談特種混凝土及其應(yīng)用

高 原

(1.中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088； 2.中交公路長大橋建設(shè)國家工程研究中心有限公司，北京 100088)

談特種混凝土及其應(yīng)用

高 原1，2

(1.中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088； 2.中交公路長大橋建設(shè)國家工程研究中心有限公司，北京 100088)

對(duì)活性微粉混凝土、泡沫混凝土、透水混凝土、再生骨料混凝土、自修復(fù)混凝土五種特種混凝土的特點(diǎn)作了簡述，分析了各種混凝土的工程應(yīng)用優(yōu)勢及性能，以滿足工程施工對(duì)特殊功能混凝土的要求。

特種混凝土，特點(diǎn)，性能，裂縫

混凝土材料具有卓越的性能，使其成為目前結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用最廣、使用最成功的材料之一。隨著建筑工程技術(shù)的發(fā)展，各類工程必須滿足不同的環(huán)境要求，對(duì)具有特殊功能混凝土的需求越來越大，因此近年來特種混凝土的研究和應(yīng)用日益廣泛。本文針對(duì)幾種特種混凝土的特點(diǎn)、性能和工程應(yīng)用作了簡要介紹。

1 活性微粉混凝土及應(yīng)用

1993年，法國Bouygues實(shí)驗(yàn)室研制出一種超高抗壓強(qiáng)度、高耐久性及高韌性的新型水泥基復(fù)合材料，因?yàn)樘岣吡似浣M分的細(xì)度和反應(yīng)活性，稱為活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，RPC)[1]。RPC的主要特點(diǎn)：無粗骨料，只使用石英砂作為細(xì)骨料以提高材料的勻質(zhì)性；使用0.1 μm～1 mm級(jí)配的水泥和硅灰以降低自身的初始缺陷；采用高效減水劑降低水灰比，提高水泥漿強(qiáng)度；通過蒸養(yǎng)以加速和加大膠凝材料的水化；摻入短鋼纖維以改善高強(qiáng)度基材的脆性。RPC通常分為2個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，RPC200的抗壓強(qiáng)度為170 MPa～230 MPa，RPC800為490 MPa～705 MPa。

因?yàn)槠鋬?yōu)越的性能，RPC在土木工程、石油管道、市政工程、海洋工程等領(lǐng)域的使用越來越廣。在橋梁工程中，RPC的預(yù)制構(gòu)件可以明顯減少構(gòu)件截面尺寸，降低自重，提高了橋梁的跨越能力，同時(shí)RPC的良好耐久性也對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性提供了保障；RPC所成型的管道，可承受的工作壓力大大提高，同時(shí)其優(yōu)異的抗侵蝕能力也滿足一些具有侵蝕性液體輸送的要求；RPC還可用作具有固體廢料、低放射性廢料等的密封和儲(chǔ)存。

2 泡沫混凝土及應(yīng)用

泡沫混凝土通常是用物理方法將具有微小孔徑的穩(wěn)定泡沫引入到水泥、細(xì)骨料、水等組成的基材中，經(jīng)攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)形成內(nèi)部含有大量封閉氣孔的“密孔”混凝土。常用的發(fā)泡方式有兩種：一種是先制備好泡沫，然后再加入水泥基材中；另一種是將泡沫劑與水泥基材混合后攪拌引入氣泡。

泡沫混凝土的主要特點(diǎn)是：泡沫混凝土無粗骨料、內(nèi)部氣孔數(shù)量大，因此其密度很小，常用的密度為300 kg/m3～1 200 kg/m3；缺少粗骨料的約束致使其干縮大，某些情況下可達(dá)到普通混凝土的10倍左右[2]；由于內(nèi)部存在大量封閉孔隙，泡沫混凝土具有良好的保溫隔熱性能，熱傳導(dǎo)系數(shù)為普通混凝土的5%～30%。

泡沫混凝土常用于保溫、回填等方面，如自保溫砌塊，預(yù)制構(gòu)件的內(nèi)部填心作為保溫隔熱層；廢棄的地下管道、空穴以及其他易塌方的地下空間的回填；地下輸熱管道的保溫層等等。

3 透水混凝土及應(yīng)用

透水混凝土是由特定級(jí)配的骨料、水泥、水、外加劑和摻合料等按特定比例經(jīng)特殊工藝制成，含有大量貫通性孔隙(通常多為直徑超過1 mm的大孔)的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的混凝土。其表觀密度一般為1 600 kg/m3～2 100 kg/m3，抗壓強(qiáng)度10 MPa～40 MPa，透水系數(shù)1 mm/s～20 mm/s[3]。透水性混凝土及制品的優(yōu)勢主要在生態(tài)方面，透氣混凝土的透氣性保證了地表和大氣之間暢通，雨水可以通過其滲入地表，減輕排水設(shè)施負(fù)擔(dān)，防止面層積水和夜間反光，保護(hù)水資源，與此同時(shí)，地表水分可以通過透水混凝土而自由蒸發(fā)，利于地表和空氣之間的溫濕度調(diào)節(jié)。正因如此，透水混凝土及其制品通常用于道路、廣場和園林的地面，在上海市東安公園、南京幕府西路、杭州金衙莊公園、北京月壇地區(qū)，北京奧林匹克公園和上海世博園區(qū)等很多實(shí)際工程中得到應(yīng)用。

4 再生骨料混凝土及應(yīng)用

利用舊建筑物上拆下來的廢棄混凝土塊，經(jīng)過破碎、分級(jí)等加工處理作為新拌混凝土的骨料被稱為再生骨料，把利用再生骨料作為部分或全部骨料的混凝土稱為再生骨料混凝土[4]。再生骨料混凝土可以緩解廢棄混凝土的處理和污染難題，節(jié)省資源，符合可持續(xù)發(fā)展的重要方向。再生混凝土在強(qiáng)度、收縮等方面與普通混凝土存在差異：再生骨料孔隙率較高，易形成應(yīng)力集中，且因破碎過程中的損傷累積，自身強(qiáng)度較低，致使再生骨料混凝土的強(qiáng)度相比普通混凝土要低，大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度相比普通混凝土降低5%～30%；再生骨料彈模低，對(duì)混凝土收縮的約束作用小，且同強(qiáng)度等級(jí)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縮和徐變大于普通混凝土，全部取代天然骨料后的再生骨料混凝土，其干縮徐變量可增加40%～80%；再生骨料孔隙率高的特性降低了混凝土的密實(shí)度和抗?jié)B性，降低了其耐久性[5]。

5 自修復(fù)混凝土及應(yīng)用

自修復(fù)混凝土是模仿生物機(jī)體受創(chuàng)傷后的再生、恢復(fù)機(jī)理，在混凝土中摻入某些特殊的組分或修復(fù)裝置，對(duì)損傷破壞具有自修復(fù)和再生功能的混凝土，是一種智能材料。根據(jù)內(nèi)部修復(fù)方式的不同，自修復(fù)混凝土可以分為被動(dòng)自修復(fù)混凝土和主動(dòng)自修復(fù)混凝土[6]。被動(dòng)修復(fù)混凝土是指在受到損傷時(shí)，預(yù)放含粘結(jié)劑的空心膠囊、空心玻璃纖維或液芯光纖等破裂，粘結(jié)劑流到損傷處，使混凝土裂縫重新愈合。常用的修復(fù)膠粘劑有縮醛高分子溶液、氯丁橡膠、水玻璃、環(huán)氧樹脂膠粘劑等。主動(dòng)修復(fù)混凝土是在混凝土原有組分基礎(chǔ)上加入智能型組分，使混凝土具有自感知和自修復(fù)特性，常見的主動(dòng)修復(fù)材料為形狀記憶合金。

智能混凝土目前主要用于結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)、變形監(jiān)測等方面，能夠有效提高結(jié)構(gòu)物安全性和耐久性。

6 結(jié)語

特種混凝土還有很多，如碾壓混凝土、泵送混凝土、噴射混凝土、自密實(shí)混凝土等，限于篇幅未能一一介紹。雖然特種混凝土具有自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，但是需要明晰的是，特種混凝土不可能代替普通混凝土地位，根據(jù)實(shí)際工程的需要擇優(yōu)選擇相應(yīng)的特種混凝土是目前特種混凝土工程應(yīng)用的適宜方式。也期待科研工作者不斷開發(fā)出更多的特種混凝土，解決工程需求，促進(jìn)工程建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展。

[1] 王震宇，陳松來，袁 杰.活性粉末混凝土的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].混凝土,2003(11):39-44.

[2] Jones MR,McCarthy MJ,McCarthy A.Moving fly ash utilization in concrete forward:a UK rspective.In:Proceedings of the 2003 international ash utilisation symposium,centre for applied energy research[D].University of Kentucky,2003:20-22.

[3] 張賢超，尹 健，池 漪.透水混凝土性能研究綜述[J].混凝土,2010(12):47-50.

[4] 劉數(shù)華.高性能再生骨料混凝土試驗(yàn)研究[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，25(2):262-266.

[5] 鄧宗才，王現(xiàn)衛(wèi)，李建輝.再生骨料混凝土研究述評(píng)[J].山東建材，2006(1):59-63.

[6] 邢 鋒，倪 卓.自修復(fù)混凝土系統(tǒng)的研究進(jìn)展[J].深圳大學(xué)學(xué)報(bào),2013,30(5)：486-494.

The special concrete and its application introduction

Gao Yuan1,2

(1.CCCCHighwayPlanningandDesignInstituteLimitedCompany,Beijing100088,China;2.CCCCHighwayLongBridgeConstructionEngineeringResearchCenterLimitedCompany,Beijing100088,China)

This paper briefly introduced the the characteristics of reactive powder concrete, foam concrete, porous concrete, recycled aggregate concrete, self repairing concrete five special concrete, analyzed the engineering application advantages and performance of various concrete, in order to meet the needs of construction to special function concrete.

special concrete, characteristic, property, crack

2015-03-04

高 原(1986- )，男，博士，工程師

1009-6825(2015)14-0112-02

TU528

A