新型混凝土材料的應(yīng)用

新型混凝土材料的應(yīng)用摘要：隨著國家建設(shè)的日新月異，混凝土作為當(dāng)今最大宗的建筑材料，也隨著各類建筑科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷更新?lián)Q代，各類新型材料不斷涌現(xiàn)。本文介紹了幾種新型混凝土材料特點(diǎn)及在建設(shè)工程中的應(yīng)用情況，為有特殊要求的各類建設(shè)工程提供一些參考，進(jìn)而促進(jìn)混凝土和建筑材料生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步。關(guān)鍵字：建筑材料；土木工程；新型混凝土；應(yīng)用1引言根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2016年我國商品混凝土產(chǎn)量近18億立方米，是世界上混凝土產(chǎn)量和用量最大的國家。然而我國混凝土生產(chǎn)長久以來一直存在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一、技術(shù)含量低等問題，跟不上飛速發(fā)展的各類工程建設(shè)的步伐。研究人員開始嘗試在普通混凝土的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行一定程度的改進(jìn)，如添加不同的材料，使用不同的施工工藝等，就此產(chǎn)生性能良好、滿足不同需求的新型混凝土材料。本文詳細(xì)地介紹了幾種新型混凝土材料的特點(diǎn)和其在各類工程中的應(yīng)用情況。圖一新型混凝土材料2高性能混凝土上世紀(jì)八十年代，國外就成功研制出高性能混凝土，其英文名稱為HighPerformanceConcrete，簡稱為HPC。相較與傳統(tǒng)的混凝土，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：①高強(qiáng)度，可以承受很高強(qiáng)度，甚至是超高強(qiáng)度的載荷，可以使同樣載荷的情況下混凝土的結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸減小，節(jié)省了建筑材料和建筑空間；②良好的工作性能，與普通混凝土相比不但可以減少施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以一個(gè)程度上節(jié)約工程材料；③高耐久性，不僅可以大大提高建筑物在惡劣環(huán)境中的穩(wěn)定性和安全性，還可以在一定程度上延長建筑物的使用壽命。因?yàn)镠PC的眾多優(yōu)點(diǎn)，使其在國外的很多建筑工程中都得到了廣泛應(yīng)用，例如在挪威的北海石油鉆井平臺(tái)和法國的若尼大橋等建筑物上都使用了這種高性能混凝土材料；國內(nèi)，HPC在各類建筑和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程中也應(yīng)用得十分廣泛，例如國內(nèi)許多標(biāo)志性建筑物上海環(huán)球金融中心、廣州國際金融中心、天津117大廈等，在其他建設(shè)行業(yè)如三峽工程、青藏鐵路、南水北調(diào)工程、田灣核電站等。今后，HPC必將在更廣闊的行業(yè)范圍內(nèi)獲得應(yīng)用，特別是對工程質(zhì)量、應(yīng)用環(huán)境和使用性能有更高、更具體要求的，如海洋工程、交通工程、水電工程、核電工程等。3纖維增強(qiáng)混凝土一般認(rèn)為，混凝土強(qiáng)度越高，其韌性越差，脆性越高，結(jié)構(gòu)延性和抗裂能力越不足，給建筑抗震性能帶來安全隱患。長期以來許多學(xué)者不斷探索改善混凝土上述性能的方法和途徑，研制出纖維增強(qiáng)混凝土。纖維增強(qiáng)混凝土英文名稱為FiberReinforcedConcrete，簡稱FRC，是以水泥漿、砂漿、粗骨料為基材，以金屬材料、無機(jī)材料或有機(jī)纖維為增強(qiáng)材料組成的一種具有良好性能的一種新型建筑材料。纖維增強(qiáng)混凝土與普通混凝土相比具有更高的抗拉強(qiáng)度、彎拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度等，同時(shí)混凝土的韌性、抗凍性、抗?jié)B性和耐久性都有明顯的改善。目前使用較多的有有鋼纖維混凝土、碳纖維混凝和合成纖維混凝土等。目前鋼纖維混凝土的研究和應(yīng)用都比較成熟，在國內(nèi)的很多不同類型的項(xiàng)目都得以成功應(yīng)用，如建筑工程中的哈爾濱工業(yè)大學(xué)邵逸夫體育館的屋面，道路橋梁工程中的南昆線家竹箐隧道，水工工程中的大渡河支流南亞河石棉二級電站等。但是鋼纖維體積率超過一定范圍容易結(jié)團(tuán)，并且鋼纖維的價(jià)格比較貴，限制鋼纖維混凝土的應(yīng)用。合成纖維混凝土，主要是聚丙烯混凝土。因?yàn)槠鋬r(jià)格比較便宜，化學(xué)性能比較穩(wěn)定，且具有優(yōu)異的抗拉性能，在國內(nèi)外已得到了廣泛的研究和應(yīng)用，如廣州至佛山的高速公路工程，武漢長江二橋橋面工程及寧波市白溪水庫面板堆石壩等工程。近些年在房屋建筑工程、橋梁工程路面、泳池等工程應(yīng)用得很廣泛，效果很好。圖二纖維增強(qiáng)混凝土中的鋼纖維（左）和聚丙烯纖維（右）4活性粉末混凝土活性粉末混凝土是一種超高強(qiáng)、低脆性、且具有高耐久性的新型混凝土，英文名稱為ReactivePowderConcrete，簡稱RPC。它有兩個(gè)強(qiáng)度等級：一是經(jīng)高溫高壓處理后強(qiáng)度達(dá)800MPa的RPC800；二是經(jīng)蒸汽養(yǎng)護(hù)處理后強(qiáng)度達(dá)200MPa的RPC200。RPC所采用的原材料平均顆粒尺寸在0.1~1.0mm之間，目的是盡量減小混凝土中的孔間距，從而提高拌合物的密實(shí)度。在材料選擇上主要包括以下幾種：細(xì)石英砂、水泥、石英粉、硅灰、高效減水劑、對韌性有要求時(shí)還需要摻入鋼纖維。RPC制備工藝一般為用石英砂代替粗集料，摻入硅灰類超細(xì)礦物粉或磨細(xì)石英粉，進(jìn)一步提高密實(shí)度；用高效減水劑減少用水量，降低孔隙率；摻加微細(xì)鋼纖維提高韌性；在凝固前和凝固期間加壓排水，進(jìn)一步提高密實(shí)度，并最大限度地減少空氣以及伴隨水化反應(yīng)而產(chǎn)生的化學(xué)收縮；凝固后，通過熱養(yǎng)護(hù)進(jìn)一步改善化學(xué)反應(yīng)和微結(jié)構(gòu)。RPC在國外已有不少工程實(shí)例，主要有：大跨橋梁的預(yù)制構(gòu)件、壓力管道及放射性固體廢料存儲(chǔ)容器。加拿大魁北克省70m跨的Sherbrooke人行混凝土桁架橋，橋構(gòu)件采用30mm厚無纖維RPC橋面板、直徑150mm的預(yù)應(yīng)力RPC鋼管混凝土桁架、纖維RPC加勁肋和纖維RPC梁，整個(gè)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場組裝。不僅大大減輕了橋梁結(jié)構(gòu)的自重，同時(shí)還提高了橋梁在高濕度環(huán)境、冰鹽腐蝕與凍融循環(huán)聯(lián)合作用下的耐久性。國內(nèi)近年才開始對RPC的研究，目前還沒有工程應(yīng)用實(shí)例。5透水混凝土近些年隨著海綿城市建設(shè)的需要，透水混凝土的研究和應(yīng)用越來越多深入和廣泛。透水混凝土是由一系列相連通的孔隙和混凝土實(shí)體部分骨架構(gòu)成的具有透氣透水性的多孔結(jié)構(gòu)混凝土，英文一般為PerviousConcrete。與普通混凝土不同的是，透水混凝土僅有少量的細(xì)骨料或不含細(xì)骨料，粗骨料直接和漿體粘結(jié)。透水混凝土塌落度較低，一般不超過50mm，X作性能損失快，主要采用刮平、微振、碾壓整平和表面修整等施工方法。工程中使用的透水混凝土，孔隙率一般為15%~25%，抗壓強(qiáng)度在10-30MPa。由于強(qiáng)度較低主要用于輕交通路面、景觀路面，停車場等。國內(nèi)應(yīng)用的工程實(shí)例，有北京2008年奧運(yùn)會(huì)的停車場、奧林匹克公園、2010年上海世博會(huì)和2012年廣州亞運(yùn)會(huì)的主題公園等；國外的應(yīng)用情況基本與國內(nèi)類似。部分國家已經(jīng)開始試點(diǎn)高強(qiáng)度透水混凝土用于承載路面，如日本試點(diǎn)高速公路采用孔隙率大雨50%，抗折強(qiáng)度大于4.5MPa的透水混凝土鋪設(shè)，使用3年后路面狀態(tài)良好。6碾壓混凝土碾壓混凝土也是在近幾年發(fā)展起來的一種新型混凝土材料，其可以在大體積的混凝土結(jié)構(gòu)如水壩、機(jī)場跑道和公路路面的建設(shè)過程中使用，該種混凝土的英文名稱為RollerCompactedConcrete。這種碾壓混凝土與傳統(tǒng)的混凝土相比，其在施工過程中的澆筑方式會(huì)有所差別，需要先使用推土機(jī)平整地面，然后用碾壓機(jī)夯實(shí)地基，最后還需要在各層之間用刷毛機(jī)清理并用切縫機(jī)切縫。在整個(gè)施工過程中基本可以完全實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，其施工效率很高，較使用傳統(tǒng)混凝土施工其工期可以縮短一半左右，水泥用量也可以減少一部分。7空氣凈化混凝土2007年法國發(fā)明出一種可以改善城市生態(tài)環(huán)境的混凝土，將二氧化鈦的某種成分足量加入普通混凝土后就可以得到這種新型混凝土材料。空氣凈化型混凝土，可以將空氣中的氮氧化物進(jìn)行光合作用后，形成無害的硝酸鹽，而后被雨水沖走，從而減少空氣中污染物。因此被美國《時(shí)代》雜志評為2008年“50項(xiàng)最重要的發(fā)明”之一。目前部分國家已經(jīng)開始試點(diǎn)應(yīng)用，如法國巴黎戴高樂國際機(jī)場的新總部，日本東京的Marunouchi大廈等采用了這種新型材料。8結(jié)語總之，隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，新材料新工藝不斷涌現(xiàn)。限于篇幅原因，本文簡單介紹了幾種比較有應(yīng)用前景的新型混凝土材料的特點(diǎn)，為新材料的在更廣闊的領(lǐng)域推廣應(yīng)用提高參考。參考文獻(xiàn)[1]蔣文彬.