摘要:阐述了研究开发高强与超高强混凝土的重大意义,提出了制备技术和途径,说明了主要原材料及其性能要求。 01 引言 混凝土是人类最大宗的建筑结构材料,其发展可以划分为低强低耐久混凝土、高强混凝土和高性能混凝土三个阶段。从我国目前的生产力发展水平、混凝土配制技术、施工性能、设计和使用要求、施工机械及操作水平来看,目前正处于高强混凝土的配制和使用阶段,这一时期还将经历很长一段时间。因此,充分利用地方资源,研究优质实用的高强或超高强混凝土配制技术,全面提高混凝土的生产和使用水平,是建材行业可持续发展的必然举措。 02 研究、开发、应用高强与超高强混凝土的重大意义 随着人类社会的发展和进步,人类有能力拓展生存的空间。目前,人们正在向高空、地底及海洋进军,现代建筑物越来越高层化、大跨化、轻量化;在海洋深处建造大型结构物,在海面上建造巨大的工作平台;越来越多的跨大江、深谷、海峡的大跨度桥梁和海底隧道在建造。所有这些,都要求混凝土的质量越来越高。因此,高强度、高耐久性、高泵送性是混凝土材料发展的方向。 (1)有效地减轻结构自重。钢筋混凝土的最大缺点是自重大,在一般的建筑中,结构自重为有效荷载的8~10倍。当混凝土强度提高时,结构自重降低。一些世界著名的专家预言,80 %~90 %的钢结构工程可用预应力钢筋混凝土结构代替,当混凝土强度达到100 MPa时,可以设计成的预应力钢筋混凝土结构,应当与钢结构一样轻,因为这时二者的比强度(强度与质量的比值)大致相等[1]。 03 制备高强与超高强混凝土的技术途径 众所周知,混凝土是一种典型的堆聚结构工程材料,具有大量的不同尺寸和开始的内部缺陷。由于混凝土的组分(水化新生物、未彻底水化的熟料颗粒、坚固的大小岩石集料)和结构元件(水泥石、砂浆组分、接触区)彼此在强度特性、变形特性和物理性能方面有明显的差异[2],混凝土的实际强度比理论强度材料弹性模量E低10-3个数量级,这是由于混凝土在受外部作用时应力状态很不一致,具有大量的应力集中现象所致。因此,研制高强与超高强混凝土,是建立在降低材料结构缺陷并提高其密度、增强组分的强度和形变性以及减少其内部应力集中基础之上的。曾经或正在研究的制备高强与超高强混凝土的技术路线有以下几条。 2.1 干硬性高强与超高强混凝土 改善水泥石中水化物的相组成,提高其质量,是制备高强与超高强混凝土的另一重要课题。众所周知,水泥水化后形成水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙、水化铁铝酸钙及氢氧化钙。其中水化硅酸钙数量众多,也最为重要。但由于水泥水化形成的大多是高碱性水化硅酸钙,与低碱性水化硅酸钙相比,前者强度低,后者强度高;同时存在的f CaO强度极低,稳定性很差。因此,在制备高强与超高强混凝土时,要设法降低高碱性水化硅酸钙的含量,提高低碱性水化硅酸钙含量,同时尽量消除f CaO.其方法是在混凝土中掺入活性矿物掺料,使其含有的活性SiO2、Al2O3与f CaO及高碱性水化硅酸钙发生二次反应,生成低碱性水化硅酸钙,以增加胶凝物质的数量,改善其质量。 2.3 高强与超高强碱矿渣混凝土 2.4 灰砂硅酸盐混凝土 04 制备高强与超高强混凝土的原材料及其性能要求 采用目前国际上通用的技术路线制备高强与超高强混凝土所用的材料是:水泥、集料、水、掺合料以及化学外加剂。这些原料的质量和性能,对高强与超高强混凝土的质量和性能具有很大的影响。 3.2 集料 3.3 掺和料 3.4 外加剂 05 结语 综上所述,研制高强与超高强混凝土具有十分重大的意义。其配制必须从原材料的选择、采用低用水量、低水灰比、高活性矿物磨细掺和料、高效减水剂、改善界面结构、提高水泥浆体的内聚力及水泥浆体与集料间的粘结力等因素来考虑。 |
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