新型混凝土現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究綜述

姜秋來，李雄，申龍章 （南華大學(xué)機械工程學(xué)院，湖南 衡陽 421001）

1 引言

混凝土材料發(fā)展至今已有百余年之久，并且現(xiàn)在已經(jīng)成為生活、生產(chǎn)、建筑、道路橋梁等各個領(lǐng)域的必要材料之一。隨著我國近年來的快速發(fā)展，工業(yè)化和城市化的不斷進行，混凝土的用量也呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢。但普通混凝土已不能完全滿足現(xiàn)今的工程要求。為了滿足當(dāng)代發(fā)展的需求，解決普通混凝土自身重、易產(chǎn)生裂縫等缺點，新型混凝土的研制已經(jīng)成為了一個重要的發(fā)展方向。新型混凝土已不再是簡單的水泥和骨料等成分的混合物，而是添加越來越多種具備特定品質(zhì)的成分從而使混凝土具有某種特殊性能。

2 新型混凝土現(xiàn)狀

新型混凝土是在建筑技術(shù)的持續(xù)進步下對混凝土的各項性能不斷提出新的指標，具有一系列優(yōu)良性能的新型材料。在這里要指出的是新型混凝土研制所帶來的驚人發(fā)展，往往是通過外加劑的添加而實現(xiàn)的?，F(xiàn)今，國內(nèi)外常見的新型混凝土主要有自密實混凝土、活性微粉混凝土、泡沫混凝土、纖維混凝土、再生混凝土等幾大類[1]。

2.1 自密實混凝土

自密實混凝土能夠在自身重力作用下實現(xiàn)流動、密實等特點，具有良好的均質(zhì)性，且不需要附加振動。自密實混凝土最初是由日本學(xué)者在1986年提出，當(dāng)時的日本部分學(xué)者傾向于將免振自密實混凝土作為新型混凝土的研制方向。

自密實混凝土主要減小粗骨料的體積和最大粒徑并嚴格控制細骨料的最大粒徑，與普通混凝土相比較來說，自密實混凝土無需附加振動，具有良好的流動性和抗離析能力[2]。崔溦的模擬建模中證實了減少粗骨料的占比，增加細骨料的配合比相對比較穩(wěn)定，離析現(xiàn)象也得到了良好的改善[3]。張軍分別對四種混凝土進行基本力學(xué)性能研究中也同樣證實，輕骨料的自密實混凝土具有高于普通混凝土的強度[4]。在環(huán)保層面上來說，自密實混凝土在現(xiàn)場操作時，其無需振搗的特性可以極大程度上減少工地現(xiàn)場所產(chǎn)生的噪聲污染。

自密實混凝土為保證足夠的粘聚性和流動性，其膠凝材料用量比例的提升，會在早期出現(xiàn)一系列開裂等問題。宣衛(wèi)紅在自密實混凝土中摻入再生塑料并利用改進的SHPB系統(tǒng)評價塑料顆粒自密實混凝土的動態(tài)力學(xué)性能證實在一定程度上可以減少混凝土的彈性模量并提升了沖擊韌性[5]，海然在自密實混凝土中參入鋼纖維增強粉煤灰[6]，可以減少早期混凝土開裂等現(xiàn)象，具有一定的研究意義。

2.2 泡沫混凝土

泡沫混凝土又稱氣泡混凝土，于19世紀80年代在歐洲首次研制成功。泡沫混凝土通常是采用機械方法將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫，然后再將已制得的泡沫和硅鈣質(zhì)材料、菱鎂材料或石膏材料所制成的料漿均勻攪拌，經(jīng)澆注成型、養(yǎng)護而成的。

泡沫混凝土發(fā)泡機理有兩種，分別為物理發(fā)泡和化學(xué)發(fā)泡。物理發(fā)泡是將預(yù)先生產(chǎn)的泡沫添加到混凝土漿體中，攪拌均勻，由于泡沫混凝土薄層存在某些活性物，能夠?qū)l(fā)泡劑產(chǎn)生的氣體包裹住，混凝土硬化成形后從而形成氣泡?；瘜W(xué)發(fā)泡是在漿料中加入發(fā)泡劑并催化其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體，待混凝土硬化后氣泡被固定在混凝土內(nèi)部[7]。

泡沫混凝土因為其特殊的發(fā)泡機理而具有輕質(zhì)多孔的特性，相比于普通混凝土，其體積密度大約是普通混凝土的20%甚至更低，具有輕質(zhì)性的特點。泡沫混凝土內(nèi)部的多孔特性，有利于形成良好的熱工性能，隔熱效果更好并具有一定的抗凍性，在部分北部地區(qū)房屋外墻采用泡沫混凝土，可以有效形成保溫層。同時還有著防水防火、抗壓的特點。

泡沫混凝土由于主要由發(fā)泡原理養(yǎng)護而成，其性能取決于泡沫含量的多少，在生產(chǎn)時缺少一定的骨料成分，在某些程度上限制了泡沫混凝土的強度、穩(wěn)定性和耐久性[8]。泡沫混凝土中氣孔的形成到固定是一個由氣體到液體再到固體的相系變化，其成型后的氣孔間隙率和密度，以及變化過程中的溫度、壓力、等其他因素，對于最后的泡沫混凝土的自身特性和強度、耐久性具體的影響還有待進一步研究。

2.3 纖維混凝土

纖維混凝土是纖維和水泥基料組成的復(fù)合材料的統(tǒng)稱。在普通水泥中加入抗拉強度高、極限延伸率大、抗堿性好的纖維后，可以使混凝土具有高強度、高耐久的特性。纖維的添加使混凝土具有一定的抗裂性能，可控制基體混凝土裂紋的進一步發(fā)展。纖維混凝土的主要品種有石棉水泥、鋼纖維混凝土、玻璃纖維混凝土、聚丙烯纖維混凝土及碳纖維混凝土、植物纖維混凝土和高彈模合成纖維混凝土等。

纖維混凝土是在普通混凝土的組成上添加了纖維成分，是一種復(fù)合材料，可以以添加材料的自身特性來賦予整體具有其添加成分的優(yōu)良特性。纖維混凝土的優(yōu)良特性取決于添加纖維與混凝土的相互作用以及添加纖維的類型、尺寸、密度等因素[9]。同時，纖維材料也需要良好的熱穩(wěn)性，才能保持纖維混凝土自身的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)纖維混凝土往往添加的是鋼纖維和玻璃纖維等，玻璃纖維由于材料自身具有脆性與混凝土結(jié)合較困難，且在空氣中暴露一段時間后，其強度和韌度會逐漸下降。丁點點制備的耐堿性玻璃纖維含量為2%的纖維混凝土具有良好的抗壓性和收縮性[10]。鋼纖維混凝土的耐久性較差。周強采用玄武巖纖維作為添加成分添加到混凝土中，具有較好的相容性，能夠起到防止混凝土開裂等現(xiàn)象?，F(xiàn)階段，纖維混凝土多采用混雜纖維，及將不同類型和尺寸的纖維與混凝土混雜，來改善單一纖維混凝土的欠缺之處[11]。纖維混雜不僅可以起到自身單一的特性同時也可以相互作用、相互提升[12]。曹瑞東和惠存的分別對PVA混凝土和玄武巖-PVA纖維混凝土的實驗對比，復(fù)合型纖維混凝土的強度和韌度得到明顯的增強[13-14]。

2.4 再生混凝土

再生混凝土是指將廢棄的混凝土塊經(jīng)過處理后，按一定比例與級配混合，部分或全部代替砂石等天然集料（主要是粗集料），而配制成的新混凝土。再生混凝土按集料的組合形式可以有以下幾種情況：集料全部為再生集料；粗集料為再生集料、細集料為天然砂；粗集料為天然碎石或卵石、細集料為再生集料；再生集料替代部分粗集料或細集料。

再生混凝土的應(yīng)用可以將一些廢棄材料得到二次利用，且減少砂礫等一些不可再生資源的消耗，符合環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標[15]。再生混凝土的抗壓強度、抗拉強度、抗折強度等性能取決于再生集料的類型和處理方法。再生混凝土中添加的再生集料由于其自身材料的缺點會使再生混凝土產(chǎn)生一定的缺陷，往往需要對再生集料進行強化處理來提高再生集料的特性，強化處理可分別從機械活化、酸液活化、化學(xué)漿液處理和水玻璃溶液處理4方面來進行。機械活化是去除附著于再生集料顆粒表面的多余水泥。酸液活化是將再生集料放置于酸料中，利用其中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)而改善再生集料自身的性能?；瘜W(xué)漿液處理是利用漿液對再生集料進行浸泡再干燥處理來提升再生集料的質(zhì)量。水玻璃溶液處理是把水玻璃填充到再生集料制造中產(chǎn)生的孔隙來提高再生集料的密度，進而改善再生混凝土整體的性能。

通過將國內(nèi)現(xiàn)有的研究成果總結(jié)，再生混凝土的力學(xué)性能在經(jīng)過上述強化處理后可以滿足當(dāng)今工程建設(shè)的實際要求。將粉煤灰、纖維和高爐渣等成分摻入再生混凝土中也可起到提升再生混凝土性能的作用[16]。

再生集料的自身性質(zhì)使再生混凝土內(nèi)部反應(yīng)不均勻、結(jié)構(gòu)疏松及新舊界面粘結(jié)強度較低等缺陷。秦善勇的實驗得出再生集料的摻入量對再生混凝土的強度等性能有顯著提升[17]。后期研究可通過對再生集料改性或再生混凝土配合比改良來改善一系列缺陷，這是一個可以重點研究的方向[18]。

3 發(fā)展趨勢

隨著新型混凝土的研制熱度持續(xù)增長，各種新型混凝土不斷出現(xiàn)。部分混凝土在兼具普通混凝土的高強度、高耐久的特點之上還具有因外加劑所擁有的特性。由于新型混凝土的優(yōu)良特性，發(fā)展前景十分開闊，必然是未來混凝土領(lǐng)域發(fā)展的方向和必然趨勢。但是隨著社會的發(fā)展進程，環(huán)保、節(jié)能等關(guān)系人類生存問題的方面鑄件被大家所重視起來，因此，新型混凝土向著綠色混凝土也是行業(yè)所需。綠色混凝土要能夠做到以工業(yè)、生產(chǎn)廢料作為摻料，減少污染。更大的發(fā)揮新型混凝土所具有的特性，進一步提高技術(shù)含量，特高混凝土的強度和耐久性。同時也要提升相關(guān)從業(yè)人員的綠色意識，現(xiàn)今新型混凝土現(xiàn)處于起步階段，對于綠色環(huán)保型混凝土的研制與生產(chǎn)仍任重而道遠。

4 結(jié)論

新型混凝土在工程實際應(yīng)用率不斷得到提高，有關(guān)其性能的研究成了一個熱點課題。通過上文列舉的新型混凝土可知：新型混凝土的外加劑和配合比的設(shè)計對于新型混凝土的性能具體研究還較少，新型混凝土在實際應(yīng)用中的受力情況還不具有普遍性，需要更多實際調(diào)研和實驗數(shù)據(jù)來證實。新型混凝土成為未來發(fā)展趨勢是必然的，但在研制其高性能的同時，減少混凝土在生產(chǎn)、運輸和應(yīng)用中造成的污染也是需要考慮的。