SCC粘度的增加呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，粘度越大，拌合物的流動(dòng)性和填充性能下降，但穩(wěn)定性、抗離析性能提高，T50一般宜控制在2～6 s，最大不宜超過(guò)20 s。

坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)中的T50、L型箱的T60等基于時(shí)間的測(cè)試方法，通常采用人眼判斷，測(cè)試結(jié)果受人為因素的影響大，存在不確定性[16]。建議利用智能手機(jī)錄制試驗(yàn)過(guò)程，以便后期通過(guò)重復(fù)讀數(shù)或圖像分析對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行校核。呂淼[17]利用智能手機(jī)作為視頻圖像采集設(shè)備，記錄SCC的流動(dòng)過(guò)程狀態(tài)，并在Matlab軟件中利用光流法對(duì)SCC的流動(dòng)狀態(tài)(混凝土邊緣)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，結(jié)合透視變換，實(shí)現(xiàn)了對(duì)坍落擴(kuò)展度和擴(kuò)展時(shí)間的精確讀取。

3) 視覺(jué)穩(wěn)定性指數(shù)VSI

通過(guò)觀(guān)察坍落擴(kuò)展面拌合物泌水情況和骨料分布狀態(tài)，分析視覺(jué)穩(wěn)定性指數(shù)[10]或拌合物離析程度[15]，可初步定性判斷其抗離析性能。為了實(shí)現(xiàn)定量分析，G?k?e[18]設(shè)計(jì)了帶同心圓環(huán)格柵的間隔篩試驗(yàn)裝置(3-Compartment Sieve，見(jiàn)圖1)，將坍落擴(kuò)展面中心ф500 mm區(qū)域劃分為3個(gè)面積相等的區(qū)域，以間隔篩內(nèi)中心區(qū)域與外緣區(qū)域之間粗骨料質(zhì)量的差值與其平均值的比例表征混凝土坍落擴(kuò)展過(guò)程的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。篩網(wǎng)孔徑宜為粗骨料最大粒徑的0.5～0.625 倍。

圖1 間隔篩裝置示意

1.2 V漏斗試驗(yàn)[5，7，9，12，19-21]

V漏斗試驗(yàn)是將拌合物裝滿(mǎn)V漏斗靜置1 min后，打開(kāi)漏斗出料口底蓋并計(jì)時(shí)，測(cè)量拌合物全部流出(從上部觀(guān)察出料口透光)的時(shí)間，該時(shí)間能反映SCC的抗離析性、填充性(粘度、流動(dòng)性)，以4～25 s為宜。

國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范中的V漏斗形狀類(lèi)似，傾斜面坡度均為2:1，但漏斗容積和出料口的截面尺寸有所差異。其中，文獻(xiàn)[7， 12， 19]中漏斗的理論容積約10.5 L(見(jiàn)圖2 a)，而文獻(xiàn)[5， 9]中漏斗的理論容積約9.6 L(見(jiàn)圖2 b)，上述2種漏斗容積相差約9%，而出料口斷面尺寸相同(均為65 mm×75 mm)，因此，其測(cè)試結(jié)果之間必然存在差異；此外，日本土木學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中還提及一種V75型漏斗[20-21]，其出料口尺寸為75 mm×75 mm，容積約10.01 L(見(jiàn)圖2 c)。

a

b

c

該方法操作較簡(jiǎn)便，適用于試驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量控制。但因骨料尺寸對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大，粒徑過(guò)大易造成阻滯，導(dǎo)致流出時(shí)間顯著偏大、結(jié)果失真，因此，骨料粒徑不宜大于20 mm[7](或22.4 mm[19])

1.3 L型箱試驗(yàn)[4，12，22]

L型箱由豎直段、水平段及連接處的閘板和鋼筋柵組成。在L型箱豎直段裝滿(mǎn)混凝土(約12.90 L)，靜置1 min后提起閘板，混凝土在自重作用下通過(guò)鋼筋柵流向水平段，水平段與豎直段端頭處混凝土高度的比值為通過(guò)能力比，比值越接近1，則混凝土流動(dòng)性、間隙通過(guò)能力越好。對(duì)于SCC，通常要求通過(guò)能力比不小于0.8。其間隙通過(guò)能力取決于鋼筋柵的類(lèi)型，鋼筋柵由3根或2根Φ12光圓鋼筋組成，對(duì)應(yīng)間隙凈距分別為41 mm×4或59 mm×3。水平段端頭填充高度(最大高度約92 mm)和從提起活動(dòng)門(mén)到混凝土流動(dòng)至水平段端頭(流動(dòng)距離約60 cm)的時(shí)間T60，也可以反映混凝土的填充性和抗離析性能。該方法操作較簡(jiǎn)單，適用于試驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量控制。

1.4 U型箱填充試驗(yàn)[4-5，9，23]

U型箱填充試驗(yàn)是最早的SCC評(píng)價(jià)方法之一，能評(píng)價(jià)SCC的間隙通過(guò)性能、填充性能，操作較簡(jiǎn)單，適用于試驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量控制。

U型箱按箱體形狀可分為U形和箱形2種(見(jiàn)圖3)，箱體高為680 mm，寬為200 mm，長(zhǎng)為280 mm，箱體中間采用隔板隔開(kāi)分成A、B兩室，底部留190 mm高的連通區(qū)域，并設(shè)置鋼筋制成的格柵型障礙和間隔門(mén)。將A室裝滿(mǎn)混凝土，靜置1 min后，打開(kāi)間隔門(mén)，混凝土在自重下穿過(guò)鋼筋格柵障礙流向B室。通常以填充高度(B室中混凝土的高度)和填充高度差(A、B室混凝土的高度差)表征其填充性能。對(duì)于SCC，填充高度一般不宜小于320 mm[5-9](300 mm[21])，填充高度差一般不宜大于30 mm[4]；間隙通過(guò)性能等級(jí)根據(jù)格柵障礙的類(lèi)型進(jìn)行劃分。

不同規(guī)范對(duì)格柵障礙中鋼筋直徑、數(shù)量及分布的規(guī)定有所差異。其中文獻(xiàn)[4]中規(guī)定U型箱(U形)的鋼筋柵由3根Φ12 mm或2根Φ12 mm光圓鋼筋構(gòu)成，間隙凈寬平均分布，分別為41 mm×4、59 mm×3；文獻(xiàn)[5， 23]中U型箱(U形、箱形)的鋼筋柵由5根Φ10 mm或3根Φ13 mm鋼筋構(gòu)成，鋼筋間凈間距均為35 mm，間隙凈寬分別為35 mm×4+5 mm×2、35 mm×2+45.5 mm×2；文獻(xiàn)[9]中U型箱(U形、箱形)的鋼筋柵由5根Φ10 mm或3根Φ13 mm鋼筋構(gòu)成，鋼筋間間距均為35 mm，間隙凈寬分別為25 mm×6、22 mm×2+58.5 mm×2。另外，由于缺乏具體規(guī)定，不同廠(chǎng)家制作的U型箱箱體中隔板及間隔門(mén)的厚度也可能有所差異。

a U形

b 箱形

1.5 J環(huán)試驗(yàn)[6-9，24-26]

J環(huán)(J型環(huán))試驗(yàn)是在坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)的基礎(chǔ)上衍生出的試驗(yàn)方法，將直徑300 mm的J環(huán)套在坍落度筒外側(cè)，通過(guò)對(duì)比增加J環(huán)障礙前后的坍落擴(kuò)展度差、J環(huán)外緣(或直徑300 mm處)與中心部位高差及擴(kuò)展時(shí)間T50變化表征拌合物的間隙通過(guò)性能。一般坍落擴(kuò)展度差值不宜大于50 mm[8-9，26]，障礙高差不宜大于40 mm[6]。

應(yīng)注意的是，不同規(guī)范中J環(huán)上布置鋼筋的直徑和數(shù)量有所區(qū)別。文獻(xiàn)[7-9， 26]中，J環(huán)上均勻布置16根Φ16 mm的鋼筋，相鄰鋼筋之間間隙凈寬為42.5 mm，適用于骨料粒徑不大于20 mm的混凝土拌合物。文獻(xiàn)[6]中J環(huán)有2種：Ⅰ型J環(huán)(16根Φ18 mm鋼筋，間隙凈寬40.5 mm)、Ⅱ型J環(huán)(8根Φ18 mm鋼筋，間隙凈寬為96.8 mm)，分別適用于骨料粒徑不大于20 mm、40 mm的混凝土。文獻(xiàn)[25-26]中J環(huán)也有2種規(guī)格，窄間距型的J型環(huán)與文獻(xiàn)[6]中的Ⅰ型J環(huán)一致；而寬間距型J環(huán)，均勻布置有12根Φ18 mm鋼筋，間隙凈寬為59.6 mm。另外值得注意的是，J環(huán)試驗(yàn)中，文獻(xiàn)[10-11， 26]中規(guī)定坍落度筒倒置，而文獻(xiàn)[6-7， 25-26]中坍落度筒正向放置；混凝土一般要求一次性裝滿(mǎn)坍落度筒，但文獻(xiàn)[26]中規(guī)定，必要時(shí)可分3層裝入，每層用搗棒均勻插搗5次。

1.6 離析率篩析試驗(yàn)[6-8， 27]

離析率篩析試驗(yàn)又稱(chēng)GTM篩穩(wěn)定性試驗(yàn)或漿體篩分法[28-29]，文獻(xiàn)[27]中的試驗(yàn)方法規(guī)定：取10±0.5 L混凝土試樣置于帶蓋容器中，靜置15±0.5 min后，將容器移至套篩(5 mm方孔篩+托盤(pán))上方500±50 mm的高度處，一次性連續(xù)均勻地傾倒4.8±0.2 kg混凝土試樣(含泌水)于篩上。靜置120±5 s后，稱(chēng)量通過(guò)篩孔流到托盤(pán)上漿體的總質(zhì)量，其與過(guò)篩混凝土總質(zhì)量的比例為混凝土拌合物離析率，通常將其分為2個(gè)等級(jí)[6，8，12，14]：≤20%、≤15%。

a 文獻(xiàn)[27]

b 文獻(xiàn)[6-7]

文獻(xiàn)[27]中要求帶蓋容器(見(jiàn)圖4 a)的內(nèi)徑不小于200 mm，容積不小于11 L，但未明確限定其形狀尺寸。由于SCC流動(dòng)性好，傾倒過(guò)程易超出4.8±0.2 kg的范圍，為使取樣更加方便和規(guī)范化，文獻(xiàn)[6-7]中增加了一個(gè)由2節(jié)組成的10 L盛料器(Φ208 mm×294 mm，見(jiàn)圖4 b)，其中上節(jié)高度為60 mm，理論容積為2.0 L。若混凝土表觀(guān)密度為2 400 kg/m3，則上節(jié)部分混凝土的重量約為4.9 kg，滿(mǎn)足4.8±0.2 kg的要求，但并未規(guī)定試樣傾倒的高度。該方法操作較復(fù)雜，耗時(shí)稍長(zhǎng)，適用于試驗(yàn)室檢測(cè)。

1.7 自密實(shí)混凝土靜態(tài)離析柱試驗(yàn)[9，30]

靜態(tài)離析柱試驗(yàn)用的圓柱筒由內(nèi)徑為200 mm、高度分別為165 mm、330 mm、165 mm的上、中、下3個(gè)圓環(huán)重疊組成，其理論容積為20.7 L。試驗(yàn)時(shí)，將混凝土拌合物在2 min內(nèi)不分層一次裝滿(mǎn)圓柱筒。靜置15±1 min后，先后收集上、下環(huán)中的混凝土，放置在4.75 mm篩上用清水沖洗除去混凝土中的漿體和細(xì)骨料，下部、上部圓環(huán)內(nèi)對(duì)應(yīng)粗骨料的飽和面干質(zhì)量的差值與其平均值的比例即為靜態(tài)離析率，一般要求不大于10%[9]。

文獻(xiàn)[9]與文獻(xiàn)[30]中關(guān)于試驗(yàn)步驟的描述稍有差異。文獻(xiàn)[30]中規(guī)定，達(dá)到規(guī)定靜置時(shí)間后，先分別收集上、下圓環(huán)中的混凝土，再進(jìn)行篩洗；而根據(jù)文獻(xiàn)[9]的描述，需將上環(huán)中的混凝土收集、篩洗后，再收集并篩洗下環(huán)中的混凝土，因此，在上環(huán)混凝土篩洗過(guò)程中環(huán)內(nèi)粗骨料繼續(xù)沉降的影響，下環(huán)中的粗骨料含量可能偏大，影響試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比性。另外，由于上、下圓環(huán)容積約5.2 L，上、下各環(huán)中混凝土重量可達(dá)12.5 kg，采用4.75 mm篩進(jìn)行篩洗，粗骨料篩分及擦拭工作量大，效率較低，適用于試驗(yàn)室檢測(cè)SCC的靜態(tài)抗離析性能。

1.8 拌合物穩(wěn)定性跳桌試驗(yàn)[4，8]

拌合物穩(wěn)定性跳桌試驗(yàn)[4]或粗骨料振動(dòng)離析率跳桌試驗(yàn)[8]，所用的檢測(cè)筒由內(nèi)徑為115 mm，高度均為100 mm的上、中、下3節(jié)組成，理論容積約3.1 L。按規(guī)范要求將SCC拌合物用料斗裝滿(mǎn)穩(wěn)定性檢測(cè)筒。將檢測(cè)筒放置在振幅25±2 mm的跳桌上，以1次/s的頻率跳動(dòng)25次后，分別收集各節(jié)筒內(nèi)拌合物，并置于5 mm的圓孔篩中用清水篩洗。下、上節(jié)對(duì)應(yīng)粗骨料濕質(zhì)量的差值與3節(jié)中粗骨料濕質(zhì)量的平均值的比例，即為粗骨料振動(dòng)離析率，一般要求不大于10%[4，8]。應(yīng)注意，該試驗(yàn)用跳桌與水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定儀(跳桌)[31]的振幅(10±0.2 mm)并不相同。該方法操作較復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)，適用于試驗(yàn)室檢測(cè)SCC的動(dòng)態(tài)抗離析性能。

1.9 Orimet試驗(yàn)[3，32-34]

P.J.M. Bartos[32-33]研制的Orimet漏斗原理與V型漏斗類(lèi)似，其腔體由長(zhǎng)圓柱體(Φ120 mm×660 mm)和倒圓錐臺(tái)卸料口(下直徑80 mm，高度60 mm，圓錐面坡度為3:1)構(gòu)成，其理論容積為7.9 L(見(jiàn)圖5 a)。距倒圓錐臺(tái)上表面100 mm處還設(shè)有2根Φ12 mm相互垂直的鋼筋。將拌合物裝滿(mǎn)Orimet漏斗，打開(kāi)活動(dòng)門(mén)，記錄混凝土流空的時(shí)間。

安明哲[34]等人針對(duì)我國(guó)高流動(dòng)性混凝土骨料粒徑不穩(wěn)定，骨料超徑對(duì)流出時(shí)間影響大的問(wèn)題，對(duì)Orimet漏斗的尺寸及其構(gòu)造進(jìn)行了一下優(yōu)化調(diào)整，其上部圓柱尺寸為Φ150 mm×600 mm，下部倒圓錐臺(tái)形卸料口下直徑為120 mm，高度為60 mm，圓錐面坡度為4:1，理論容積為11.5 L(見(jiàn)圖5 b)。

a

b

1.10 O型漏斗試驗(yàn)[20，35]

O型漏斗試驗(yàn)是日本土木學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)[20]中提及的試驗(yàn)方法，O型漏斗與V型漏斗試驗(yàn)原理及方法相同，可表征拌合物的抗離析性、填充性(粘度、流動(dòng)性)，其腔體由上部倒圓錐臺(tái)和下部圓柱構(gòu)成，倒圓錐臺(tái)上直徑為230 mm，下直徑為75 mm，高為465 mm，錐面坡度為6:1，下部圓柱尺寸為Φ75 mm×150 mm[35]，理論容積為9.9 L(見(jiàn)圖6)。O型漏斗流出時(shí)間一般控制在4～20 s[20]。

1.11 倒置坍落度筒排空試驗(yàn)[7，36-37]

倒置坍落度筒排空試驗(yàn)[7，36]，將混凝土拌合物分2層(每層插搗15次，搗實(shí)后1/2筒高)裝入倒置的坍落度筒內(nèi)，打開(kāi)密封蓋并計(jì)時(shí)，測(cè)量混凝土拌合物全部排空的時(shí)間，對(duì)于泵送高強(qiáng)混凝土，排空時(shí)間宜控制在5～20 s[36]。

圖6 O型漏斗示意(單位：mm)

該方法操作較簡(jiǎn)單，但由于坍落度筒容積相對(duì)偏小，且卸料口尺寸較大，因此，對(duì)低粘度大流動(dòng)性混凝土，排空時(shí)間短，測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性受人為因素影響大，一般僅適用于粘度較高的混凝土。ASTM C995-01[37]利用類(lèi)似方法檢測(cè)纖維增強(qiáng)混凝土的工作性能，測(cè)試時(shí)將振動(dòng)器插入裝滿(mǎn)拌合物的倒坍落度筒中，測(cè)量其排空時(shí)間，但因該方法實(shí)際應(yīng)用很少，于2008年廢止。

1.12 空心筒貫入試驗(yàn)[38]

文獻(xiàn)[38]中的貫入試驗(yàn)所用試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖7，空心筒及圓桿的總質(zhì)量為45±1 g，筒體內(nèi)徑75±1 mm，壁厚1.5±0.1 mm，高度50±1 mm，筒體上方對(duì)稱(chēng)設(shè)有直徑6 mm的圓形排氣孔。試驗(yàn)時(shí)，將拌合物裝滿(mǎn)倒坍落度筒，刮除余料，靜置80±5 s后，使帶圓桿的空心筒體以零初速自由沉入混凝土中，沉降30±2 s時(shí)記錄筒體貫入深度。貫入深度越大，表示拌合物抗離析性能越差，宜小于25 mm[38]。該方法操作較簡(jiǎn)單，能快速測(cè)定SCC的靜態(tài)抗離析性能。

圖7 空心筒貫入試驗(yàn)裝置示意

1.13 離析性探針沉入度試驗(yàn)[39]

離析性探針沉入度試驗(yàn)與空心筒貫入試驗(yàn)原理類(lèi)似，以環(huán)形探針的沉入深度表征拌合物的粘度、抗離析性能。整個(gè)探針由Φ2.38 mm的不銹鋼鋼絲制成(見(jiàn)圖8)，總質(zhì)量約24 g。試驗(yàn)時(shí)，將混凝土拌合物一次性裝滿(mǎn)Φ150 mm×300 mm的圓筒，靜置1 min后，使探針以零初速自由沉入混凝土中，記錄沉降30 s時(shí)的沉入深度。從拌合物穩(wěn)定性方面考慮，沉入深度宜控制在7 mm以下[39]。該測(cè)試方法簡(jiǎn)單快速，觸變對(duì)測(cè)試結(jié)果影響小，適用于屈服應(yīng)力較小(<36 Pa)的拌合物，不適用于輕骨料混凝土。

圖8 離析性探針試驗(yàn)用改良型探針示意

1.14 Kajima box試驗(yàn)[12，29，40-41]

Kajima box試驗(yàn)(箱型填充試驗(yàn))的箱體尺寸為500 mm×300 mm×300 mm，采用透明樹(shù)脂玻璃制作而成，箱體內(nèi)設(shè)置35根Φ20 mm、中心距為50 mm的障礙物(見(jiàn)圖9)。通過(guò)填充管向容器中填注一定量混凝土后，測(cè)量容器內(nèi)不同位置拌合物的高度。通過(guò)對(duì)比障礙區(qū)域兩側(cè)的高度差，能直觀(guān)判斷SCC的間隙通過(guò)性能和填充性能。該方法適用于檢測(cè)鋼筋密集結(jié)構(gòu)中粗骨料最大粒徑不超過(guò)20 mm的SCC的間隙通過(guò)性能，但由于試驗(yàn)所需材料用量較多，箱體重量大，清洗不便，難以用于施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土質(zhì)量的控制。

圖9 Kajima填充箱示意(單位：mm)

1.15 J型流動(dòng)儀試驗(yàn)[42]

J型流動(dòng)儀兩側(cè)柱狀容器截面為正方形(見(jiàn)圖10)，左側(cè)邊長(zhǎng)為120 mm，總高度為955 mm，右側(cè)邊長(zhǎng)為150 mm，高度為205 mm，其理論容積約20.0 L。試驗(yàn)前先封閉右側(cè)出口處蓋板，將混凝土拌合物從左側(cè)裝入并填滿(mǎn)容器后，打開(kāi)蓋板，測(cè)定左側(cè)容器內(nèi)混凝土分別下降至100 mm、200 mm刻度的時(shí)間差(At)，并測(cè)量拌合物停止流動(dòng)后左側(cè)下降的總高度(S)。S與坍落度的變化趨勢(shì)一致，可以反映SCC的變形量；At能反映拌合物的粘度，At越大，說(shuō)明拌合物粘度越大、抗離析性能越好，而流動(dòng)性越差。該方法能有效反映坍落度≥180 mm混凝土的工作性，對(duì)大流動(dòng)性混凝土的泵送施工具有重要指導(dǎo)意義，但當(dāng)流動(dòng)性增大到一定程度時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果的變化幅度較小，難以實(shí)現(xiàn)定量評(píng)價(jià)。

圖10 J型流動(dòng)儀(單位：mm)

2 流變性能測(cè)試方法

為了能夠準(zhǔn)確、直觀(guān)表征混凝土的流變特性，國(guó)內(nèi)外研究人員先后提出了多種流變模型，如E.C.Bingham提出的Bingham模型(τ=τ0+μγ)，F(xiàn)eys Dimtri等提出的改進(jìn)Bingham模型(τ=τ0+μγ+cγ2)，法國(guó)學(xué)者Larrard F de提出的Herschel-Bulkley模型(τ=τ0+aγb)等[43-44]。與Herschel-Bulkley等模型相比，Bingham模型雖然不能與新拌SCC的變形行為很好匹配[28]，但由于其數(shù)據(jù)分析處理相對(duì)簡(jiǎn)單，參數(shù)物理意義較明確，在實(shí)際應(yīng)用中仍占有一席之地。根據(jù)Bingham模型，剪切應(yīng)力(τ，Pa)的大小與剪切速率(γ，s-1)成線(xiàn)性比例關(guān)系，SCC的流動(dòng)特性可用屈服應(yīng)力(τ0，Pa)和塑性粘度(μ，Pa·s)描述，屈服應(yīng)力指引發(fā)流動(dòng)所需的最小剪切應(yīng)力，而塑性粘度反映流體流動(dòng)過(guò)程中的阻力，一般SCC的屈服應(yīng)力為0～60 Pa，塑性粘度為20～120 Pa·s[16，45-47]。

研究發(fā)現(xiàn)[17，45，48-49]，SCC的工作性與其流變特性密切相關(guān)，其中，屈服應(yīng)力與坍落度、坍落擴(kuò)展度等經(jīng)驗(yàn)檢驗(yàn)方法指標(biāo)之間有良好的相關(guān)性，屈服應(yīng)力越小，流動(dòng)性能和填充性能越好；而塑性粘度與T50、V型漏斗時(shí)間之間存在良好的相關(guān)性，塑性粘度以適中為宜，過(guò)低則拌合物易泌水離析，粘度過(guò)高也對(duì)流動(dòng)性、填充性產(chǎn)生不利影響。根據(jù)SCC屈服應(yīng)力和塑性粘度的適宜取值范圍，結(jié)合原材料和配合比參數(shù)對(duì)屈服應(yīng)力和塑性粘度的影響，能為混凝土配合比優(yōu)化提供指導(dǎo)[46]。

測(cè)定屈服應(yīng)力和塑性粘度的儀器通常稱(chēng)為流變儀或粘度計(jì)，流變儀按測(cè)試原理不同，可分為旋轉(zhuǎn)式(同軸圓筒式、葉片式/葉輪式、兩點(diǎn)式、錐板式、圓盤(pán)式等)[16，50-51]、落體式(空?qǐng)A柱儀)[44]、毛細(xì)管式(TVC管)[48]等。

由于混凝土流變儀價(jià)格昂貴，使用和維護(hù)成本高；試驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)分析處理對(duì)操作人員專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平要求較高，因此，流變儀大多用于試驗(yàn)研究，不便于施工現(xiàn)場(chǎng)使用。雖然屈服應(yīng)力和塑性粘度能一定程度上反映SCC的流動(dòng)性、抗離析穩(wěn)定性，但無(wú)法表征其間隙通過(guò)性能；另外，目前常用的旋轉(zhuǎn)式流變儀使用過(guò)程中，拌合物會(huì)因重力、攪拌離心力的作用而沉降、離析，使試驗(yàn)結(jié)果失真(偏小)[28]，因此，流變性能測(cè)試方法也需與經(jīng)驗(yàn)檢驗(yàn)方法聯(lián)合使用才全面、準(zhǔn)確地反映SCC的自密實(shí)性能。

3 結(jié)論與展望

1) 采用單一的方法往往難以全面準(zhǔn)確的描述自密實(shí)混凝土的填充性、間隙通過(guò)性和抗離析性，必須組合2種或2種以上的試驗(yàn)方法才能較準(zhǔn)確的判斷其工作性能的好壞。

2) 部分經(jīng)驗(yàn)檢驗(yàn)方法由于試驗(yàn)操作復(fù)雜、測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性可靠性差、原材料用量大、檢測(cè)指標(biāo)功能單一或原理與其他方法類(lèi)似等原因，在實(shí)際中應(yīng)用較少。流變性能測(cè)試方法也因價(jià)格昂貴、操作人員需經(jīng)專(zhuān)門(mén)訓(xùn)練、缺乏標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范指導(dǎo)、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系有待完善等原因現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用很少。試驗(yàn)操作較簡(jiǎn)便、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系完善的坍落擴(kuò)展度、L型箱、U型箱、V型漏斗、J型環(huán)試驗(yàn)等試驗(yàn)方法仍將是自密實(shí)混凝土拌合物工作性測(cè)試首選方法。

3) 不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)自密實(shí)混凝土工作性能試驗(yàn)方法的規(guī)定可能存在細(xì)節(jié)上的差異，而這些儀器設(shè)備和試驗(yàn)步驟上的差異可能影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和對(duì)比性。試驗(yàn)前應(yīng)確保試驗(yàn)儀器設(shè)備與試驗(yàn)方法一致，并嚴(yán)格按規(guī)范要求進(jìn)行操作。對(duì)現(xiàn)有測(cè)試方法的進(jìn)一步規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化是目前國(guó)內(nèi)外研究人員應(yīng)致力解決的問(wèn)題。

4) 部分現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)自密實(shí)混凝土工作性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的推薦值或限值要求并不一致，給自密實(shí)混凝土的推廣應(yīng)用帶來(lái)不便，建議及時(shí)修正和完善，確保指標(biāo)的科學(xué)性、有效性和一致性。