[建筑]浅谈高性能混凝土李颖.doc

浅谈高性能混凝土无机三班 李颖摘要:强调高性能混凝土必须具有高强度、高工作性、高耐久性，分析其组成材料和选择原材料的原则，提出了在工程中的应用前景和高性能混凝土是混凝土可持续发展的出路。关键词:高性能混凝土强度耐久性可持续发展随着建设事业的发展，混凝土材料在工程中得到了更加广泛的应用。高速公路、大跨径桥梁、海底隧道、高层建筑、地下工程、机场跑道、港口堤坝、海上钻井平台以及核电站等的建筑物和结构物，对混凝土材料提出了很多新的要求。对于这些结构工程的混凝土，尤其是在比较恶劣的使用环境条件下的混凝土，力学强度虽然是其重要的性能指标，但混凝土的耐久性与长期性能显得更加重要。1何谓高性能混凝土高性能混凝土是一种经专门设计，适用于一定工程结构和使用环境的，具有高强度、高工作性、高耐久性的混凝土。这种混凝土的拌合物具有大流动性和可泵性，不分层离析，而且保塑时间可根据工程需要进行调整，便于浇注密实。这种混凝土在凝结硬化过程中，水化热低，内部缺陷少;硬化后，体积稳定，收缩变形小，结构密实，抗渗、抗冻、抗碳化等耐久性能高。2高性能混凝土组成材料的要求2.1水泥高性能混凝土所用的水泥必须符合以下几个特殊要求:标准稠度用水量小，从而使混凝土在低水灰比时也同样能获得较好的施工性能;水化热小且放热速度慢，以避免混凝土因内外温差过大而产生裂缝;水泥粒子群的比表面积宜大，粒子形状最好为球形，粒子之间互相填充(级配)应达最密实状态;水泥强度一般不低于52.SMPa。配制高性能混凝土，根据使用要求，应采用以下几种水泥:(l)中热硅酸盐水泥。该水泥中的C3A的含量不超过6%，C3S与C3A的含量通常超过58%。该水泥具有较高的抗硫酸盐侵蚀的能力，并且水化热中等，有利于混凝土体积的稳定，避免混凝土表面因温差过大而出现裂缝。(2)球状水泥。当前使用的各种水泥其粒形是碎石状的，而球状水泥是将水泥熟料通过高速气流粉碎及特殊加工处理而成球状。它与普通的水泥相比，凹凸部分与棱角部分消失了，粒子带圆形，粒度分布合理，粒子表面微粉减少。如果坍落度相同，球状水泥的用水量比普通的水泥用水量降低90k一30?0，而且球状水泥具有高填充性。因此，使用球状水泥是混凝土达到高流动性、高强度和高耐久性的重要手段。(3)调粒(级配)水泥。调粒水泥常用的原料为硅酸盐水泥、水泥粗粉、硅粉、粉煤灰、高炉矿渣，将水泥组成中的粒度分布进行调整，提高其填充率;并使水泥粒子的最大粒径增大，粒度分布向粗的方向移动;同时还掺入超细粉以获得最密实的填充。这样就能获得大流动性的水泥浆，具有适当的早期强度，水化热低，水化放热速度慢等优良性育旨。10上海建材2000年第5期一(4)活化水泥。将粉状超塑化剂与水泥熟料混磨即能制得活化水泥。用活化水泥配制混凝土，与通常方法相比，拌合用水量可降低巧%一25%，当混凝土强度为C15一C35时，可节约水泥56%一68%，即节约水泥130一290kg/m3;在一10下无须用防冻剂。活化水泥用量为300kg/m3时可获得SOMPa的高强度、高性能的混凝土。(5)超细水泥。超细水泥是指比表面积达I000OcmZ/g以上的水泥。这种水泥的初期水化反应延迟，硬化后碳化深度、干燥收缩等均比普通的水泥低。2.2超细矿物粉超细矿物粉可以改善混凝土拌合物的和易性，增加混凝土的稳定性，降低水化热，减少热裂缝的出现。高性能混凝土掺用的超细矿物粉要求活性5102含量要大，比表面积要大。(1)硅粉。硅粉是生产硅铁或其他硅合金时，从高温烟气中收集的一种超细粉末。硅粉中5102含量极高，一般达S5%一98%。硅粉呈极细小的玻璃状球形颗粒，粒径在1pm一0.1pm左右，比表面积约为2.0X105Cm2/g。硅粉不仅是一种火山灰性极大的高活性矿物质掺合料，而且硅粉小球形颗粒填充于水泥颗粒之间，使胶凝材料具有良好的级配，降低其标准稠度下的用水量。(2)磨细矿渣。磨细矿渣是将粒化高炉矿渣磨细到比表面积达SOO0cmZ/g以上，粒化高炉矿渣变成了超细粉，超细粒子(10pm以下的粒子)增加，水化性能增大，与一般磨细矿渣(比表面积4000cm叮g以下)相比，取代部分水泥配制混凝土时，各种性能发生明显变化，即流动性提高，泌水量降低，缓凝，早期强度可与硅酸盐水泥混凝土相当，但后期强度高，耐久性好。所以近年来在配制高性能混凝土时已开始广泛使用磨细矿渣。(3)优质粉煤灰。粉煤灰是由燃煤电站烟气收集的灰尘。一般地说，粉煤灰的颗粒比水泥颗粒还细，而且含有大量的球状玻璃珠。在配制高性能混凝土时，应采用优质粉煤灰，即采用比表面积约为785Ocm丫g，粒径为10pm的分级灰。或采用按GB1589一88规定的一级粉煤灰。(4)超细沸石粉。采用天然沸石粉再进一步粉磨面而成。超细沸石粉的平均粒径10pm，在配制混凝土时掺入超细沸石粉，使其与Ca(0H)2反应，使水化硅酸钙凝胶增多，水泥石密实度提高。沸石粉降低了混凝土的泌水、分层与离析，改善了水泥石孔隙结构，提高了混凝土的强度、抗渗性和耐久性。2.3骨料骨料的粒径、颗粒形状、表面特征、矿物成分、级配、强度等对高性能混凝土的物理力学性能及耐久性都有显著的影响。2.3.1粗骨料粗骨料应选择由硬质砂岩、石灰岩、玄武岩等母岩破碎成立方体颗粒状的碎石。由于母岩中可能存在的薄弱区会出现破碎，而破碎成较小的碎石颗粒常常会得到较高的强度，所以高性能混凝土粗骨料最大粒径Dmax蕊ZOmm。高性能混凝土由于其水泥石强度较高，水泥石与骨料的结合力较强，混凝土破坏时断面中的骨料几乎都遭到破坏。所以骨料本身的强度就成了制约高性能混凝土强度的一个重要因素。试验证明，骨料的压碎指标应控制在10%一巧%为宜。如果控制了风化(软弱)颗粒、含泥(细粉)量，而破碎后的粒形好，等粒径颗粒多，针片状颗粒少，石子的强度对混凝土强度影响就较小。而石子对混凝土强度的影响主要是界面。表面粗糙、具有较大表面积的角状骨料，可获得较大的粘结强度。2.3.2细骨料细骨料应选用石英含量高、颗粒浑圆、洁净、细度模数在2.63.2之间，且具有平滑筛分曲线的中、粗砂。砂率宜略大一些，约为36%左右。砂率和级配影响混凝土拌合物的用水量、容重、和易性，影响混凝土的孔隙率、抗渗性和强度。配制高性能混凝土时，选择的骨料较为理想的是骨料与水泥石有着相同或相近的热膨胀系数和弹性模量。如果骨料和水泥石热膨胀系数以及弹性模量差别很大时，在水泥水化减缩和温度、湿度变化时，两者变形不一致，会导致界面产生微裂缝，降低混凝土的抗渗性和耐久性。2.4新型高效减水剂高性能混凝土的基本原则之一就是采用低水灰比，而水灰比低时，水泥浆流动性则较差。同时，为了使混凝土达到高强度、高流动性和高耐久性，(上海建材刊帅年第5期11配制高性能混凝土都掺入超细矿物粉，这样就必须用高效减水剂。高效减水剂的主要特点是:既具有高的减水率(20%一30%)，又有控制混凝土拌和物坍落度损失的性能，从而使混凝土具有高的工作性和耐久性。当前，配制高性能混凝土所采用的高效减水剂有以下4大类:(1)蔡系蔡磺酸盐甲醛缩合物;(2)三聚氰胺系三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物;(3)多梭酸类烯烃马来酸共聚物、丙烯酸、丙烯酸酉旨系;(4)氨基磺酸系芳香族氨基磺酸聚合物。高效减水剂主要功能是在保持流动性的条件下大幅度减少混凝土拌合物用水量。一般宜选用分散性好、硫酸盐含量低的高效减水剂，以符合高性能混凝土低水灰比、高流动性的要求。而我国目前生产的普通高效减水剂还不具备高性能减水剂的性能，因此，通常将普通高效减水剂与缓凝剂复合后使用。基本上可具备与高性能AE减水剂相近似的性能。3在工程中的应用及发展前景3.1在高层建筑的应用对于高层、超高层建筑，由于高性能混凝土的高工作性，可以使混凝土拌合物在搅拌、运输、施工过程中坍落度基本不损失，泵送后的混凝土可以自流平和自密实，获得高强度。这样，高性能混凝土也就为这些高层建筑提供了可能的力学保证。由于强度的提高，可以大幅度减小构件的截面尺寸，减轻结构的自重。有资料显示，混凝土的强度由4OM尸a提高到80MPa，可使混凝土体积减少1/3，相应结构自重也减轻1/3，这样可增加建筑的有效使用面积，降低施工劳动量和施工能耗。另外，在高层建筑中，当设计最高地下水位高于地下室地面时，地下室的外墙受到地下水的侧压力，而底板受到上浮力，此时地下室的底板和外墙均应作防水处理，应以混凝土结构自防水为基础，而高性能混凝土的高抗渗性在这里又得以充分发挥。3.2在公路、桥梁工程中的应用公路路面与桥面板混凝土的破坏，常常是车辆因路面不平上下颠簸产生的冲击、车轮的磨耗、干湿和冷热循环、冻融循环等造成的。目前国内规范规定混凝土公路路面板的抗折强度为4.SMPa(美、英等国为4MPa)，实际有的考虑交通量的增长，己提高到SMPa甚至更高。但是，这不单是通过提高混凝土的强度就可以解决的。关键是提高混凝土的耐久性。因此，只有通过利用高性能混凝土的高耐久性，进行性能设计才能解决这诸多的突出问题。3.3在港口、堤坝工程中的应用我国是世界上海岸线最长的国家之一，低温地区开阔，有5042一及其他介质环境水的地区分布较广，这些地区的混凝土由于长期暴露在有害气体中或者埋置于地下，设置于海滩或海水中，受到各种有害介质的侵蚀，引起结构的破坏。而这些工程中的混凝土有的应以抗冻循环能力决定水泥最小用量，有的应以抗侵蚀能力为设计目标，水坝建设的混凝土配合比以温峰控制为基准，这样按性能设计的高性能混凝土结构才能延长使用寿命，平时的维修费用也大为减少。3.4其他特殊工程的应用对于地下工程、海底隧道、海上钻井平台以及核电站等恶劣环境的结构物，往往会因耐久性不足过早发生破坏。例如:1987年我国某处的钢筋混凝土大水塔因渗漏而突然毁坏，水流象山洪爆发冲演而下，造成了人员重大伤亡和建筑设计的严重毁坏。乌克兰境内的切尔诺贝利核电站也因泄漏造成了大面积的放射性污染，生态环境受到了严重的破坏。这些特殊结构的混凝土，其耐久性显得比强度更重要，不是象普通混凝土要求4050年，而是需要几百年的使用寿命。4结束语高性能混凝土是近几年发展起来，集高强度、高工作性、高耐久性于一体的高科技产物。在工程中广泛地使用高性能混凝土，可提高混