高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土配制技術(shù)

摘要：闡述了研究開發(fā)高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的重大意義，提出了制備技術(shù)和途徑，說明了主要原材料及其性能要求。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土；制備；材料性能

引言

混凝土是人類最大宗的建筑結(jié)構(gòu)材料，其發(fā)展可以劃分為低強(qiáng)低耐久混凝土、高強(qiáng)混凝土和高性能混凝土三個階段。從我國目前的生產(chǎn)力發(fā)展水平、混凝土配制技術(shù)、施工性能、設(shè)計(jì)和使用要求、施工機(jī)械及操作水平來看，目前正處于高強(qiáng)混凝土的配制和使用階段，這一時期還將經(jīng)歷很長一段時間。因此，充分利用地方資源，研究優(yōu)質(zhì)實(shí)用的高強(qiáng)或超高強(qiáng)混凝土配制技術(shù)，全面提高混凝土的生產(chǎn)和使用水平，是建材行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然舉措。

1研究、開發(fā)、應(yīng)用高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的重大意義

隨著人類社會的發(fā)展和進(jìn)步，人類有能力拓展生存的空間。目前，人們正在向高空、地底及海洋進(jìn)軍，現(xiàn)代建筑物越來越高層化、大跨化、輕量化；在海洋深處建造大型結(jié)構(gòu)物，在海面上建造巨大的工作平臺；越來越多的跨大江、深谷、海峽的大跨度橋梁和海底隧道在建造。所有這些，都要求混凝土的質(zhì)量越來越高。因此，高強(qiáng)度、高耐久性、高泵送性是混凝土材料發(fā)展的方向。

目前，一般認(rèn)為C50～C90屬高強(qiáng)混凝土范疇，C100及以上強(qiáng)度等級是超高強(qiáng)混凝土。與普通混凝土相比，研究應(yīng)用高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土具有下列優(yōu)越性：

有效地減輕結(jié)構(gòu)自重。鋼筋混凝土的最大缺點(diǎn)是自重大，在一般的建筑中，結(jié)構(gòu)自重為有效荷載的8～10倍。當(dāng)混凝土強(qiáng)度提高時，結(jié)構(gòu)自重降低。一些世界著名的專家預(yù)言，80%～90%的鋼結(jié)構(gòu)工程可用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)代替，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到100MPa時，可以設(shè)計(jì)成的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)與鋼結(jié)構(gòu)一樣輕，因?yàn)檫@時二者的比強(qiáng)度大致相等［1］。

大幅度提高混凝土的耐久性。高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土由于強(qiáng)度的提高、內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的改善以及膠凝物質(zhì)相組成的優(yōu)化，其耐久性得到很大的改善。

節(jié)約材料和能源，降低建筑成本。

可見，使用高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土可以獲得很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。因此，研究開發(fā)高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土具有重大的意義。

2制備高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的技術(shù)途徑

眾所周知，混凝土是一種典型的堆聚結(jié)構(gòu)工程材料，具有大量的不同尺寸和開始的內(nèi)部缺陷。由于混凝土的組分和結(jié)構(gòu)元件彼此在強(qiáng)度特性、變形特性和物理性能方面有明顯的差異［2］，混凝土的實(shí)際強(qiáng)度比理論強(qiáng)度材料彈性模量E低10-3個數(shù)量級，這是由于混凝土在受外部作用時應(yīng)力狀態(tài)很不一致，具有大量的應(yīng)力集中現(xiàn)象所致。因此，研制高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土，是建立在降低材料結(jié)構(gòu)缺陷并提高其密度、增強(qiáng)組分的強(qiáng)度和形變性以及減少其內(nèi)部應(yīng)力集中基礎(chǔ)之上的。曾經(jīng)或正在研究的制備高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的技術(shù)路線有以下幾條。

2.1干硬性高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土

這一路線是在發(fā)明高效減水劑之前，采用強(qiáng)制攪拌和沖壓及振動軋壓等成型手段獲得。由于工作環(huán)境惡劣，主要在制品廠、軌枕生產(chǎn)廠、橋梁廠使用，可獲得C80～C150范圍的高強(qiáng)及超高強(qiáng)混凝土。

2.2高標(biāo)號水泥+超細(xì)礦物摻合料+高效減水劑

這一路線是目前國際上較通用的技術(shù)路線。在普通混凝土中，為了保證混合料的施工和易性，其用水量比水泥水化所需的水量大得多。多余的水在水泥硬化后蒸發(fā)，在水泥石和水泥石集料界面區(qū)域形成大量的各種孔徑的孔隙，以及因泌水、干縮等所引起的微管和微裂縫，這些缺陷是導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降和其它性能指標(biāo)低的根本原因。因此，摻加高效減水劑、降低水灰比是一項(xiàng)行之有效的重要措施。

改善水泥石中水化物的相組成，提高其質(zhì)量，是制備高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的另一重要課題。眾所周知，水泥水化后形成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣、水化鐵鋁酸鈣及氫氧化鈣。其中水化硅酸鈣數(shù)量眾多，也最為重要。但由于水泥水化形成的大多是高堿性水化硅酸鈣，與低堿性水化硅酸鈣相比，前者強(qiáng)度低，后者強(qiáng)度高；同時存在的fCaO強(qiáng)度極低，穩(wěn)定性很差。因此，在制備高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土?xí)r，要設(shè)法降低高堿性水化硅酸鈣的含量，提高低堿性水化硅酸鈣含量，同時盡量消除fCaO.其方法是在混凝土中摻入活性礦物摻料，使其含有的活性SiO2、Al2O3與fCaO及高堿性水化硅酸鈣發(fā)生二次反應(yīng)，生成低堿性水化硅酸鈣，以增加膠凝物質(zhì)的數(shù)量，改善其質(zhì)量。

2.3高強(qiáng)與超高強(qiáng)堿礦渣混凝土

這一路線是采用磨細(xì)的高爐礦渣并加入堿組分獲得。當(dāng)用第一主族元素的化合物進(jìn)行激發(fā)時，礦渣的水硬活性極佳。由于堿金屬化合物能在水中迅速離解成大量具有強(qiáng)大離子力的OH-離子，在離子力的作用下，礦渣玻璃體的結(jié)構(gòu)很快解體并發(fā)生水化，產(chǎn)生大量的低堿性水化硅酸鈣和堿金屬水化鋁酸鹽膠凝物質(zhì)，進(jìn)而形成水泥石硬化體。根據(jù)重慶建筑大學(xué)蒲心誠教授等人的研究，采用這一路線，可以制成超快硬、超高強(qiáng)、高抗?jié)B、高抗凍、高抗蝕的堿礦渣混凝土，而且其它性能優(yōu)異，水化熱低，成本也不高。雖然目前不少人對其先進(jìn)性、適宜性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性尚不了解，但可以預(yù)見，高強(qiáng)與超高強(qiáng)堿礦渣混凝土將成為21世紀(jì)的一種新型混凝土。

2.4灰砂硅酸鹽混凝土

采用鈣質(zhì)原料和硅質(zhì)原料等混合磨細(xì)，用高溫蒸壓方法制備，可獲得100～150MPa的高強(qiáng)混凝土。該混凝土水泥石主要由水化硅酸鹽組成。這一路線主要用于制管和制樁生產(chǎn)中。

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