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高强高性能混凝土
发布人:admin 发布时间:2009年11月25日 被浏览 955397
   

(一)目前,一般认为C50~C90属高强混凝土范畴,C100及以上强度等级是超高强混凝土。与普通混凝土相比,研究应用高强与超高强混凝土具有下列优越性:

1)有效地减轻结构自重。一些世界著名的专家预言,80%~90%的钢结构工程可用预应力钢筋混凝土结构代替,当混凝土强度达到100MPa时,可以设计成的预应力钢筋混凝土结构,应当与钢结构一样轻,因为这时二者的比强度(强度与质量的比值)大致相等。

2)大幅度提高混凝土的耐久性。高强与超高强混凝土由于强度的提高、内部孔结构的改善以及胶凝物质相组成的优化,其耐久性得到很大的改善。

3)节约材料和能源,降低建筑成本。

可见,使用高强与超高强混凝土可以获得很好的技术经济效果。因此,研究开发高强与超高强混凝土具有重大的意义。

(二)制备高强与超高强混凝土的技术途径

众所周知,混凝土是一种典型的堆聚结构工程材料,具有大量的不同尺寸和开始的内部缺陷。因此,研制高强与超高强混凝土,是建立在降低材料结构缺陷并提高其密度、增强组分的强度和形变性以及减少其内部应力集中基础之上的。曾经或正在研究的制备高强与超高强混凝土的技术路线有以下几条:

1)干硬性高强与超高强混凝土

这一路线是在发明高效减水剂之前,采用强制搅拌和冲压及振动轧压等成型手段获得。由于工作环境恶劣,主要在制品厂、轨枕生产厂、桥梁厂使用,可获得C80~C150范围的高强及超高强混凝土。

2)高强度等级水泥+超细矿物掺合料+高效减水剂

这一路线是目前国际上较通用的技术路线。在普通混凝土中,为了保证混合料的施工和易性,其用水量比水泥水化所需的水量(水泥重量的约20%)大得多。多余的水在水泥硬化后蒸发,在水泥石和水泥石集料界面区域形成大量的各种孔径的孔隙,以及因泌水、干缩等所引起的微管和微裂缝,这些缺陷是导致混凝土强度下降和其它性能指标低的根本原因。因此,掺超细矿物掺合料,降低孔隙;掺高效减水剂、降低水灰比是一项行之有效的重要措施。

(3)改善水泥石中水化物的相组成,提高其质量。

众所周知,水泥水化后形成水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙、水化铁铝酸钙及氢氧化钙。其中水化硅酸钙数量众多,也最为重要。但由于水泥水化形成的大多是高碱性水化硅酸钙,与低碱性水化硅酸钙相比,前者强度低,后者强度高;同时存在的f-CaO强度极低,稳定性很差。因此,在制备高强与超高强混凝土时,要设法降低高碱性水化硅酸钙的含量,提高低碱性水化硅酸钙含量,同时尽量消除f-CaO。其方法是在混凝土中掺入活性矿物掺料,使其含有的活性SiO2、Al2O3与f-CaO及高碱性水化硅酸钙发生二次反应,生成低碱性水化硅酸钙,以增加胶凝物质的数量,改善其质量。

4)高强与超高强碱矿渣混凝土

这一路线是采用磨细的高炉矿渣并加入碱组分获得。当用第一主族元素(Li、Na、K)的化合物进行激发时,矿渣的水硬活性极佳。由于碱金属化合物能在水中迅速离解成大量具有强大离子力的OH-离子,在离子力的作用下,矿渣玻璃体的结构很快解体并发生水化,产生大量的低碱性水化硅酸钙和碱金属水化铝酸盐胶凝物质,进而形成水泥石硬化体。根据这一路线,可以制成超快硬、超高强、高抗蚀的碱矿渣混凝土。

5)灰砂硅酸盐混凝土

采用钙质原料和硅质原料等混合磨细,用高温蒸压方法制备,可获得100~150MPa的高强混凝土。该混凝土水泥石主要由水化硅酸盐组成。这一路线主要用于预制管桩生产中。

6)有机无机复合混凝土

制备聚合物浸渍混凝土、聚合物水泥混凝土以及聚合物胶结混凝土,使混凝土进入了使用有机无机复合胶结材和高分子有机胶结材的新阶段。聚合物进入混凝土胶结料中,可大大提高混凝土的物理力学性能。如聚合浸渍混凝土的抗压强度和抗拉强度较其基材可提高2~4倍,有很强的耐腐蚀性能,几乎不吸水、不渗水,抗冻融循环在1000次以上。但这种路线制得的高强与超高强混凝土因成本高,且工艺与常规不同,只在特殊场合使用。

7)活性粉末混凝土

活性粉末混凝土(RPC)是一种高强度、高韧性、低孔隙率的超高性能混凝土。它的基本配制原理是:材料含有的微裂缝和孔隙等缺陷最少,就可以获得由其组成材料所决定的最大承载能力,并具有特别好的耐久性。根据这个原理,RPC所采用的原材料平均颗粒尺寸在0.1μm1mm之间,目的是尽量减小混凝土中的孔间距,从而使拌合物更加密实。RPC的制备采取了以下措施:(1)去除粗骨料以提高匀质性;(2)优化颗粒级配,并且在凝固前和凝固期间加压,以提高拌合物的密实度;(3)凝固后以热养护改善微结构;(4)掺加微细的钢纤维以提高韧性。应用前三条措施制备的基质具有很高的抗压强度,但是其韧性并不比普通的砂浆高很多。掺加钢纤维后明显提高了抗弯拉强度,同时可以获得所需要的高韧性和延性。作为一类新型混凝土,RPC具有广阔的应用前景。

综上所述,研制高强与超高强混凝土具有十分重大的意义。其配制必须从原材料的选择、采用低用水量、低水灰比、高活性矿物磨细掺和料、高效减水剂、改善界面结构、提高水泥浆体的内聚力及水泥浆体与集料间的粘结力等因素来考虑。

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