新型混凝土现状及发展趋势研究综述

姜秋来，李雄，申龙章 （南华大学机械工程学院，湖南 衡阳 421001）

1 引言

混凝土材料发展至今已有百余年之久，并且现在已经成为生活、生产、建筑、道路桥梁等各个领域的必要材料之一。随着我国近年来的快速发展，工业化和城市化的不断进行，混凝土的用量也呈现出逐年上升的趋势。但普通混凝土已不能完全满足现今的工程要求。为了满足当代发展的需求，解决普通混凝土自身重、易产生裂缝等缺点，新型混凝土的研制已经成为了一个重要的发展方向。新型混凝土已不再是简单的水泥和骨料等成分的混合物，而是添加越来越多种具备特定品质的成分从而使混凝土具有某种特殊性能。

2 新型混凝土现状

新型混凝土是在建筑技术的持续进步下对混凝土的各项性能不断提出新的指标，具有一系列优良性能的新型材料。在这里要指出的是新型混凝土研制所带来的惊人发展，往往是通过外加剂的添加而实现的。现今，国内外常见的新型混凝土主要有自密实混凝土、活性微粉混凝土、泡沫混凝土、纤维混凝土、再生混凝土等几大类[1]。

2.1 自密实混凝土

自密实混凝土能够在自身重力作用下实现流动、密实等特点，具有良好的均质性，且不需要附加振动。自密实混凝土最初是由日本学者在1986年提出，当时的日本部分学者倾向于将免振自密实混凝土作为新型混凝土的研制方向。

自密实混凝土主要减小粗骨料的体积和最大粒径并严格控制细骨料的最大粒径，与普通混凝土相比较来说，自密实混凝土无需附加振动，具有良好的流动性和抗离析能力[2]。崔溦的模拟建模中证实了减少粗骨料的占比，增加细骨料的配合比相对比较稳定，离析现象也得到了良好的改善[3]。张军分别对四种混凝土进行基本力学性能研究中也同样证实，轻骨料的自密实混凝土具有高于普通混凝土的强度[4]。在环保层面上来说，自密实混凝土在现场操作时，其无需振捣的特性可以极大程度上减少工地现场所产生的噪声污染。

自密实混凝土为保证足够的粘聚性和流动性，其胶凝材料用量比例的提升，会在早期出现一系列开裂等问题。宣卫红在自密实混凝土中掺入再生塑料并利用改进的SHPB系统评价塑料颗粒自密实混凝土的动态力学性能证实在一定程度上可以减少混凝土的弹性模量并提升了冲击韧性[5]，海然在自密实混凝土中参入钢纤维增强粉煤灰[6]，可以减少早期混凝土开裂等现象，具有一定的研究意义。

2.2 泡沫混凝土

泡沫混凝土又称气泡混凝土，于19世纪80年代在欧洲首次研制成功。泡沫混凝土通常是采用机械方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，然后再将已制得的泡沫和硅钙质材料、菱镁材料或石膏材料所制成的料浆均匀搅拌，经浇注成型、养护而成的。

泡沫混凝土发泡机理有两种，分别为物理发泡和化学发泡。物理发泡是将预先生产的泡沫添加到混凝土浆体中，搅拌均匀，由于泡沫混凝土薄层存在某些活性物，能够将发泡剂产生的气体包裹住，混凝土硬化成形后从而形成气泡。化学发泡是在浆料中加入发泡剂并催化其发生化学反应产生气体，待混凝土硬化后气泡被固定在混凝土内部[7]。

泡沫混凝土因为其特殊的发泡机理而具有轻质多孔的特性，相比于普通混凝土，其体积密度大约是普通混凝土的20%甚至更低，具有轻质性的特点。泡沫混凝土内部的多孔特性，有利于形成良好的热工性能，隔热效果更好并具有一定的抗冻性，在部分北部地区房屋外墙采用泡沫混凝土，可以有效形成保温层。同时还有着防水防火、抗压的特点。

泡沫混凝土由于主要由发泡原理养护而成，其性能取决于泡沫含量的多少，在生产时缺少一定的骨料成分，在某些程度上限制了泡沫混凝土的强度、稳定性和耐久性[8]。泡沫混凝土中气孔的形成到固定是一个由气体到液体再到固体的相系变化，其成型后的气孔间隙率和密度，以及变化过程中的温度、压力、等其他因素，对于最后的泡沫混凝土的自身特性和强度、耐久性具体的影响还有待进一步研究。

2.3 纤维混凝土

纤维混凝土是纤维和水泥基料组成的复合材料的统称。在普通水泥中加入抗拉强度高、极限延伸率大、抗碱性好的纤维后，可以使混凝土具有高强度、高耐久的特性。纤维的添加使混凝土具有一定的抗裂性能，可控制基体混凝土裂纹的进一步发展。纤维混凝土的主要品种有石棉水泥、钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土及碳纤维混凝土、植物纤维混凝土和高弹模合成纤维混凝土等。

纤维混凝土是在普通混凝土的组成上添加了纤维成分，是一种复合材料，可以以添加材料的自身特性来赋予整体具有其添加成分的优良特性。纤维混凝土的优良特性取决于添加纤维与混凝土的相互作用以及添加纤维的类型、尺寸、密度等因素[9]。同时，纤维材料也需要良好的热稳性，才能保持纤维混凝土自身的性质和结构。传统纤维混凝土往往添加的是钢纤维和玻璃纤维等，玻璃纤维由于材料自身具有脆性与混凝土结合较困难，且在空气中暴露一段时间后，其强度和韧度会逐渐下降。丁点点制备的耐碱性玻璃纤维含量为2%的纤维混凝土具有良好的抗压性和收缩性[10]。钢纤维混凝土的耐久性较差。周强采用玄武岩纤维作为添加成分添加到混凝土中，具有较好的相容性，能够起到防止混凝土开裂等现象。现阶段，纤维混凝土多采用混杂纤维，及将不同类型和尺寸的纤维与混凝土混杂，来改善单一纤维混凝土的欠缺之处[11]。纤维混杂不仅可以起到自身单一的特性同时也可以相互作用、相互提升[12]。曹瑞东和惠存的分别对PVA混凝土和玄武岩-PVA纤维混凝土的实验对比，复合型纤维混凝土的强度和韧度得到明显的增强[13-14]。

2.4 再生混凝土

再生混凝土是指将废弃的混凝土块经过处理后，按一定比例与级配混合，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组合形式可以有以下几种情况：集料全部为再生集料；粗集料为再生集料、细集料为天然砂；粗集料为天然碎石或卵石、细集料为再生集料；再生集料替代部分粗集料或细集料。

再生混凝土的应用可以将一些废弃材料得到二次利用，且减少砂砾等一些不可再生资源的消耗，符合环境保护与可持续发展战略目标[15]。再生混凝土的抗压强度、抗拉强度、抗折强度等性能取决于再生集料的类型和处理方法。再生混凝土中添加的再生集料由于其自身材料的缺点会使再生混凝土产生一定的缺陷，往往需要对再生集料进行强化处理来提高再生集料的特性，强化处理可分别从机械活化、酸液活化、化学浆液处理和水玻璃溶液处理4方面来进行。机械活化是去除附着于再生集料颗粒表面的多余水泥。酸液活化是将再生集料放置于酸料中，利用其中发生的化学反应而改善再生集料自身的性能。化学浆液处理是利用浆液对再生集料进行浸泡再干燥处理来提升再生集料的质量。水玻璃溶液处理是把水玻璃填充到再生集料制造中产生的孔隙来提高再生集料的密度，进而改善再生混凝土整体的性能。

通过将国内现有的研究成果总结，再生混凝土的力学性能在经过上述强化处理后可以满足当今工程建设的实际要求。将粉煤灰、纤维和高炉渣等成分掺入再生混凝土中也可起到提升再生混凝土性能的作用[16]。

再生集料的自身性质使再生混凝土内部反应不均匀、结构疏松及新旧界面粘结强度较低等缺陷。秦善勇的实验得出再生集料的掺入量对再生混凝土的强度等性能有显著提升[17]。后期研究可通过对再生集料改性或再生混凝土配合比改良来改善一系列缺陷，这是一个可以重点研究的方向[18]。

3 发展趋势

随着新型混凝土的研制热度持续增长，各种新型混凝土不断出现。部分混凝土在兼具普通混凝土的高强度、高耐久的特点之上还具有因外加剂所拥有的特性。由于新型混凝土的优良特性，发展前景十分开阔，必然是未来混凝土领域发展的方向和必然趋势。但是随着社会的发展进程，环保、节能等关系人类生存问题的方面铸件被大家所重视起来，因此，新型混凝土向着绿色混凝土也是行业所需。绿色混凝土要能够做到以工业、生产废料作为掺料，减少污染。更大的发挥新型混凝土所具有的特性，进一步提高技术含量，特高混凝土的强度和耐久性。同时也要提升相关从业人员的绿色意识，现今新型混凝土现处于起步阶段，对于绿色环保型混凝土的研制与生产仍任重而道远。

4 结论

新型混凝土在工程实际应用率不断得到提高，有关其性能的研究成了一个热点课题。通过上文列举的新型混凝土可知：新型混凝土的外加剂和配合比的设计对于新型混凝土的性能具体研究还较少，新型混凝土在实际应用中的受力情况还不具有普遍性，需要更多实际调研和实验数据来证实。新型混凝土成为未来发展趋势是必然的，但在研制其高性能的同时，减少混凝土在生产、运输和应用中造成的污染也是需要考虑的。