高性能自密實(shí)混凝土
2006-03-16 00:00
我們或許可以從自然界學(xué)到混凝土技術(shù)。海貝，既堅(jiān)硬，又耐久。薄薄的貝殼，具有較高抗拉強(qiáng)度，外表面又不透水。相反，硬化混凝土的抗拉強(qiáng)度較低，抵抗侵蝕性自然環(huán)境的能力也很脆弱。
海貝和硬化混凝土的化學(xué)組成很相似，都含有大量的碳酸鈣。但是，兩者的差別在于，海貝碳酸鈣原子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的排列很精密，形成縱橫交錯(cuò)有序的原子結(jié)構(gòu)，使其具有堅(jiān)硬性和很高的抗拉強(qiáng)度。換句話說，其納米級(jí)的結(jié)構(gòu)形式與硬化混凝土是不同的。如果一種結(jié)構(gòu)材料在其原子層的構(gòu)成時(shí)利用納米技術(shù)，就能改善該材料的性能。
聚合物基超塑化劑
最近，德固賽公司就是根據(jù)這些技術(shù)，在應(yīng)用于混凝土的聚合物型外加劑領(lǐng)域，取得了許多最新的進(jìn)展。舉例來說，目前德固賽公司已研制出應(yīng)用于預(yù)制混凝土的新型聚合物基超塑化劑。這些聚合物的形態(tài)或“分子結(jié)構(gòu)”能控制水化機(jī)理，而且還可以給水泥提供更多的自由表面進(jìn)行水化。因此，提高了混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展?，F(xiàn)已證明實(shí)，利用這類技術(shù)，可以使目前的混凝土產(chǎn)業(yè)有能力為最終用戶，定制具有各種特殊（具體）性能要求的混凝土。另一種新一代的超塑化劑已被證實(shí)能成功地用于預(yù)拌混凝土攪拌站，其潛在的優(yōu)點(diǎn)包括：提高預(yù)拌混凝土供貨運(yùn)輸半徑，更快速的運(yùn)輸車裝/卸料和運(yùn)抵工地現(xiàn)場(chǎng)的周轉(zhuǎn)時(shí)間，使預(yù)拌混凝土退貨風(fēng)險(xiǎn)更小，并且使合理采用低水灰比的高稠度混凝土拌合物的設(shè)計(jì)更經(jīng)濟(jì)。
高性能混凝土
高性能混凝土已被定義為：“一種為預(yù)期結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，而專門選擇其組分和配合比，使其具有特別合理性能的混凝土。”比如，在進(jìn)行42層高的高層建筑施工時(shí)，特別重要的要求是高早強(qiáng)。自爬升跳模施工工藝要求12小時(shí)后，混凝土的強(qiáng)度達(dá)到15MPa，以適應(yīng)4天一層的施工周期。此外，還要求能把混凝土泵送到最高樓層，而坍落度損失又最小。
規(guī)定采用C60混凝土，實(shí)際記錄達(dá)到的混凝土強(qiáng)度超過100MPa。配制滿足這些要求的混凝土是采用了一種新一代的超塑化劑。
倫敦的一家主要預(yù)拌混凝土公司還為維修飛機(jī)場(chǎng)道路、出租車車道、停機(jī)坪和站臺(tái)提供早期強(qiáng)度更高的混凝土。所設(shè)計(jì)的混凝土拌合物在澆筑4小時(shí)后，其強(qiáng)度就要達(dá)到20PMa。只有這樣，才能滿足在夜間進(jìn)行維修，而第二天一早，混凝土地坪就能承受高達(dá)400t的荷載。供貨時(shí)，坍落度在25-100mm范圍內(nèi)的拌合物，還必須適應(yīng)冬夏季夜間的溫度變化，28天強(qiáng)度高達(dá)70MPa。
一種混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命已成為日益重要的性能要求。公共建筑使用壽命超過100年已很普通，主要橋梁的使用壽命為120年，通常會(huì)外露在侵蝕性環(huán)境中的隧道內(nèi)壁的使用壽命也為120年。目前，合理的混凝土拌合物設(shè)計(jì)已能使采用低水灰比混凝土的保護(hù)層獲得相當(dāng)好的密實(shí)效果，從而提高了處于外露侵蝕介質(zhì)條件下混凝土保護(hù)層的抗?jié)B透性能。
在英國肯特郡，有一座1.25 公里預(yù)應(yīng)力橋梁暴露在半海洋環(huán)境中。上部結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度規(guī)定采用C50，用于懸臂梁和橋臺(tái)板的混凝土強(qiáng)度為C60。用于平衡懸臂的混凝土需垂直泵送50米，水平泵送100米，而且澆筑部位的鋼筋密布。為了滿足7天的施工周期，要求該混凝土在澆筑后24-36小時(shí)內(nèi)強(qiáng)度達(dá)到34MPa，以適應(yīng)預(yù)應(yīng)力施工要求。在配制該混凝土拌合物時(shí)，也采用了一種新一代的超塑化劑，成功滿足了傳統(tǒng)混凝土一些不能兼容的性能，諸如：高工作性、初緩凝和高早強(qiáng)。
3.2公里的North Downs 隧道是至今為止英國所建造的最大軌道交通隧道。隧道采用濕噴射混凝土為永久性內(nèi)襯壁，設(shè)計(jì)使用壽命為120年，混凝土的耐久性要求是最高的，水滲透系數(shù)為1 x 10-12 m/s。為了克服混凝土同時(shí)具有噴射混凝土施工的高工作性和滿足低滲透規(guī)范要求的低水灰比的困難，也使用了一種新一超塑化劑。
英國倫敦和泰晤士河CTRL隧道采用的預(yù)制混凝土管片，其設(shè)計(jì)的使用壽命為120年，并且能承受侵蝕性的土質(zhì)條件。整個(gè)工程共要生產(chǎn)160,000塊管片。生產(chǎn)工期之短，預(yù)制工藝之復(fù)雜，在全球屈指可數(shù)。每周要生產(chǎn)高達(dá)300環(huán)預(yù)制混凝土管片。為了滿足設(shè)計(jì)壽命的規(guī)定，混凝土要達(dá)到很低滲透性的耐久性要求，混凝土28天平均強(qiáng)度為70MPa。隨著齡期的增長，混凝土的實(shí)際最終強(qiáng)度高達(dá)90-100MPa。
自密實(shí)混凝土
自密實(shí)混凝土無需任何振動(dòng)密實(shí)，就能完全灌滿模板，且沒有明顯的離析和泌水。自密實(shí)混凝土無需任何機(jī)械作用，諸如插入式振動(dòng)器或外掛式模板振動(dòng)器，就能使混凝土密實(shí)。經(jīng)合理設(shè)計(jì)的自密實(shí)混凝土，能流過密布的鋼筋，且不阻塞。目前，隨著通過合理選材和現(xiàn)代化的混凝土拌合物配合比設(shè)計(jì)，已能成功生產(chǎn)低水灰比混凝土拌合物。高早強(qiáng)的高強(qiáng)自密實(shí)混凝土已進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。
目前，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件的成本已可大幅下降。比如使用自密實(shí)混凝土，滿足12-18小時(shí)時(shí)，目標(biāo)脫模強(qiáng)度達(dá)到45MPa。進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土生產(chǎn)已無需輔助加熱養(yǎng)護(hù)，從而降低了對(duì)能源的要求。目前，試驗(yàn)性的混凝土已能無需加熱，就可在18小時(shí)后，強(qiáng)度達(dá)到70MPa。由于這一優(yōu)點(diǎn)，估計(jì)英國大多數(shù)預(yù)制混凝土廠商都已采用自密實(shí)混凝土。但是，與某些國家相比，自密實(shí)混凝土在英國的使用比例還比較低。在荷蘭，大約75%的預(yù)制混凝土產(chǎn)生已采用自密實(shí)混凝土。高層建筑使用高強(qiáng)自密實(shí)混凝土的勢(shì)頭也很強(qiáng)勁，比如菲律賓的伊頓塔假日旅館，已澆筑了強(qiáng)度高達(dá)105MPa的自密實(shí)混凝土立柱和剪力墻。該71層結(jié)構(gòu)已于2004年竣工，是菲律賓最高的建筑。
結(jié)論
目前，隨著混凝土拌合物設(shè)計(jì)和外加劑技術(shù)的進(jìn)展，已使新拌（濕）混凝土的性能范圍大幅度增長，諸如自密實(shí)混凝土所顯示的有關(guān)工作性、稠度保持和可澆筑性保持。高性能混凝土的結(jié)構(gòu)承受能力也大幅度增加，特別是高早強(qiáng)和高最終強(qiáng)度。這些技術(shù)創(chuàng)新，也提高了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。
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