新型混凝土材料的特性研究與應(yīng)用

(成都理工大學(xué) 四川 成都 610059)

引言

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自誕生以來，經(jīng)歷了兩個世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)成為當(dāng)今世界土木工程領(lǐng)域主要的結(jié)構(gòu)形式?；炷磷鳛槠渲兄饕目箟翰牧虾吞畛洳牧?，起著保護鋼筋、提高結(jié)構(gòu)耐久性、提升構(gòu)件抗壓承載力、調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)整體周期頻率指標(biāo)的重要作用，其各方面特性直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性、適用性以及經(jīng)濟性。

一、混凝土的概念

混凝土又稱“砼”，這個字由人、工、石組成，形象地說明了混凝土就是一種人工建筑材料。實際上，混凝土材料就是膠結(jié)材料、粗細(xì)骨料和水按照一定得比例經(jīng)過振搗和攪拌成型，并在特定的條件下對其進行養(yǎng)護后形成的人工建筑材料，這種人工復(fù)合材料不僅具備一定的強度，制作成本也相對較低。

二、幾種新型混凝土材料的出現(xiàn)及在工程中的應(yīng)用

隨著人們對工程質(zhì)量要求越來越高，傳統(tǒng)的混凝土材料很難滿足高質(zhì)量工程的需求。相關(guān)技術(shù)人員根據(jù)這種現(xiàn)狀研發(fā)出高強度、耐磨、抗腐蝕的新型混凝土材料，并且取得良好的成效。常見的新型混凝土主要有以下幾種：

(一)高性能混凝土

很多國家早在上世紀(jì)八十年代就研發(fā)出高性能的混凝土，高性能混凝土包括粗細(xì)骨料、水泥、超塑化劑、多種礦物摻合料和水，這種組成配制出來的高性能混凝土在耐久性、高強度、穩(wěn)定性、低水化熱等多方面都有顯著的優(yōu)勢和性能。高性能混凝土不僅能降低工程造價、增加使用空間、節(jié)約施工能耗，還能在極端環(huán)境下提升其抵御能力。高性能混凝土工作性能好，耐久性好，所以其成本與同級高強混凝土相比，直接節(jié)約32—58.8元/每平方米。因此高性能混凝土的優(yōu)越性與經(jīng)濟，使其用途不斷擴大，在不少工程中得以推廣應(yīng)用。

(二)彩色混凝土

這種混凝土顏色能根據(jù)空氣濕度產(chǎn)生變化，這種混凝土在干燥的空氣中，彩色混凝土?xí)尸F(xiàn)蔚藍(lán)色。下雨時，又會變成玫瑰色，在潮濕的天氣則呈現(xiàn)漂亮的紫色，該混凝土也被稱作“天氣混凝土”。彩色透水混凝土是由特定級配的骨料、膠凝材料、水、添加劑等按特定比例經(jīng)特殊工藝制成的具有連續(xù)孔隙的多孔混凝土，能夠很好的解決目前城市建設(shè)過程帶來的諸多城市環(huán)境問題。其表觀密度一般為1600-2100kg/m3，28d抗壓強度10-40MPa，抗折強度2-7MPa，透水系數(shù)0.5-10mm/s，有效目標(biāo)孔隙率為18%～22%。彩色混凝土因其特性可廣泛應(yīng)用于人行道、步行街、輕量級道路、公園小區(qū)內(nèi)道路、大型廣場、各種新型體育場地、停車場、地下建筑工程，構(gòu)筑堤壩、護岸及高速公路路肩護坡等工程項目中。

(三)生態(tài)型混凝土

建筑業(yè)是傳統(tǒng)高耗能產(chǎn)業(yè)，燒結(jié)磚、水泥、石灰等建筑材料在制作過程中會消耗大量的自然資源，隨著低碳環(huán)保和構(gòu)建環(huán)境友好型社會理念的逐步推廣，一種可減少環(huán)境負(fù)荷的生物相容型混凝土應(yīng)運而生，即為生態(tài)型混凝土。生態(tài)型混凝土是指能與動植物等生物和諧共存的混凝土。根據(jù)用途，這類混凝土可分為植物相容型生態(tài)混凝土、海洋生物相容型生態(tài)混凝土、淡水生物相容型生態(tài)混凝土以及凈化水質(zhì)用混凝土等。將足夠強度的混凝土作為受力骨架，骨架內(nèi)空隙中填充植物或海水、淡水生物生存所需的營養(yǎng)物質(zhì)。在澆筑成型和以后的使用過程中可以實現(xiàn)自身強度的增長和植被與水生物繁衍生息的同步進行。同時，多孔的微觀特性還使其具有了良好的透水性與吸音性，衍生出透水混凝土、吸音混凝土等不同種類。生態(tài)型混凝土在沿海環(huán)境、山坡綠化環(huán)境中，起到調(diào)節(jié)生態(tài)平衡、美化環(huán)境、凈化水質(zhì)、實現(xiàn)共生發(fā)展等作用

(四)泡沫混凝土

泡沫混凝土是將泡沫劑水溶液加入到由粉煤灰等硅酸鹽物質(zhì)、波特蘭水泥或碳酸鈣、水及外加劑組成的混合物中，經(jīng)一系列物理與化學(xué)綜合作用形成的輕質(zhì)多孔建筑結(jié)構(gòu)建材。由于此類混凝土中未添加大粒石子的粗骨料，且在制拌過程中通過為人工控制形成了較多的內(nèi)部空隙氣泡，故其有著獨特的物理指標(biāo)性能。在密度方面最低可低至普通混凝土的1/5左右，抗壓抗彎能力明顯較低，但變現(xiàn)出良好的保溫隔熱性能和隔音耐火性能，獨特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使得構(gòu)件在地震波作用下自振周期被拉長，外部激勵得到了較為充分的吸收。因此當(dāng)采用泡沫混凝土作為墻體或屋面材料時，產(chǎn)生了隔震作用，減少不利荷載，是優(yōu)質(zhì)的抗震建材。從經(jīng)濟層面講，泡沫混凝土可大量利用工業(yè)廢渣作為原材料，成本可控。

(五)纖維混凝土

由于傳統(tǒng)混凝土的延展性和抗拉性不足，因此研究人員借助傳統(tǒng)的鋼筋混凝土的理論基礎(chǔ)通過將傳統(tǒng)混凝土中的鋼筋材料換為由鋼纖維、玻璃纖維、碳纖維等纖維類材料組成的相應(yīng)的纖維束，制作出纖維混凝土。因為鋼筋被替換為不同的材料。所以纖維混凝土又被分類為鋼纖維混凝土、玻璃纖維混凝土、碳纖維混凝土、聚丙烯纖維混凝土等多種類型。由于傳統(tǒng)混凝土中添加纖維，混凝土的性能被有效改善。有關(guān)科研人員通過實驗在抗壓強度方面將傳統(tǒng)混凝土和纖維混凝土進行對比，發(fā)現(xiàn)纖維混凝土在抗壓強度方面比傳統(tǒng)混凝土高出五倍以上，而纖維混凝土的造價成本比傳統(tǒng)混凝土低。

三、結(jié)語

以高性能混凝土、彩色混凝土、生態(tài)型混凝土、纖維混凝土和泡沫混凝土為代表的新型混凝土都各自具備鮮明的特點，例如高強度耐熱性、裝飾功能、調(diào)節(jié)生態(tài)、環(huán)保、低成本等性能?？梢钥隙ǖ氖牵S著我國科學(xué)技術(shù)以及經(jīng)濟的快速發(fā)展，對工程建設(shè)項目質(zhì)量的要求越來越高，各種新型混凝土也將不斷地應(yīng)用到各項工程中，新型混凝土材料會更好的滿足工程的要求，獲得較好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，實現(xiàn)建筑行業(yè)的和諧發(fā)展，這對于構(gòu)建和諧社會也是非常有利的。我國經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)，資源產(chǎn)能、社會認(rèn)知、科研發(fā)展、行業(yè)變革等方面也面臨新的環(huán)境形勢，新型混凝土材料的應(yīng)用將是推動建筑工程領(lǐng)域開拓創(chuàng)新必不可少的積極因素，可以預(yù)見，新型混凝土材料在未來肯定會有巨大的發(fā)展空間。