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　　特種混凝土

　　1.高性能混凝土

　　高性能混凝土(High Performance Concrete，簡稱HPC)是一種新型高技術(shù)混凝土。《高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(CECS207-2006)對高性能混凝土的定義為：采用常規(guī)材料和工藝生產(chǎn)，具有混凝土結(jié)構(gòu)所要求的各項力學(xué)性能，具有高耐久性、高工作性和高體積穩(wěn)定性的混凝土。這種混凝土特別適用于高層建筑，橋梁以及暴露在嚴酷環(huán)境中的建筑物。

　　(1)特性

　　1)自密實性好。高性能混凝土的用水量較低，流動性好，抗離析性高，具有較優(yōu)異的填充性。因此，配合比恰當?shù)拇罅鲃有愿咝阅芑炷劣休^好的自密實性。

　　2)體積穩(wěn)定性。高性能混凝土的體積穩(wěn)定性較高，具有高彈性模量、低收縮與徐變、低溫度變形。普通混凝土的彈性模量為20～25GPa，采用適宜的材料與配合比的高性能混凝土彈性模可達40～50GPa.采用高彈性模量、高強度的粗集料并降低混凝土中水泥漿體的含量，選用合理的配合比配制的高性能混凝土90天齡期的干縮值低于0.04%。

　　3)強度高。高性能混凝土的抗壓強度已超過200MPa。28d平均強度介于100～120MPa的高性能混凝土已在工程中應(yīng)用。高性能混凝土抗拉強度與抗壓強度值比較高強混凝土有明顯增加，高性能混凝土的早期強度發(fā)展較快，而后期強度的增長率卻低于普通強度混凝土。

　　4)水化熱低。由于高性能混凝土的水灰比較低，會較早的終止水化反應(yīng)，因此，水化熱相應(yīng)的降低。

　　5)收縮量小。高性能混凝土的總收縮量與其強度成反比，強度越高總收縮量越小。但高性能混凝土的早期收縮率，隨著早期強度的提高而增大。相對濕度和環(huán)境溫度仍然是影響高性能混凝土收縮性能的兩個主要因素。

　　6)徐變少。高性能混凝土的徐變變形顯著低于普通混凝土，高性能混凝土與普通強度混凝土相比較，高性能混凝土的徐變總量(基本徐變與干燥徐變之和)有顯著減少。

　　7)耐久性好。高性能混凝土除通常的抗凍性、抗?jié)B性明顯高于普通混凝土之外，高性能混凝土的Cl—滲透率明顯低于普通混凝土。高性能混凝土具有較高的密實性和抗?jié)B性，其抗化學(xué)腐蝕性能顯著優(yōu)于普通強度混凝土。

　　8)耐高溫(火)差。高性能混凝土在高溫作用下會產(chǎn)生爆裂、剝落。為克服這一性能缺陷，可在高性能混凝土中摻入有機纖維，在高溫下混凝土中的纖維能熔解、揮發(fā)，形成許多連通的孔隙，使高溫作用產(chǎn)生的蒸汽壓力得以釋放，從而改善高性能混凝土的耐高溫性能。

　　高性能混凝土是能更好地滿足結(jié)構(gòu)功能要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限，降低工程造價。

　　(2)制備高性能混凝土的技術(shù)途徑

　　單方高性能混凝土用水量不宜大于175kg/m3。膠凝材料總量宜為450～600kg/m3，其中礦物微細粉用量不宜超過膠凝材料總量的30%。水膠比不宜大于0.38.砂率宜為37～44%。高效減水劑摻量根據(jù)坍落度要求而定。

　　1)選用優(yōu)質(zhì)的、符合要求的水泥和粗細集料。水泥應(yīng)選用不低于42.5MPa的硅酸鹽水泥或普硅酸鹽水泥。水泥中C3A含量應(yīng)不大于8%，細度控制在10%以內(nèi)，堿含量小于0.8%，氯離子含量小于0.1%。

　　高性能混凝土應(yīng)選擇級配良好的石灰?guī)r、花崗巖、輝綠巖等碎石，巖石的抗壓強度與混凝土的抗壓強度等級之比不低于1.5，其壓碎值應(yīng)小于10%，粗骨料中針片狀顆粒含量應(yīng)小于5%，最大粒徑宜小于或等于25mm，宜采用10～25mm及5～10mm兩級粗骨料配合。細骨料應(yīng)選用處于級配區(qū)的中粗河砂，砂的細度模數(shù)要求為2.6～3.7。

　　2)選用高效減水劑。高性能混凝土中使用的外加劑必須符合GB8076《混凝土外加劑》和GB50119《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，并對混凝土及鋼筋無害。所使用的減水劑必須是高效減水劑，其減水率應(yīng)不低于20%.

　　3)選用微細粉。選用具有一定潛在活性或者火山灰活性的礦物摻合料，如硅粉、粉煤灰、磨細礦渣粉、天然沸石粉、偏高嶺土粉及復(fù)合微細粉等。所選用礦物微細粉必須對混凝土及鋼筋無害并滿足相關(guān)質(zhì)量標準與技術(shù)規(guī)程的要求。

　　4)改善混凝土的施工工藝。目前效果比較顯著的有以下幾種：

　�、偎喙盎炷翑嚢韫に嚒９盎炷翑嚢韫に嚺c普通攪拌工藝的主要區(qū)別是攪拌原料的投料順序不同。普通攪拌工藝是水泥、砂、石一次配好加入攪拌機后，加上應(yīng)配的水量拌和，而水泥裹砂攪拌工藝的投料方法如下：細骨材、水泥、微細粉投入加少量水(攪拌約0.5分鐘)→粗骨料投入(攪拌約0.5分鐘)→加入拌合水(攪拌約1分鐘)→加入減水劑(攪拌約0.5分鐘)→出料。

　�、诓捎贸暡ㄕ駝踊蚋哳l振動密實，采用振動頻率≥2萬次/min的高頻振動器，也可以取得一定的改善效果。

　　③對澆筑成型的新拌混凝土進行真空吸水。

　�、茉谡婵瘴耐瑫r，最好采用適當?shù)臋C械振動從而促使新拌混凝土的“液化”而降低脫水阻力，有利于同相顆粒位置的調(diào)整，有利于氣泡的排出。

　　2.高強混凝土

　　高強度混凝土是用普通水泥、砂石作為原料，采用常規(guī)制作工藝，主要依靠高效減水劑，或同時外加一定數(shù)量的活性礦物摻和料，使硬化后強度等級不低于C60的混凝土。

　　1)高強混凝土的優(yōu)點

　�、俑邚娀炷量蓽p少結(jié)構(gòu)斷面，降低鋼筋用量，增加房屋使用面積和有效空間，減輕地基負荷。

　�、诟邚娀炷林旅軋杂�，其抗?jié)B性、抗凍性、耐蝕性、抗沖擊性等諸方面性能均優(yōu)于普通混凝土。

　�、蹖︻A(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件，高強混凝土由于剛度大、變形小，故可以施加更大的預(yù)應(yīng)力和更早地施加預(yù)應(yīng)力，以及減少因徐變而導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力損失。

　　2)高強混凝土的不利條件

　�、俑邚娀炷寥菀资艿绞┕じ鳝h(huán)節(jié)中環(huán)境條件的影響，所以對其施工過程的質(zhì)量管理水平要求高。

　　②高強混凝土的延性比普通混凝土差。

　　(2)高強混凝土的物理力學(xué)性能

　　1)抗壓性能。與中、低強度混凝土相比密實的多，高強混凝土的抗壓性能與普通混凝土相比有相當大的差別。

　　2)早期與后期強度。高強混凝土的水泥用量大，早期強度發(fā)展較快，特別是加入高效減水劑促進水化，早期強度更高，早期強度高的后期增長較小，摻高效減水劑的混凝土后期強度增長幅度要低于沒有摻減水劑的混凝土。

　　3)抗拉強度�；炷恋目估瓘姸入m然隨著抗壓強度的提高而提高，但它們之間的比值卻隨著強度的增加而降低。劈拉強度為立方體的抗壓強度fcu的1/15～1/18，抗折強度約為fcu的1/8～1/12，而軸拉強度約為fcu的1/20～1/24。在低強混凝土中，這些比值均要大得多。

　　4)收縮。高強混凝土的初期收縮大，但最終收縮量與普通混凝土大體相同，用活性礦物拌和料代替部分水泥還可進一步減小混凝土的收縮。

　　5)耐久性�；炷恋哪途眯园ǹ�?jié)B性、抗凍性、耐磨性及抗侵蝕性等。高強混凝土在這些方面的性能均明顯優(yōu)于普通混凝土，尤其是外加礦物摻和料的高強度混凝土，其耐久性進一步提高。

　　(3)對高強混凝土組成材料的要求

　�、賾�(yīng)選用質(zhì)量穩(wěn)定的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥;

　�、诖止橇蠎�(yīng)采用連續(xù)級配，其最大公稱粒徑不應(yīng)大于25.0mm;

　�、奂毠橇系募毝饶�(shù)2.6～3.0，含泥量不大于2.0%;

　　④髙強度混凝土的水泥用量不應(yīng)大于550kg/m3。

　　3.輕骨料混凝土

　　輕骨料混凝土是用輕粗骨料、輕細骨料(或普通砂)和水泥配制而成的干表觀密度小于1950kg/m3的混凝土。節(jié)約能源。

　　(1)輕骨料混凝土的分類

　　1)按干表觀密度及用途分為：保溫輕骨料混凝土，干表觀密度等級≤0.8t/m3;結(jié)構(gòu)保溫輕骨料混凝土，干表觀密度等級為0.8～1.4t/m3;結(jié)構(gòu)輕骨料混凝土，干表觀密度等級為1.4～2.0t/m3。

　　(2)輕骨料混凝土的物理力學(xué)性質(zhì)。不同的輕骨料，其堆積密度相差懸殊，常按其堆積密度分為8個等級(0.3～1.2t/m3)。輕骨料本身強度較低，結(jié)構(gòu)多孔，表面粗糙，具有較高吸水率，故輕骨料混凝土的性質(zhì)在很大程度上受輕骨料性能的制約。

　�、購姸鹊燃墶姸鹊燃墑澐值姆椒ㄍ胀ɑ炷粒戳⒎襟w抗壓標準強度分為13個強度等級：CL5、CL7.5、CL10、CL15、CL20、CL25、CL30、CL35、CL40、CL45、CL50、CL55和CL60。

　�、诒碛^密度。按干表觀密度分為12個密度等級(0.8～2.0t/m3)。在抗壓強度相同條件下，其于表觀密度比普通混凝土低25%～50%。

　　③耐久性。因輕骨料混凝土中的水泥水化充分，毛細孔少，與同強度等級的普通混凝土相比，耐久性明顯改善，如抗?jié)B等級可達SD25、抗凍等級可達Dl50。

　�、茌p骨料混凝土的彈性模量比普通混凝土低20%～50%，保溫隔熱性能較好，導(dǎo)熱系數(shù)相當于燒結(jié)普通磚的導(dǎo)熱系數(shù)，約0.28～0.87W/(m·K)。

　　4.多孔混凝土

　　(1)加氣混凝土

　　加氣混凝土是以硅質(zhì)材料(砂、粉煤灰及含硅尾礦等)和鈣質(zhì)材料(石灰、水泥)為主要原料，摻加發(fā)氣劑(鋁粉)，通過配料、攪拌、澆注、預(yù)養(yǎng)、切割、蒸壓、養(yǎng)護等工藝過程制成的輕質(zhì)多孔硅酸鹽制品。因其經(jīng)發(fā)氣后含有大量均勻而細小的氣孔，故名加氣混凝土。

　　加氣混凝土按用途可分為非承重砌塊、承重砌塊、保溫塊、墻板與屋面板五種。

　　加氣混凝土具有如下優(yōu)點：

　　1)質(zhì)輕：孔隙達70%～85%，體積密度一般為500～900kg/m3，為普通混凝土的1/5，黏土磚的1/4，空心磚的1/3，與木質(zhì)差不多，能浮于水�？蓽p輕建筑物自重，大幅度降低建筑物的綜合造價。

　　2)保溫、隔音：由于材料內(nèi)部具有大量的氣孔和微孔，因而有良好的保溫隔熱性能。導(dǎo)熱系數(shù)為0.11～0.16W/MK，是粘土磚的1/4～1/5.通常200mm厚的加氣混凝土墻的保溫隔熱效果，相當于490mm厚的普通實心粘土磚墻。加氣混凝土的多孔結(jié)構(gòu)，具有一定的吸聲能力。

　　3)抗震、耐久：加氣混凝土耐久性和抗震性能優(yōu)于普通混凝土。

　　由于加氣混凝土具有容重輕、保溫性能高、吸音效果好，具有一定的強度和可加工性等優(yōu)點，是我國推廣應(yīng)用最早，使用最廣泛的輕質(zhì)墻體材料之一。

　　(2)泡沫混凝土

　　凡在配制好的含有膠凝物質(zhì)的料漿中加入泡沫而形成多孔的坯體，并經(jīng)養(yǎng)護形成的多孔混凝土，稱為泡沫混凝土。泡沫的形成可以通過化學(xué)發(fā)泡劑發(fā)泡，壓縮空氣彌散及天然沸石粉吸附空氣(載氣)等方法來完成。其中壓縮空氣彌散形成氣泡制得的泡沫混凝土可稱為充氣型泡沫混凝土，天然沸石吸附空氣形成氣泡制得的混凝土可稱為載氣型泡沫混凝土。松香皂發(fā)泡劑是目前最常用的發(fā)泡劑。

　　目前，我國泡沫混凝土生產(chǎn)采用平�；蛄⒛仓�、帶模進行蒸壓養(yǎng)護的生產(chǎn)方式。這種生產(chǎn)工藝，澆筑高度較低，生產(chǎn)效率不高，工藝比較落后，一直制約泡沫混凝土的推廣應(yīng)用。泡沫混凝土的生產(chǎn)工藝，除了發(fā)泡和攪拌與加氣混凝土不同外，其他工序和加氣混凝土大體相同。泡沫混凝土的應(yīng)用范圍及有關(guān)注意事項與加氣混凝土基本相同，但由于其強度低，所以只能作為圍護材料和隔熱保溫材料。

　　(3)大孔混凝土

　　大孔混凝土指無細骨料的混凝土，按其粗骨料的種類，可分為普通無砂大孔混凝土和輕骨料大孔混凝土兩類。普通大孔混凝土是用碎石、卵石、重礦渣等配制而成。輕骨料大孔混凝土則是用陶粒、浮石、碎磚、煤渣等配制而成。有時為了提高大孔混凝土的強度，也可摻入少量細骨料，這種混凝土稱為少砂混凝土。大孔混凝土中大孔的形成是因為配制混凝土時不加細集料(或細集料)，如果對水泥漿體量加以控制，水泥漿體只作為粗集料之間的膠結(jié)料而沒有多余的料漿對粗集料之間的孔隙進行填充，粗集料之間的孔隙就成為混凝土的大孔。大孔混凝土的孔隙率和孔尺寸與粗集料的粒徑與級配有關(guān)。級配越均勻，即級配越少，孔越多，孔隙率也就越高�？讖匠叽鐝睦碚撋险f應(yīng)接近粗集料的粒徑。

　　大孔混凝土的表觀密度取決于所選用的集料表觀密度、粒徑和級配。一般情況下普通大孔混凝土的表觀密度在1500～1900kg/m3之間，輕骨料大孔混凝土的表現(xiàn)密度在500～1500kg/m3之間。大孔混凝土的抗壓強度一般可達3.5～5.0MPa，適當增加水泥用量，可以達到7.5～10MPa。大孔混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)小，熱導(dǎo)率一般在0.2～1.0W/(m.K)之間。大孔混凝土的收縮較小，一般為0.2～0.3mm/m，在某些情況下僅為普通混凝土的一半，抗凍性優(yōu)良。

　　大孔混凝土適用于制做墻體小型空心砌塊、磚和各種板材，也可用于現(xiàn)澆墻體。普通大孔混凝土還可制成濾水管、濾水板等，廣泛用于市政工程。

　　5.防水混凝土

　　實現(xiàn)混凝土自防水的技術(shù)途徑有以下幾個方面：

　　(1)提高混凝土的密實度

　�、僬{(diào)整混凝土的配合比提高密實度。減少水灰比;提高水泥用量、砂率、灰砂比。

　�、趽饺牖瘜W(xué)外加劑提高密實度，在混凝土中摻入適量減水劑、三乙醇胺早強劑或氯化鐵防水劑均可提高密實度，增加抗?jié)B性。

　�、凼褂门蛎浰�(或摻用膨脹劑)提高混凝土密實度，提高抗?jié)B性。

　　(2)改善混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)。在混凝土中摻入適量引氣劑或引氣減水劑，可以形成大量封閉微小氣泡，這些氣泡相互獨立，既不滲水，又使水路變得曲折、細小、分散，可顯著提高混凝土的抗?jié)B性。

　　防水混凝土施工技術(shù)要求較高，施工中應(yīng)盡量少留或不留施工縫，必須留施工縫時需設(shè)止水帶;模板不得漏漿;原材料質(zhì)量應(yīng)嚴加控制;加強攪拌、振搗和養(yǎng)護工序等。

　　6.碾壓混凝土

　　碾壓混凝土是由級配良好的骨料、較低的水泥用量和用水量、較多的混合材料制成的超干硬性混凝土拌和物，經(jīng)振動碾壓等工藝達到高密度、高強度的混凝土，是道路工程、機場工程和水利工程中性能好、成本低的新型混凝土材料。

　　(1)對碾壓混凝土組成材料的要求

　　①骨料。最大粒徑以20mm為宜，當碾壓混凝土分兩層攤鋪時，其下層集料最大粒徑采用40mm。

　�、诨旌喜牧稀Ｄ雺夯炷潦┕げ僮鲿r間長，碾壓成形后還可能承受上層或附近振動的擾動，為此常加入緩凝劑。為使混凝土在水泥漿用量較少的情況下取得較好的和易性，可加入適量的減水劑;為改善混凝土的抗?jié)B性和抗凍性可加入適量的引氣劑。

　�、鬯唷．敾旌喜牧蠐搅枯^高時宜選用普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，以便混凝土盡早獲得強度;當不用混合材料或用量很少時，宜選用礦渣水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥，使混凝土取得良好的耐久性。

　　(2)碾壓混凝土的特點

　　①內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實、強度高。

　　②干縮性小、耐久性好。

　�、酃�(jié)約水泥、水化熱低。特別適用于大體積混凝土工程。

　　7.纖維混凝土

　　纖維混凝土是以混凝土為基體，外摻各種纖維材料而成，摻入纖維的目的是提高混凝土的抗拉強度與降低其脆性。纖維的品種有高彈性模量纖維(如鋼纖維、碳纖維、玻璃纖維等)和低彈性模量纖維(如尼龍纖維、聚丙烯纖維)兩類。纖維混凝土目前已逐漸地應(yīng)用在高層建筑樓面，高速公路路面，荷載較大的倉庫地面、停車場、貯水池等處。

　　大量材料性能和工程結(jié)構(gòu)試驗證明，纖維混凝土對增強混凝土早期抗拉強度，防止早期由沉陷、水化熱、干縮而產(chǎn)生的內(nèi)蘊微裂紋，減少表現(xiàn)裂縫和開裂寬度，增強混凝土的防滲性能、抗磨損抗沖擊性能及增強結(jié)構(gòu)整體性有顯著作用。纖維混凝土的作用如下：

　　(1)很好地控制混凝土的非結(jié)構(gòu)性裂縫。

　　(2)對混凝土具有微觀補強的作用。

　　(3)利用纖維束減少塑性裂縫和混凝土的滲透性。

　　(4)增強混凝土的抗磨損能力。

　　(5)靜載試驗表明纖維混凝土可替代焊接鋼絲網(wǎng)。

　　(6)增加混凝土的抗破損能力。

　　(7)增加混凝土的抗沖擊能力。

　　8.聚合物混凝土

　　聚合物混凝土是由有機聚合物、無機膠凝材料、集料有效結(jié)合而形成的一種新型混凝土材料的總稱。它是混凝土與聚合物的復(fù)合材料，克服了普通混凝土抗拉強度低、脆性大、易開裂、耐化學(xué)腐蝕性差等缺點，擴大了混凝土的使用范圍，是國內(nèi)大力研究和發(fā)展的新型混凝土。聚合物混凝土主要分為：聚合物浸漬混凝土、聚合物水泥混凝土和聚合物膠結(jié)混凝土(樹脂混凝土)三類。

　　聚合物浸漬混凝土可作為高效能結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于特種工程，例如腐蝕介質(zhì)中的管、樁、柱、地面磚、海洋構(gòu)筑物和路面、橋面板，以及水利工程中對抗沖、耐磨、抗凍要求高的部位。也可應(yīng)用于現(xiàn)場修補構(gòu)筑物的表面和缺陷，以提高其使用性能。

　　聚合物水泥混凝土可應(yīng)用于現(xiàn)場灌筑構(gòu)筑物、路面及橋面修補，混凝土儲罐的耐蝕面層，新老混凝土的粘結(jié)以及其他特殊用途的預(yù)制品。

　　聚合物膠結(jié)混凝土(樹脂混凝土)可在工廠預(yù)制。與水泥混凝土相比，具有快硬、高強和顯著改善抗?jié)B、耐蝕、耐磨、抗凍融以及粘結(jié)等性能，可現(xiàn)場應(yīng)用于混凝土工程快速修補、地下管線工程快速修建、隧道襯里等。

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