土木建筑材料中的高性能混凝土材料性能分析

范鄒升威

摘 要：采用對(duì)比分析的方式，針對(duì)各種常用材料的力學(xué)性能進(jìn)行研究，高性能混凝土的優(yōu)異性能可作為土木工程的主體原料，保障土木工程的安全性，在此基礎(chǔ)上利用不同養(yǎng)護(hù)制度下對(duì)高性能混凝土材料進(jìn)行優(yōu)化分析。結(jié)果表明：以養(yǎng)護(hù)模式為蒸汽養(yǎng)護(hù)3 d為例，鋼纖維摻量在0%～2%時(shí)，基體與鋼纖維的粘結(jié)力產(chǎn)生作用，此時(shí)鋼纖維在基體中會(huì)產(chǎn)生較大間隙，影響流動(dòng)性會(huì)比較小，對(duì)擴(kuò)展度的影響也較小;當(dāng)鋼纖維摻量由0%上升至1%、2%和3%時(shí)，抗壓強(qiáng)度分別上升了38.44%、53.36%和73.99%，抗折強(qiáng)度分別上升了31.23%、53.00%和105.22%。在混凝土基體中會(huì)形成勁性骨架，在裂縫中起到橋接作用。

關(guān)鍵詞：工程施工;建筑材料;混凝土配比;養(yǎng)護(hù)方法度

中圖分類號(hào)：TU755 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2022）02-0125-04

土木工程建造過(guò)程中選擇性能優(yōu)異的建筑材料可決定土木工程的發(fā)展?fàn)顩r，隨著科技的不斷發(fā)展與完善，人們對(duì)于房屋的建造采取不同類型的建筑材料，性能隨之提升，促使土木工程的發(fā)展前景越來(lái)越好。直至18世紀(jì)，科學(xué)家發(fā)明了水泥，最終演變成鋼筋混凝土材料，如今，人們對(duì)建筑材料的要求逐漸增長(zhǎng)，促使建筑材料發(fā)展成高性能混凝土。高性能混凝土的制備原理主要通過(guò)現(xiàn)代混凝土技術(shù)進(jìn)行加工制備，通過(guò)不同比例的調(diào)和，可改變高性能混凝土的亞微觀結(jié)構(gòu)，使混凝土的致密性更高，保證建造質(zhì)量。

1 土木建筑材料中高性能混凝土概述

1.1 高性能混凝土的特點(diǎn)

高性能混凝土在性能方面具有多種優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用于土木工程中可提高建筑工程的整體質(zhì)量，促進(jìn)土木工程領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。高性能混凝土的眾多特點(diǎn)中高耐久性可使其具有較好的密實(shí)性和抗?jié)B性，與普通混凝土相比高性能混凝土的流動(dòng)性和抗離析性等多方面性能更加優(yōu)秀。此外，針對(duì)高性能混凝土進(jìn)行配置時(shí)，應(yīng)將彈性模量的范圍控制在40～45 GPa，高性能混凝土干縮率小于0.04%的狀態(tài)下可保證自身的體積較穩(wěn)定，不易發(fā)生變化，其特有的強(qiáng)度使高性能混凝土在土木工程領(lǐng)域中發(fā)揮優(yōu)異作用[1]。1.2 高性能混凝土配合比原則

高性能混凝土的主要原材料包含水泥、骨料、硅灰、鋼纖維、減水劑、煅燒偏高嶺土、粉煤灰以及礦粉，其主要通過(guò)泵送的方式進(jìn)行輸送，因此，針對(duì)含砂率進(jìn)行配比過(guò)程中應(yīng)在滿足工藝條件的情況下，盡可能降低高性能混凝土的含砂率，并考慮可泵性的要求。水灰比在高性能混凝土的比例調(diào)和中屬于重要參數(shù)，可決定高性能混凝土的強(qiáng)度，為此，針對(duì)水灰比應(yīng)根據(jù)工程強(qiáng)度及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定，并選擇合適的減水劑應(yīng)用于高性能混凝土配比中，以此確定高性能混凝土的用水量及水泥量。為得到性能更好的高性能混凝土，應(yīng)根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定摻和料的用量。

2 土木建筑材料中高性能混凝土的基本性能分析

2.1 高性能混凝土的力學(xué)性能分析

高性能混凝土與普通混凝土相比，在性能方面更具優(yōu)勢(shì)，其特有的抗壓強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度及彈性模量可保證高性能混凝土在土木工程領(lǐng)域中應(yīng)用范圍更加廣闊，土木工程中各種常用材料的力學(xué)性能如表1所示。

從表1中可觀察到高性能混凝土的的力學(xué)性能與C60及Q345相比具有一定特性，在常規(guī)養(yǎng)護(hù)下高性能混凝土的多種性能明顯高于其他材料，其特有的韌性可保證高性能混凝土的抗震能力。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，高性能混凝土的水密性能較好，可保證混凝土板在復(fù)雜環(huán)境下保持自身性能，有效避免出現(xiàn)滲漏及退化現(xiàn)象[2]。

2.2 高性能混凝土的耐久性能分析

高性能混凝土的耐久性能屬于眾多性能中較為重要的參數(shù)之一，優(yōu)異的耐久性可保證土木工程在建筑過(guò)程中的安全性。其耐久性具有多項(xiàng)指標(biāo)，高性能混凝土與C60的耐久性指標(biāo)如表2所示。

從表2中可觀察到高性能混凝土具有較強(qiáng)的耐久性，在一定養(yǎng)護(hù)條件下可使其微觀結(jié)構(gòu)得到改善。而優(yōu)異的耐久性源于高性能混凝土的水灰比較低，在配比過(guò)程中提出粗集料，并優(yōu)化顆粒級(jí)配，可最大限度地保證密實(shí)度。

2.3 高性能混凝土的防火及抗沖擊性能

高性能混凝土的防火、抗沖擊性能比較強(qiáng)，可以將該材料運(yùn)用在安全防護(hù)工程中，高性能混凝土內(nèi)部含有的硅粉含量較高，且氫氧化鈣含量較高，可將高性能混凝土暴露與火中，但長(zhǎng)期暴露于火中，將造成高性能混凝土出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的退化現(xiàn)象，為避免該現(xiàn)象發(fā)生，將在其中加入纖維原料，保證高性能混凝土的抗沖擊性能。

3 土木建筑材料中高性能混凝土配合比優(yōu)化研究

通過(guò)上述研究發(fā)現(xiàn)，高性能混凝土具有較高的力學(xué)性能、優(yōu)良的耐久性及體積穩(wěn)定性，眾多性能均與力學(xué)性能息息相關(guān)，但水膠比與力學(xué)性能恰恰相反，其成反比趨勢(shì)不斷變化，因此，高性能混凝土應(yīng)保證自身性能，全面發(fā)展，本文將采用不同的水灰比、砂膠比、鋼纖維摻量及3種不同粒徑的石英砂級(jí)配等方式對(duì)基準(zhǔn)配合比進(jìn)行研究[3]。

3.1 表觀密度與石英砂級(jí)配

本實(shí)驗(yàn)針對(duì)表觀密度測(cè)定將依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則下進(jìn)行，表觀密度按照下式進(jìn)行計(jì)算：

ρ=M0V1-V2- t×1 000

式中：ρ為表觀密度，kg/m3;M0為試樣的烘干質(zhì)量，g;V1為水的原有體積，mL;V2為倒入試樣后的水和試樣的體積; t為水溫對(duì)砂的表觀密度影響的修正系數(shù)。

針對(duì)表觀密度進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，有利于提升高性能混凝土的整體質(zhì)量。通過(guò)上述公式測(cè)得高性能混凝土中各部分原材料的表觀密度如表3所示[4]。

高性能混凝土的結(jié)構(gòu)組成中涵蓋大量石英砂，而配置過(guò)程中基于最大密實(shí)度的基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)操作;因此應(yīng)考慮石英砂的級(jí)配。本文為考察石英砂的級(jí)配，采用實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析的方法，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：將兩種石英砂按照不同的比例混合均勻，并將總質(zhì)量定為2 kg后，將混合均勻的砂倒入1 L的正方體容器中，在倒入總質(zhì)量的一半時(shí)，應(yīng)采取振動(dòng)模式，使其振動(dòng)的時(shí)間控制在30 s;容器內(nèi)充滿石英砂后，繼續(xù)振動(dòng)30 s，將其表面刮平稱重。通過(guò)3次比例混合，最終求得石英砂的級(jí)配為：（16～26目）∶（26～40目）∶（40～70目）∶（70～120目）=0.55∶0.15∶0.22∶0.08。gzslib202204012312

3.2 鋼纖維對(duì)高性能混凝土性能的影響

本次研究了不同摻量對(duì)混凝土工作性能及力學(xué)性能的影響。養(yǎng)護(hù)模式采用的是蒸洗養(yǎng)護(hù)3 d。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，高性能混凝土遭受不同情況下的外力作用時(shí)，可引起高性能混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)改變，因此，應(yīng)在其內(nèi)部加入鋼纖維，使其形成粘結(jié)作用，約束高性能混凝土中裂縫的發(fā)展。不同比例的鋼纖維摻入量對(duì)于高性能混凝土的影響各不相同，鋼纖維摻量變化的影響如表4所示。

從表4中可看出，將鋼纖維按照不同比例摻入高性能混凝土的配比中，對(duì)于高性能混凝土的性能影響也不同。隨著鋼纖維比例的增加，高性能混凝土中各基體之間相互作用逐漸增強(qiáng)，高性能混凝土的整體性能提升。

3.3 水、砂膠比對(duì)高性能混凝土性能的影響

水膠比的含量決定高性能混凝土的強(qiáng)度，該過(guò)程主要通過(guò)高效減水劑進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，在滿足高性能混凝土制作工藝的情況下，通過(guò)振動(dòng)密實(shí)將高性能混凝土充分振動(dòng)，并隨著水膠比的降低，高性能混凝土的整體性能將出現(xiàn)大幅度提升，對(duì)于高性能混凝土的配合比起著重要作用，在保證混凝土工作性能的前提下，砂膠比越大，高性能混凝土的力學(xué)性能越好[5]。

4 不同養(yǎng)護(hù)制度對(duì)高性能混凝土性能的影響

4.1 高性能混凝土力學(xué)性能分析

通過(guò)分析可知，4種養(yǎng)護(hù)方式對(duì)于高性能混凝土性能的影響具有較大差異，蒸汽養(yǎng)護(hù)和熱水養(yǎng)護(hù)下的高性能混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度明顯高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和干燥常溫養(yǎng)護(hù)下的高性能混凝土，在高溫環(huán)境下可改變高性能混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，將高性能混凝土內(nèi)部存在的孔隙進(jìn)行有效填補(bǔ)。但由于高性能混凝土前期性能測(cè)試中消耗大量水分，造成干燥常溫養(yǎng)護(hù)不能及時(shí)為高性能混凝土提供充足的水分，導(dǎo)致后期強(qiáng)度不如標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)[6]。

4.2 高性能混凝土收縮性能分析

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，為保證高性能混凝土的優(yōu)異性能，前期針對(duì)高性能混凝土內(nèi)部混入大量纖維材料，纖維材料的引入可使高性能混凝土的粘合作用較大，因此造成高性能混凝土早期收縮比較大。還發(fā)現(xiàn)，大部分高性能混凝土出現(xiàn)裂痕現(xiàn)象的主要原因是：高性能混凝土自身具有一定收縮性能，經(jīng)過(guò)不同環(huán)境因素的影響下，高性能混凝土的收縮性能將出現(xiàn)變化，以不同的開(kāi)裂方式進(jìn)行呈現(xiàn)。不同開(kāi)裂方式在不同養(yǎng)護(hù)制度的作用下反應(yīng)不同，在熱養(yǎng)護(hù)制度下可有效減少高性能混凝土的收縮開(kāi)裂現(xiàn)象[7]。

5 結(jié)語(yǔ)

為了確保土木工程的施工安全，將高性能混凝土按照不同的配比方式進(jìn)行調(diào)和，可得到不同的施工效果，經(jīng)過(guò)優(yōu)化作用的高性能混凝土可得出4種養(yǎng)護(hù)方式中最有利的養(yǎng)護(hù)制度為蒸汽養(yǎng)護(hù)的結(jié)論。通過(guò)蒸汽養(yǎng)護(hù)制度可提升高性能混凝土的早期強(qiáng)度，并且熱水養(yǎng)護(hù)及蒸汽養(yǎng)護(hù)可將高性能混凝土收縮性能得前期收縮量控制在最大限度，高性能混凝土具有多種優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)發(fā)展中可廣泛應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域，但土木工程在施工過(guò)程中可導(dǎo)致環(huán)境污染現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)針對(duì)在現(xiàn)有材料基礎(chǔ)上進(jìn)行環(huán)保材料的開(kāi)發(fā)利用，推動(dòng)土木工程向前不斷發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

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