混凝土技术新进展

　　摘要:混凝土技术发展最突出的表现就是添加高效减水剂制备的“超塑化拌合物”，即用水量较低，而流动性还非常好的拌合物，硬化后由于孔隙率小，因而强度高且耐久性优异。为使暴露于侵蚀环境的钢筋混凝土结构寿命长久的目的，运用阻锈剂、环氧涂层钢筋和阴极保护等，也是同期出现，并且已为众所周知的先进技术途径。
　　关键词:混凝土技术 新进展 超塑化拌合物
　　中图分类号:F062.4 文献标识码:A
　　文章编号:1004-4914（2012）10-292-02
　　混凝土，作为全世界各种工程建设首选的建筑材料，这主要是由它的经济性所决定：原材料来源广泛、便宜，施工与维修费用较低廉。在近几年来，混凝土技术发展最突出的表现就是添加高效减水剂制备的“超塑化拌合物”，即用水量较低，而流动性还非常好的拌合物，硬化后由于孔隙率小，因而强度高且耐久性优异。为使暴露于侵蚀环境的钢筋混凝土结构寿命长久的目的，运用阻锈剂、环氧涂层钢筋和阴极保护等，也是同期出现，并且已为众所周知的先进技术途径。
　　一、高效减水剂
　　高效减水剂是混凝土技术的一个重大突破，它在今后许多年里将对混凝土的生产与应用带来重大的影响。上世纪60年代萘磺酸盐与磺化蜜胺树脂，是高效减水剂代表性产品。目前，高效减水剂已在全世界范围内广泛应用于生产高强、高流动性和耐久性的混凝土。但萘磺酸盐与磺化蜜胺树脂通常存在坍落度损失快的问题，虽然可以通过在现场后添加的方式来解决，但这样既费钱又费事。1986年，日本开发了长效的高效减水剂，它是含羧酸盐、酰胺或羧酸酐的水溶性化合物。硅酸盐水泥水化形成的碱性溶液逐渐激活高效减水剂，生成水溶性分散剂，有助于坍落度长时间维持。含有环状聚合物的聚羧酸高效减水剂的开发，使拌合物能够同时具有高流动度、坍落度长时间保持且高抗离析。萘系与蜜胺系的长效减水剂商品现在也已问世。
　　二、高强混凝土
　　CBC（化学粘结陶瓷）、MDF（无宏观缺陷）水泥制品和DSP（微粒压实产品）是新的一族高强水泥基材料，它们具有很高的抗压强度和弹性模量，但限于非结构应用。为达到高强结构应用的高韧性要求，法国Richard等人开发出掺有钢纤维的活性粉末混凝土，实际是超塑化的活性粉末砂浆。其水泥用量为1000Kg/m3；细砂与煅烧石英230Kg/m3；水150～180Kg/m3；和微纤维630Kg/m3。用机械压实的试件经400℃热处理后，抗压强度可达680MPa、抗折强度100MPa、弹性模量75GPa。现在预测活性粉末混凝土未来的发展还为时过早，因为尽管它的初始费用高昂、加工技术复杂，但在建筑业还是有适当的用途，特别是在高侵蚀环境中，大掺量的微纤维使其抗裂性能提高，保证了它的水密性。
　　三、高性能混凝土
　　所谓高性能混凝土，开始是用于表征具有高工作度、高强度和高耐久性的混凝土。因此高强混凝土和高性能混凝土的首要区别是后者强调高耐久性。Aitcin曾预言：掺矿渣、粉煤灰、硅粉、亚粘土、稻壳灰和石灰石粉的三元混合水泥除了可以使高性能混凝土的制备更经济外，还能发挥它们的超叠作用，改善其新拌与硬化时的性质。高性能混凝土发展的另一领域是高性能轻混凝土，由于骨料的质量不同，密度为2000Kg/m3、抗压强度在70～80MPa的高性能轻混凝土在一些国家已经商品化并用于构件生产。在澳大利亚、加拿大、日本、挪威和美国，高性能轻混凝土已用于固定式和漂浮式钻井平台；因为水泥浆和骨料之间的界面粘结强度高，它可以不透水，所以在侵蚀环境中能够很耐久。
　　采用掺10%～15%硅粉甚至更高的混合水泥配制的超塑化混凝土，具有优良的粘附力，因此适用于湿喷的喷射混凝土进行结构修补，这也是高性能混凝土的应用领域之一。
　　四、自密实混凝土
　　技术工人短缺和节省施工时间，是日本开发和应用自密实混凝土的主要原因。由于这种混凝土要有足够的粘聚性，以保证其浇注过程不致离析，粉体需用量较大，如果全用水泥，容易导致开裂，因此粉煤灰、矿渣或石灰石粉的掺量通常较高。如日本明石大桥的锚固墩290000方混凝土里均掺有150Kg/m3石灰石粉。在法国，预拌混凝土厂生产供应自密实混凝土，作为无噪音产品，可用于城市街区一带的混凝土浇注。由于减小噪音、节约劳力并延长钢模板使用寿命，预制混凝土业也对其感到兴趣。
　　五、延长使用寿命的另一些技术
　　钢筋锈蚀已使得大量混凝土结构出现劣化。除了上述高性能混凝土以外，还有一些技术，包括阻锈剂、环氧涂层钢筋、阴极保护和混凝土表面的保护性涂层，分别叙述如下：
　　1.阻锈剂：目前，常用的阻锈剂主要是以亚硝酸根离子为主体，如：硝酸钙。最新研究表明：以胺基脂为阻锈剂，不仅有降低氯离子穿透混凝土保护层能力的作用，还能在钢材表面形成一保护膜，其阻锈作用要优于以亚硝酸钙为阻锈剂，用量为20L/ m3的效果。
　　2.环氧涂层钢筋(ECR)：美国在20世纪70年代就将其用于桥面板；80年代用于停车场坡道。最新研究表明：采用ECR，只能延长10～15年钢筋不生锈。对于ECR在价格性能比方面，是否适宜作为长期阻锈的措施下定论还为时尚早。
　　3.钢筋混凝土的阴极保护：阴极保护技术包括在相反方向外加电流和牺牲阳极来抑制电池电流。外加电流法通常用于受氯盐污染的钢筋混凝土结构的防锈；一些研究者报道：钢材与混凝土间粘结力的劣化，很可能是由于钠钾离子的积聚，它造成钢—混凝土界面的软化；劣化程度随外加电流的密度和混凝土中含氯量的增大而加剧。
　　4.表面涂层：运用表面涂层保护钢筋免于锈蚀的做法，其有效性长期以来受到疑义，这是由于涂层材料的来源很广，而类似的涂层的扩散特性差异显著。但高弹性的丙烯酸橡胶涂层，具有优异的工程性质与非常小的扩散系数，这种涂层改善混凝土耐久性的效果，包括控制有害的碱-硅膨胀的效果已经证实。
　　六、高掺量粉煤灰和矿渣混凝土
　　当今全世界粉煤灰的年排量约为4.5亿吨，只有0.25亿吨，或6%作为混合材用于水泥或矿物掺合料用于混凝土。如果产灰国将粉煤灰在混凝土里的应用加速，那么混凝土对环境友好的作用就能大大增强。
　　1.结构混凝土：掺有高效减水剂的混凝土，当拌合物的水胶比为0.3或者更低时，最多可达60%的水泥用粉煤灰代替，并具备强度与耐久性优异的特性。
　　2.碾压混凝土大坝（RCCD）：自80年代以来，碾压混凝土筑坝技术在全世界被广泛接受，作为建设中等高度大坝最快也最经济的施工方法。在碾压混凝土中通常掺有大量火山灰质材料，主要是粉煤灰。
　　3.高掺量矿渣水泥：每年全世界高炉矿渣的产量大约为1亿吨，作为胶凝材料的比率很低。根据Lang等人最近的研究，用一种德国产含矿渣77.8%的水泥（比表面积为405m2/Kg）制备超塑化混凝土，水泥用量455Kg/m3；水胶比0.28；其1d、3d、7d、28d抗压强度分别为13、37、58和91MPa。该混凝土具有良好的抵抗碳化、有机溶液渗透和冻融循环能力（不掺引气剂）和盐剥蚀。
　　七、混凝土再生骨料
　　由于各种不同的原因，建筑业将混凝土废料再利用的重要性在增长，在许多国家的研究文献和近来一些国际会议中得到反映。除了环境保护以外，天然骨料资源的保护、废料堆积场所短缺和废料堆积费用的上升，都是将废弃混凝土作为再生骨料的原因。
　　废弃混凝土加工的骨料取决其洁净度和坚实度，这与其来源和加工技术有关。利用预制场和预拌混凝土厂剩余混凝土加工的骨料通常比较干净，性质与刚加工的骨料接近；来源于拆除的路面或水工结构的废弃混凝土，需要筛分去除粉粒。许多实验室和现场研究表明：废弃混凝土相当于粗骨料的颗粒可以用来代替天然骨料，进行比较试验的结果是前者作为骨料配制的混凝土抗压强度和弹性模量至少是后者的2/3。
　　八、对混凝土技术进展的评价
　　1.由于复杂的加工技术、高昂费用和产品对环境的不利影响，看来无宏观缺陷水泥与砂浆、化学粘结陶瓷和活性粉末砂浆总的来说今后只会对混凝土业产生不大的影响。
　　2.超塑化混凝土拌合物（掺或不掺硅粉）、自密实混凝土将继续在混凝土业应用，由于其粘稠和自身收缩大的特性，需要特别注意抹面和养护，因此对混凝土业的影响为中等。
　　3.由于技术简单、初始费用低、高耐久性和有益于环境等原因，超塑化大掺量粉煤灰混凝土未来可望对混凝土业产生重大影响。在三元复合方面，即水泥、硅粉或稻壳灰、大掺量粉煤灰或矿渣，还有大量研究与开发工作要做。
　　4.对阻锈剂、环氧涂层钢筋、外表面涂层和阴极保护等技术下定论为时尚早，与大掺量粉煤灰或矿渣混凝土相比，它们高昂的费用和对环境的影响是主要缺点。
　　参考文献:
　　1.李钟华.150MPa超高强水泥基复合材料的试验研究.西北工业大学硕