预填骨料混凝土研究现状及发展趋势

预填骨料混凝土研究现状及发展趋势

摘要：本文回顾预填骨料混凝土发展历程，根据当前研究现状，结合建筑产业

升级转型，对预填骨料混凝土发展前景进行分析，旨在为装配式建筑发展及预填

骨料混凝土的研究提供科学参考和依据。

关键词：预填骨料混凝土；建筑工业化；装配式建筑

预填骨料混凝土上世纪在国外率先被应用于工程建设，尤其修复工程、水利

工程及核电工程，取得较好的施工效果。该项技术是把粗骨料预先铺填于模板中，振实后向骨料空隙中注射水泥砂浆填满，其弹性模量略髙于普通混凝土，干缩率

则低于普通混凝土的一半。国外也称“灌浆骨料混凝土”或“注射骨料混凝土”。其

优点在于：预填骨料混凝土施工中水泥、砂不用加粗骨料搅拌，搅拌量减少；预

填骨料及浇筑灌浆料时，不用振捣；整体干缩率小，不易出现因为干缩导致的混

凝土开裂；骨料间的间隙小，预填混凝土中骨料多，从而降低水泥用量。缺点是

其强度低。

1.预填骨料混凝土发展背景

预填骨料法生产混凝土施工，由美国工程师1937年首次应用于加里福尼亚州的圣菲（SantaFe）铁路隧道修复工程中。施工人员在拱顶区混凝土灌浆前用粗骨

料填塞较大的间隙，用减少水泥砂浆的用量。该项施工技术起初多用于修补桥梁

及隧道里衬，主要是工程的修复和加固等环节。后经过广泛试验，美国农垦局在

胡佛坝（HooverDam）的溢洪道大面积冲刷区的回填中，应用了该项技术；此外1964年在美国科罗拉多州尼德兰（Nederland）的巴克坝（BarkerDam）迎水面的

扩建工程，在52m髙的坝上重做面层，就要在坝的前面1.8m左右处锚固预制混

凝土板，在冬季水库的枯水期用粗骨料填满1.8m的间隙，第二年春季的水库丰

水期，10d之内连续泵送作业，把骨料灌满浆[1]。这项工程证明预填骨料混凝土

可用于大型的工程项目。

1954~1955年间在马克基纳克大桥34个桥壞的施工中，使用了380000m3预

填骨料混凝土。20世纪70年代，日本的本州一四国桥梁管理局进行了广泛的研究，在大型桥梁的施工中达到了顶点。澳大利亚的雪山管理局在其水电站工程中，用预填骨料混凝土填充了涡轮机的涡壳和尾水管。在核反应堆和X射线设备的周

围浇筑生物防护屏蔽中，也广泛使用了这种方法。我国大连中远六万吨级船坞于1997年9月竣工投入使用，该工程船坞底板采用了预填骨料混凝土施工新技术，获得了较好的经济效益[2]。

2.国内预填骨料混凝土发展现状

由于预填骨料混凝土施工方法与普通混凝土有较大的不同，结构性能上也存

在较大差异，进而导致预填骨料混凝土的多项性能有所下降。高振国、金树新等

研究表明，预填骨料混凝土强度总体水平为C20，且受力破坏是以其内部初始裂

缝扩展而开始的。主要是由于粗骨料的预填使其颗粒相互接触，颗粒间存在一定

的机械咬合力，在砂浆收缩时粗骨料颗粒不能发生相对位移，使得粗骨料与砂浆

界面上的拉应力比普通混凝土更大，因而界面裂缝数目会更多，导致强度较低，

同时也指出对传统的预填骨料混凝土施工方法、原材料及配比做适当的改进，可

提高预填骨料混凝土的强度[3]；其后，离振国，罗永会等经过膨润土的试验表明：膨润土能够吸附8 ~ 15倍于本体积的水量，吸水后体积膨胀几倍至十几倍。现利

用其吸水膨胀特性，以提髙预填骨料混凝土的各项性能[4]。

通过笔者走访各商砼站（受地域限制），调研结果表明，川内地区工程建设

中常用商砼强度多为中高强度，由于地产资源紧张，仅少量单位可提供高强度商砼，其中从事预填骨料混凝土生产的企业更少之又少。相较于国外预填骨料混凝

土的施工工艺及技术研究，我国预填骨料混凝土应用多是简单的应用于水利工程、桩基础和地基处理等方面，而瑞士西卡（SIKA）集团、德国巴斯夫（BASF）公司等，具有较成熟的技术以及工程实践经验，配制出高性能无收缩自密实成品灌浆料，美国材料与试验协会（ASTM）也制定了一系列比较完整的PAC制配和测试

规范[5]。我国预填骨料混凝土由于实际强度和生产工艺限制，尚未广泛用于大型

工程，自2000年以来发展缓慢。

3.预填骨料混凝土在大体积混凝土中应用前景

预填骨料混凝土应用在大体积混凝土施工中，骨料预填后可分批次灌浆施工，在施工缝处新旧混凝土粘粘强度高，不会影响整体混凝土的质量。若配制无收缩

的灌浆料，预填骨料混凝土干缩率更小，其对混凝土质量影响小。预填骨料混凝

土中水泥含量少，水化热小。由此，预填骨料混凝土应用在大体积混凝土中，不

易出现传统大体积混凝土经常出现的水化热导致内外温差大以及干缩等原因导致

的裂缝，所以有很大的优势。若能提高预填骨料混凝土的强度，其在大体积混凝

土施工将有很大的应用前景。我国大连中远六万吨级船坞于1997年9月竣工投

入使用，其船坞底板采用预填骨料混凝土施工新技术，获得较好的经济效益。预

填骨料混凝土用于船坞底板的大体积混凝土，常采用全级配（四级配）大体积混

凝土。1996年博士研究生朱尔玉在其博士学位论文《大骨料混凝土多轴强度理论

及本构关系的试验研究》中，对全级配混凝土和湿筛混凝土在轴拉、轴压、劈拉、抗折、双轴拉压受力情况下的强度和变形特征作了比较试验。同时，对湿筛混凝

土还作了双轴压压、三轴压压拉试验，提出了有关的理论分析成果。硕士研究生

冯涤海也提出了学位论文《全级配混凝土强度特性的试验研究》，都为研究预填

骨料混凝土力学性能检测方法提供参考。但针对实际生产过程中，如何通过调整

施工配合比、使用外加剂等方法提高预填骨料混凝土的强度和耐久性，预填骨料

混凝土强度和力学性能指标与生产工艺及设备条件的相关性仍需大量研究。

4.装配式建筑中预填骨料混凝土的应用前景

建筑工业化起源于二战后的欧洲，装配式建筑主要是指由工厂批量做好预制

构件，运送至工地现场拼装而成的建筑。建筑构件生产批量标准化，现场浇筑作

业大量减少，建筑装修一体化设计施工，大幅度节约施工时间及节省施工人材机

资源，绿色节能的特点鲜明。在资源日益紧张的现代社会，装配式建筑引起了广

泛的关注及应用。

中国装配式建筑在国家政策的推动下实现井喷式增长，住建部于2017年11

月'9日发文认定北京等30个首批装配式建筑示范城市和北京住建总集团有限责

任公司等195个企业为第一批装配式建筑产业基地[6]。在装配式建筑构件作业过

程中，预填骨料混凝土可湿筛法量化生产，运输至现场拼装成型。且针对形状复杂、钢筋密集的构件，预制件施工中，可在钢筋绑扎环节铺填骨料，灌浆养护成

型即可，有效解决普通混凝土不易浇筑、振捣等难题；预制场改良养护条件，可

有效提高预填混凝土强度；现场拼装过程，预制构件节点需进行二次混凝土浇筑，采用预填法施工更加便利。因此，在建筑工业化发展的进程中，预填骨料混凝土

可大幅提高工效，便于工厂精细化生产及构件的质量把控，有着较广阔的发展前景。

5.结语

1）预填骨料混凝土在我国发展较为缓慢，如何通过优化配合比、养护条件及