谈特种混凝土及其应用

尹振来

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摘要：近年来，工程建设领域发展迅猛，且由于我国自然环境多样化，采用具有特殊功能的混凝土来对抗恶劣的自然环境、保证工程的施工质量、延长工程的使用寿命是工程中常见的技术手段。本文分析了特种混凝土及其应用。

关键词：特种混凝土；特点；性能；应用；工艺

混凝土材料具有卓越的性能，使其成为目前结构工程中应用最广、使用最成功的材料之一。随着建筑工程技术的发展，各类工程必须满足不同的环境要求，对具有特殊功能混凝土的需求越来越大，因此近年来特种混凝土的研究和应用日益广泛。

一、活性微粉混凝土及应用

1993年，法国Bouygues实验室研制出一种超高抗压强度、高耐久性及高韧性的新型水泥基复合材料，因为提高了其组分的细度和反应活性，称为活性粉末混凝土（ＲeactivePowderConcrete，ＲPC）。ＲPC的主要特点：无粗骨料，只使用石英砂作为细骨料以提高材料的匀质性；使用0．1μm～1mm级配的水泥和硅灰以降低自身的初始缺陷；采用高效减水剂降低水灰比，提高水泥浆强度；通过蒸养以加速和加大胶凝材料的水化；掺入短钢纤维以改善高强度基材的脆性。ＲPC通常分为2个强度等级，ＲPC200的抗压强度为170MPa～230MPa，ＲPC800为490MPa～705MPa。因为其优越的性能，ＲPC在土木工程、石油管道、市政工程、海洋工程等领域的使用越来越广。在桥梁工程中，ＲPC的预制构件可以明显减少构件截面尺寸，降低自重，提高了桥梁的跨越能力，同时ＲPC的良好耐久性也对桥梁结构的耐久性提供了保障；ＲPC所成型的管道，可承受的工作压力大大提高，同时其优异的抗侵蚀能力也满足一些具有侵蚀性液体输送的要求；ＲPC还可用作具有固体废料、低放射性废料等的密封和储存。

二、透水混凝土及应用

透水混凝土是由特定级配的骨料、水泥、水、外加剂和掺合料等按特定比例经特殊工艺制成，含有大量贯通性孔隙（通常多为直径超过1mm的大孔）的蜂窝状结构的混凝土。其表观密度一般为1600kg/m3～2100kg/m3，抗压强度10MPa～40MPa，透水系数1mm/s～20mm/s。透水性混凝土及制品的优势主要在生态方面，透气混凝土的透气性保证了地表和大气之间畅通，雨水可以通过其渗入地表，减轻排水设施负担，防止面层积水和夜间反光，保护水资源，与此同时，地表水分可以通过透水混凝土而自由蒸发，利于地表和空气之间的温湿度调节。正因如此，透水混凝土及其制品通常用于道路、广场和园林的地面，在上海市东安公园、南京幕府西路、杭州金衙庄公园、北京月坛地区，北京奥林匹克公园和上海世博园区等很多实际工程中得到应用。

三、再生骨料混凝土及应用

利用旧建筑物上拆下来的废弃混凝土块，经过破碎、分级等加工处理作为新拌混凝土的骨料被称为再生骨料，把利用再生骨料作为部分或全部骨料的混凝土称为再生骨料混凝土。再生骨料混凝土可以缓解废弃混凝土的处理和污染难题，节省资源，符合可持续发展的重要方向。再生混凝土在强度、收缩等方面与普通混凝土存在差异：再生骨料孔隙率较高，易形成应力集中，且因破碎过程中的损伤累积，自身强度较低，致使再生骨料混凝土的强度相比普通混凝土要低，大量实验数据表明，再生骨料混凝土的抗压强度相比普通混凝土降低5%～30%；再生骨料弹模低，对混凝土收缩的约束作用小，且同强度等级混凝土，采用再生骨料所需水泥用量大，致使再生骨料混凝土的收缩和徐变大于普通混凝土，全部取代天然骨料后的再生骨料混凝土，其干缩徐变量可增加40%～80%；再生骨料孔隙率高的特性降低了混凝土的密实度和抗渗性，降低了其耐久性。

四、电热混凝土

近年来，由于冬季降雪量的增加，道路积雪、结冰屡见不鲜，从而导致道路结冰降低了混凝土表面的摩擦因数，极易发生交通事故。其次，在混凝土的孔隙中含有部分自由水，当温度的降低时会使自由水结冰体积增大，从而产生冰胀应力致使混凝土开裂破坏。传统的人力除雪、除冰的方法耗时耗力，而融雪剂的使用，虽能通过降低水的冰点来缓解道路结冰现象，但其主要成分为氯盐，这些氯盐通过车轮的反复碾压以及混凝土中的连通空隙继而进入混凝土内部腐蚀钢筋，这会对桥梁产生极大的破坏，而对于道路基层来说危害亦是不小。由此可见，发展电热混凝土使其能够适用于严寒地区以及应对暴雪等自然灾害和延长工程的使用寿命是及其必要的。电热混凝土通过掺加导电相中的一种或多种使得自身的导电性得以改善，其电阻率降至为1Ω•m，因此电热混凝土具有良好的发热效果，其除雪融冰的原理是通过对电热混凝土通电产生热量传递给混凝土表层来提高雪层的温度。这种通过物理升温的方式来使混凝土具有抵抗冰胀应力的能力且相较于融雪剂等化学方法更环保，对混凝土的损耗更小。张永健等，在应对矮寨特大桥的融雪、防冰中采用电热沥青混凝土，其实验研究表明电热沥青混凝土具有良好的发热效果。

五、纤维混凝土

目前发展起来的纤维增强混凝土，应用较多的是指钢纤维增强混凝土、玻璃纤维增强混凝土和聚丙烯类纤维增强混凝土，其中以钢纤维增强混凝土的应用更为广泛，本节主要介绍钢纤维增强混凝土。

1.钢纤维混凝土的配制。（1）组成材料。①水泥：一般使用32.5级、42.5级普通硅酸盐水泥；配制高强钢纤维混凝土，可使用52.5级以上的硅酸盐水泥。采用硅酸盐水泥配制的钢纤维混凝土，可掺用矿物掺和料。②骨料：砂的粒径为0.15～5mm；卵石或碎石的最大粒径一般不宜大于20mm，对钢纤维喷射混凝土，则不宜大于10mm。③外加剂：掺外加剂是为了降低水灰比，从而改善拌和物的和易性。可使用减水剂或高效减水剂。配制钢纤维喷射混凝土，则需掺入适量速凝剂。对抗冻性有要求的钢纤维混凝土，宜用引气型减水剂。（2）配合比设计。钢纤维混凝土配合比除满足普通混凝土一般要求外，还应满足抗拉强度或抗折强度、韧性及施工时拌和物和易性和钢纤维不结团的要求。对有耐腐蚀和耐高温要求时的结构物，应选用不锈钢钢纤维。钢纤维混凝土水灰比宜选用0.45～0.50，水泥用量宜为360～400kg/m3；当钢纤维体积率较大时，水泥用量可适当增加，但不应大于500kg。钢纤维混凝土单位体积用水量可通过试验或根据已有经验确定。钢纤维混凝土坍落度可比相应普通混凝土要求值小20mm。钢纤维混凝土初步配合比确定后，应进行拌和物性能试验，检查其稠度、粘聚性、保水性是否满足施工要求，若不满足，则应在保持水灰比和钢纤维体积率不变的条件下，调整单位体积用水量或砂率，直到满足要求。

2.施工要点。（1）搅拌工艺。可使用强制式混凝土搅拌机。在纤维掺量增多时，应适当减少一次拌和量，一次搅拌量不宜大于其额定搅拌量的80％。钢纤维混凝土的搅拌时间应通过试验确定，应较普通混凝土规定的搅拌时间延长1～2min。采用先干拌后加水的搅拌方法，干拌时间不宜少于1.5min。（2）浇注与成型工艺。①混凝土浇注：搅拌后的纤维混凝土的流动性，随着纤维掺量的增加而显著下降，拌和料从搅拌机卸出到浇注完毕所需时间不宜超过30min。浇注过程中严禁加水。②混凝土振捣成型：钢纤维混凝土的成型，可使用普通的振动台或表面振动器，内部振动器则不适用。与普通混凝土相比，钢纤维混凝土的振动时间要适当延长。③纤维定向处理：根据结构件的受力特点，在捣实时，可以人为地使纤维定向。喷射法施工，钢纤维在喷射时不易受到损伤，且喷射物分布均匀，不会产生结团现象，这样就能提高长径比，提高界面粘结性能，同时，也能增大纤维含量，使钢纤维混凝土的物理力学性能有较大的改善。

随着我国建设工程的不断增多，建设难度不断增大，急需发展具有不同特殊性能的特种混凝土来克服环境难题或建筑结构难题。其次通过改进混凝土的生产和施工工艺，从而使工程项目能够以更少的时间与资金完成并在使用期内安全可靠。这是现阶段我们工程建设的主要发展目标。

参考文献：

[1]张玉玲.矮寨特大桥融雪防冰电发热沥青混凝土试验研究[J].中外公路，2017，31（06）：29-32

[2]王智.微孔轻质混凝土拼装板式砌块的研制与应用[J].墙材革新与建筑节能，2017（10）：33-36