高性能混凝土的研究與發(fā)展現(xiàn)狀論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 度對(duì)混凝土強(qiáng)度有明顯的影響,一般情況下,砂子越粗,混凝土的強(qiáng)度越高。配制C50～,對(duì)于C80～。高性能混凝土必須選用強(qiáng)度高、吸水率低、級(jí)配良好的粗集料。宜選擇表面粗糙、外形有棱角、針片狀含量低的硬質(zhì)砂巖、石灰?guī)r、花崗巖、玄武巖碎石,級(jí)配符合規(guī)范要求。由于高性能混凝土要求強(qiáng)度較高,就必須使粗集料具有足夠高的強(qiáng)度,一般粗集料強(qiáng)度應(yīng)為混凝土強(qiáng)度的115倍～210倍或控制壓碎指標(biāo)值＞10﹪。最大粒徑不應(yīng)大于25mm,以10mm～20mm為佳,這是因?yàn)?較小粒徑的粗集料,其內(nèi)部產(chǎn)生缺陷的幾率減小,與砂漿的粘結(jié)面積增大,且界面受力較均勻。另外,粗集料還應(yīng)注意集料的粒型、級(jí)配和巖石種類,一般采取連續(xù)級(jí)配,其中尤以級(jí)配良好、表面粗糙的石灰?guī)r碎石為最好。粗集料的線膨脹系數(shù)要盡可能小,這樣能大大減小溫度應(yīng)力,從而提高混凝土的體積穩(wěn)定性。配制高性能混凝土?xí)r,摻入活性細(xì)摻合料可以使水泥漿的流動(dòng)性大為改善,空隙得到充分填充,使硬化后的水泥石強(qiáng)度有所提高。更重要的是,加入活性細(xì)摻合料改善了混凝土中水泥石與骨料的界面結(jié)構(gòu),使混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性與耐久性均得到提高。活性細(xì)摻合料是高性能混凝土必用的組成材料。在高性能混凝土中常用的活性細(xì)摻合料有硅粉(SF)、磨細(xì)礦渣粉(BFS)、粉煤灰(FA)、天然沸石粉(NZ)等。粉煤灰是火電廠燃煤鍋爐排出的煙道灰,它能有效提高混凝土的抗?jié)B性,顯著改善混凝土拌合物的工作性,大摻量粉煤灰混凝土還對(duì)環(huán)境保護(hù)和節(jié)約資源有重要意義。配制高性能混凝土的粉煤灰宜用含碳量低、細(xì)度低、需水量低的優(yōu)質(zhì)粉煤灰。礦渣是高爐煉鐵排出的熔融礦渣在高溫狀態(tài)下迅速水淬冷卻而成的,用于高性能混凝土的磨細(xì)礦渣細(xì)度大于水泥,能提高混凝土的工作性和耐久性。硅粉是電爐法生產(chǎn)硅鐵合金所排放的煙道灰,SiO2含量大于90﹪,平均粒徑約011μm,比表面積20000㎡/kg,借助大劑量高效減水劑和強(qiáng)力攪拌作用,可以填充到水泥或其他摻合料的間隙中去,并且具有很高的活性,在各種摻合料中對(duì)混凝土的增強(qiáng)作用最為顯著,是國(guó)際上制備超高強(qiáng)混凝土最通用的超細(xì)活性摻合料。由于高性能混凝土具有較高的強(qiáng)度,且一般混凝土拌合物的坍落度較大(15～20㎝左右),在低水膠比(一般＜)一般的情況下,要使混凝土具有較大的坍落度,就必須使用高效減水劑,且其減水率宜在20﹪以上。有時(shí)為減少混凝土坍落度的損失,在減水劑內(nèi)還宜摻有緩凝的成份。此外,由于高性能混凝土水膠比低,水泥顆粒間距小,能進(jìn)人溶液的離子數(shù)量也少,因此減水劑對(duì)水泥的適應(yīng)性表現(xiàn)更為敏感。因大部分高性能混凝土施工時(shí)采用泵送,故摻減水劑后混凝土拌合物的坍落度損失不能太快太大,否則影響泵送。(1)粉煤灰,粉煤灰是燃燒煤粉的鍋爐煙氣中收集到的細(xì)微粉末,又稱“飛灰”(Fly Ash),其顆粒多呈球形,表面光滑。大量的實(shí)踐證明:摻用粉煤灰的混凝土,其長(zhǎng)期性能可得到大幅度的改善,對(duì)延長(zhǎng)構(gòu)筑物的使用壽命有重要意義。粉煤灰在混凝土中的主要作用包括以下幾個(gè)方面:①填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤(rùn)滑層,產(chǎn)生“滾珠潤(rùn)滑”效應(yīng)。②對(duì)水泥顆粒起物理分散作用,使其分布得更均勻。③粉煤灰和聚集在骨料顆粒周圍的氫氧化鈣結(jié)晶發(fā)生火山灰反應(yīng),生成具有膠凝性質(zhì)的產(chǎn)物,加強(qiáng)了薄弱的過(guò)渡區(qū),對(duì)改善混凝土的各項(xiàng)性能有顯著作用。④粉煤灰延緩了水化速度,減小混凝土因水化熱引起的溫升,對(duì)防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫十分有利。⑤可減小混凝土溫度開裂的危險(xiǎn),同時(shí)由于加快了火山灰反應(yīng),還可提高28d強(qiáng)度。值得注意的是,粉煤灰的水泥取代率對(duì)強(qiáng)度影響顯著,較好的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度的水泥取代率應(yīng)小于10%。當(dāng)粉煤灰摻量較低時(shí),只會(huì)對(duì)水泥早期水化熱有影響,但對(duì)7d齡期的水化熱幾乎沒(méi)有影響。(2)硅粉(Silica Fume,簡(jiǎn)寫SF)又稱硅灰,是從生產(chǎn)硅鐵或硅鋼等合金所排放的煙氣中收集到的顆粒極細(xì)的煙塵。硅粉主要由非常微小、表面光滑的玻璃態(tài)球形顆粒組成，～,是水泥粒徑的1/50～1/100,一般比表面積為18500㎡/kg～20000㎡/kg,主要化學(xué)成分為二氧化硅,其含量在90%以上。在混凝土中摻加少量硅粉或以硅粉取代部分水泥,結(jié)合應(yīng)用減水劑,可使混凝土各方面的物理力學(xué)性能都得到顯著提高,硅粉的適宜摻量為水泥用量的5﹪～10﹪。硅粉的加入,對(duì)混凝土的性能的影響主要有:①改善了新拌混凝土的粘聚性、保水性,提高了需水量。②提高了混凝土的強(qiáng)度,增大了彈性模量和混凝土的干縮。③提高了混凝土的耐久性。另外,在配制硅粉混凝土?xí)r必須注意:①由于硅粉的需水量比水泥大,在配制硅粉混凝土?xí)r,一般要摻加減水劑。在選擇減水劑時(shí),應(yīng)使之與所用的水泥具有相容性,否則,容易影響混凝土的工作性能。同時(shí),根據(jù)減水劑性能及需求的減水需求來(lái)選擇合適的摻量。②比表面積和活性SiO2含量是硅粉的重要指標(biāo),硅粉比表面積越大、活性SiO2含量越高,硅粉性能越好,配制硅粉混凝土需選擇具有良好性能的硅粉。③硅粉混凝土的干縮一般比普通混凝土大,配制高性能混凝土?xí)r應(yīng)采取補(bǔ)償收縮的措施,如摻加粉煤灰等。（二）配合比設(shè)計(jì)控制要點(diǎn)在以往的配合比設(shè)計(jì)方法中，是按混凝土的強(qiáng)度等級(jí)要求計(jì)算水灰比，而現(xiàn)在則是按耐久性的要求，首先根據(jù)環(huán)境作用等級(jí)確定電通量指標(biāo)，由此來(lái)選擇水膠比、控制膠凝材料最小用量以及摻和料的比例。由于客專隧道的襯砌和仰拱設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30或C35，一般來(lái)說(shuō)，為滿足電通量要求和水膠比限值要求，混凝土的強(qiáng)度一般都是超強(qiáng)的。在進(jìn)行配合比參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，為保證混凝土的耐久性，混凝土中膠凝材料總量應(yīng)處在一個(gè)適宜范圍內(nèi)，不僅有最低限要求，同時(shí)，對(duì)于C30及以下混凝土，膠凝材料總量不宜高于400kg/m3，C35～C40不宜高于450kg/m3。鐵路客運(yùn)專線大力提倡使用粉煤灰、礦渣粉等礦物摻和料，與普通硅酸鹽水泥一起作為膠凝材料。使用粉煤灰等礦物摻和料，并不是單純地考慮降低混凝土成本，首先是為了混凝土耐久性的需要，特別是可以有效改善混凝土抵抗化學(xué)侵蝕的能力（包括氯化物侵蝕、硫酸鹽侵蝕、堿骨料反應(yīng)等）。國(guó)內(nèi)外的大量研究表明，粉煤灰的摻量在20%以上時(shí)，改善混凝土耐久性的效果較佳，更有研究資料表明，粉煤灰的最大摻量可達(dá)到50%左右。在《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》中明確規(guī)定，一般情況下，礦物摻和料摻量不宜小于膠凝材料總量的20%，當(dāng)大于30%時(shí)。含氣量的要求也是客運(yùn)專線高性能混凝土與普通混凝土的重要區(qū)別之一。以往工程僅在有抗凍要求時(shí)才考慮適當(dāng)提高混凝土的含氣量，這是對(duì)混凝土耐久性的規(guī)律認(rèn)識(shí)不足的表現(xiàn)。實(shí)際上，混凝土中適量的引氣，不僅能改善抗凍性，同時(shí)可顯著減輕混凝土的泌水性，使水在拌合物中的懸浮狀態(tài)更加穩(wěn)定，從而提高混凝土材料的均勻性和穩(wěn)定性。因此，客運(yùn)專線規(guī)定，即使配制非抗凍混凝土?xí)r，含氣量也應(yīng)不小于2%，并且作為施工質(zhì)量控制的必檢項(xiàng)目之一。為適當(dāng)提高混凝土的含氣量，并獲得較佳的減水和保塑效果，可使用新型聚羧酸鹽減水劑。該指標(biāo)是客運(yùn)專線對(duì)混凝土耐久性最重要、最具體的指標(biāo)。目前我國(guó)尚無(wú)電通量試驗(yàn)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，鐵路行業(yè)電通量試驗(yàn)方法是以美國(guó)ASTMC1202 快速電量測(cè)定方法為基礎(chǔ)制定的，其所測(cè)指標(biāo)可以最大程度地區(qū)分和評(píng)價(jià)混凝土的密實(shí)度，而密實(shí)度正是影響混凝土耐久性最為關(guān)鍵的因素。以往多是以抗?jié)B性來(lái)評(píng)價(jià)混凝土的密實(shí)程度，但實(shí)踐證明，抗?jié)B試驗(yàn)只適合于判定較低強(qiáng)度等級(jí)混凝土的密實(shí)性，當(dāng)強(qiáng)度等級(jí)超過(guò)C30后，