探討高性能混凝土的研究

中圖分類號：U444文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

摘要：高性能混凝土以耐久性設(shè)計優(yōu)先而不以強度設(shè)計優(yōu)先，要求混凝土具有全面的高性能是不科學(xué)的，片面強調(diào)混凝土的高強度必將影響混凝土耐久性能的提高。超細(xì)粉是高性能混凝土的必要組成，高性能混凝土的設(shè)計要點以及對高性能混凝土未來發(fā)展的展望。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土；耐久性；超細(xì)粉；發(fā)展

一、引言

從1824年波特蘭水泥的發(fā)明算起，混凝土材料至今已有100多年的歷史?；炷潦钱?dāng)代最主要的建筑材料，歷史悠久。目前，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于土木建筑、交通運輸與海洋開發(fā)等方面，甚至航天工業(yè)也有混凝土的足跡，為人類的文明建設(shè)做出了巨大的貢獻(xiàn)?；炷?00多年來的應(yīng)用與發(fā)展過程也是強度與性能不斷提高和加強的過程。按照混凝土的強度和性能提高的過程可以簡單地劃分成普通混凝土、高強混凝土與高性能混凝土。

二、高性能混凝土的研究

（一）高性能混凝土的定義。高性能混凝土是一種新型的高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高常規(guī)混凝土性能的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)，選用優(yōu)質(zhì)原材料，在妥善的質(zhì)量控制下制成的。除了必須對水泥、集料和水的質(zhì)量進(jìn)行有效的控制外，配制高性能混凝土還必須采用低水膠比和摻加足量的礦物細(xì)摻料與高效外加劑，以保證高性能混凝土的耐久性、工作性、各種力學(xué)性能、實用性、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟合理性等許多優(yōu)良特性，長期以來，人們總是把高強混凝土和高性能混凝土相提并論，認(rèn)為混凝土的強度提高后，各項耐久性就相繼得到提高。其實質(zhì)都是強度更高的高強混凝土或超高強混凝土罷了。可以說，近幾十年來混凝土科學(xué)發(fā)展就是混凝土強度不斷提高的歷史。從吳忠偉教授對高性能混凝土的定義可以知道：高性能混凝土是以耐久性設(shè)計優(yōu)先而不是以強度設(shè)計優(yōu)先。片面的強調(diào)混凝土的高強度是不科學(xué)的，勢必會影響混凝土耐久性的提高。因為混凝土設(shè)計強度的提高伴隨著混凝土脆性的提高和韌性的降低，所以混凝土結(jié)構(gòu)越來越容易開裂。除此以外，高強化還給混凝土結(jié)構(gòu)帶來了其他的一些副作用，例如堿—骨料反應(yīng)，這樣其耐久性就會大幅度降低，致使混凝土的高強度也得不到充分發(fā)揮。同時，要求混凝土具有全面的高性能也是不科學(xué)的。高性能混凝土的基本性能主要是硬化混凝土的耐久性能和塑性混凝土的工作性能，混凝土的耐久性能包括為滿足人們的特殊需要的某個或某些特殊性能。如用于水下澆筑混凝土所需的免振搗自密實不分散性能，用于車庫和高等級路面的混凝土所需的表面耐磨性能，用于大體積混凝土所需的低水化熱性能等。從吳忠偉教授對高性能混凝土所作的定義，也可以明確地提出一個結(jié)論：已經(jīng)應(yīng)用多年的防水混凝土 就是一種高性能混凝土。

（二）超細(xì)粉是高性能混凝土不可缺少的組分。所謂超細(xì)粉就是粒度<10m的粉體，在高性能混凝土中常用的超細(xì)粉有硅粉、磨細(xì)礦渣粉、Ⅰ級粉煤灰、天然沸石粉及偏高嶺土粉。超細(xì)粉的填充效應(yīng)：由于超細(xì)粉的粒子≤水泥顆粒粒子，填充水泥顆粒間空隙，使膠凝材料的密實度提高，膠凝材料加水硬化后的密實度、強度也提高，而且對降低膠凝材料的空隙來說，超細(xì)粉∶水泥一般為30∶70的效果較好。含高效減水劑及超細(xì)粉的水泥漿體，超細(xì)粉填充水泥粒子間空隙，硬化后具有更高強度和耐久性。

超細(xì)粉的流化效應(yīng)：部分超細(xì)粉，如礦渣超細(xì)粉、磷渣超細(xì)粉，等量取代部分水泥后，在基準(zhǔn)條件不變的情況下，水泥漿體的流動性高于基準(zhǔn)漿體，象摻入了部分高效減水劑一樣，稱之為超細(xì)粉的流化效應(yīng)。但是，不是所有的超細(xì)粉都具有流化效應(yīng)，有的超細(xì)粉由于比表面積太細(xì)或者超細(xì)粉本身具有多孔性能，雖然取代水泥后，能填充水泥空隙，排出水泥漿體中部分水分，但由于超細(xì)粉本身吸水或潤濕表面需要較多自由水，所以含礦物質(zhì)超細(xì)粉漿體的流動性并不增大，這種超細(xì)粉如天然沸石粉、硅粉。由馮乃謙對高性能混凝土的發(fā)展與應(yīng)用知，高效減水劑與超細(xì)粉雙摻情況下，對漿體流動性的效果更好， 當(dāng)高效減水劑摻量超過0.6%時，含磷渣超細(xì)粉與礦渣超細(xì)粉的水泥漿體比基準(zhǔn)水泥漿體流動性明顯增大。超細(xì)粉混凝土的耐久性效應(yīng)：預(yù)防混凝土的耐久性病害發(fā)生，如堿-骨料反應(yīng)。一般情況下，在混凝土中摻入30%粉煤灰，40%礦渣，20%～25%的天然沸石粉，15%～20%的偏高嶺土超細(xì)粉及10%硅粉，均能有效的抑制堿-硅反應(yīng)的有害膨脹。磷渣超細(xì)粉也能抑制堿-硅反應(yīng)的有害膨脹。但是堿碳酸鹽反應(yīng)膨脹的抑制較難。抵抗混凝土耐久性病害的侵蝕， 混凝土中摻入礦物質(zhì)超細(xì)粉后，可以使混凝土的導(dǎo)電量明顯下降，混凝土的抗氯離子滲透性能明顯提高。

超細(xì)粉還可使混凝土的強度顯著提高。通過以上闡述，礦物質(zhì)超細(xì)粉等量取代部分水泥后，使膠凝材料具有密實填充，與高效減水劑雙摻情況下，使水泥基材料具有流化效應(yīng)、耐久性效應(yīng)和強度效應(yīng)，是高性能混凝土不可缺少的組成材料。

（三）高性能混凝土的設(shè)計要點。應(yīng)根據(jù)工程的使用功能與混凝土結(jié)構(gòu)周圍環(huán)境的具體情況設(shè)計混凝土的目標(biāo)性能，要求混凝土具有全面的高性能不僅在技術(shù)上難以達(dá)到，且會造成資源上的極大浪費。采用低水膠比，控制混凝土中的水泥用量，目的是為了降低混凝土的溫升，增強硬化混凝土的體積穩(wěn)定性能，減少硬化混凝土的收縮裂縫。水膠比較大時，混凝土中留下較多的毛細(xì)孔，會增加硬化混凝土的收縮。根據(jù)工程使用的具體情況確定礦物細(xì)摻料的品種與摻量。將兩種以上的礦物細(xì)摻料復(fù)合使用時，其綜合效果優(yōu)于其分別單獨使用的總和，這就是所謂的超疊加效應(yīng)。摻加高效外加劑。超疊加效應(yīng)也存在于外加劑與外加劑的復(fù)合使用及外加劑與礦物細(xì)摻料的復(fù)合使用中。除非混凝土的設(shè)計強度較高，否則不要使用高強度等級水泥；除非有特殊需要，否則應(yīng)該避免使用早強水泥。對于堿活性骨料的應(yīng)用，引起混凝土中堿.骨料反應(yīng)的三個主要條件是使用了堿活性骨料、使用了高含堿量的水泥和混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境中有水存在。其中結(jié)構(gòu)使用環(huán)境中有水存在是發(fā)生堿.骨料反應(yīng)的必要條件。堿.骨料反應(yīng)除可以用復(fù)合使用礦物細(xì)摻料的方法加以抑制外，也可采用破壞堿.骨料反應(yīng)發(fā)生的條件等方法來加以避免。含有堿活性成分的骨料也是可以使用的，這就找到了合理利用高堿活性骨料的新途徑，也是綠色高性能混凝土的發(fā)展渠道之一。

三、高性能混凝土未來展望

目前不論怎樣提高混凝土的性能，混凝土在使用過程中都會產(chǎn)生裂縫，使得混凝土的耐久性和強度都大打折扣，針對此問題，如果能找到一種合適的礦物超細(xì)粉，等量代替取代水泥摻入高性能混凝土后，使混凝土能在產(chǎn)生裂縫后自動修復(fù)，那么混凝土裂縫的問題，就可以在很大程度上得到改善。

膨潤土是火山玻璃觸變形成的微晶蒙脫土，粒徑為10-8～10-11m的天然納米材料，是云母狀薄片堆壘而成的單個顆粒，價格低廉，具有極強的自修復(fù)能力。它的膨脹力極強，通常與水接觸24小時，膨脹4～5倍，48小時水化完成后膨脹13～16倍。膨潤土經(jīng)水化后，表面陽離子呈水合狀態(tài)，變成凝膠層，阻止水分的滲入，抗?jié)B靜水壓可達(dá)1.0MPa以上，滲透系數(shù)10-9cm/s，且耐久性好。我國膨潤土的儲量僅次于美國，居世界第二位[2]，現(xiàn)開采量為200萬噸，主要集中在東北和東部沿海各省。因為混凝土的資源都是不可再生的，所以研發(fā)新的礦物摻合料，大量利用“三廢”，節(jié)約水泥，減少環(huán)境污染，降低能源消耗就顯的尤為重要。

參考文獻(xiàn)

[1]馮乃謙.高性能混凝土的發(fā)展與應(yīng)用[J].施工技術(shù)

[2]郭瓦力，張德全，十桂香.多功能原料-膨潤土

[3]崔自治，彭博等.膨潤土改善土壤抗?jié)B性研究[J].節(jié)水灌溉

[4]吳忠偉.高性能混凝土及其礦物細(xì)摻料[J].建筑技術(shù)

[5]馮乃謙.普通混凝土、高強混凝土與高性能混凝土[J].建筑技術(shù)

作者簡介：任亮（1984-），男，工作單位：寧夏萬國房地產(chǎn)開發(fā)有限公司；研究方向：建筑施工 。