高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土配制技術(shù)
摘要：闡述了研究開(kāi)發(fā)高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的重大意義，提出了制備技術(shù)和途徑，說(shuō)明了主要原材料及其性能要求。
關(guān)鍵詞：高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土；制備；材料性能
引言
混凝土是人類最大宗的建筑結(jié)構(gòu)材料，其發(fā)展可以劃分為低強(qiáng)低耐久混凝土、高強(qiáng)混凝土和高性能混凝土三個(gè)階段。從我國(guó)目前的生產(chǎn)力發(fā)展水平、混凝土配制技術(shù)、施工性能、設(shè)計(jì)和使用要求、施工機(jī)械及操作水平來(lái)看，目前正處于高強(qiáng)混凝土的配制和使用階段，這一時(shí)期還將經(jīng)歷很長(zhǎng)一段時(shí)間。因此，充分利用地方資源，研究?jī)?yōu)質(zhì)實(shí)用的高強(qiáng)或超高強(qiáng)混凝土配制技術(shù)，全面提高混凝土的生產(chǎn)和使用水平，是建材行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然舉措。
1 研究、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的重大意義
隨著人類社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，人類有能力拓展生存的空間。目前，人們正在向高空、地底及海洋進(jìn)軍，現(xiàn)代建筑物越來(lái)越高層化、大跨化、輕量化；在海洋深處建造大型結(jié)構(gòu)物，在海面上建造巨大的工作平臺(tái)；越來(lái)越多的跨大江、深谷、海峽的大跨度橋梁和海底隧道在建造。所有這些，都要求混凝土的質(zhì)量越來(lái)越高。因此，高強(qiáng)度、高耐久性、高泵送性是混凝土材料發(fā)展的方向。
目前，一般認(rèn)為C 50～C 90屬高強(qiáng)混凝土范疇，C 100及以上強(qiáng)度等級(jí)是超高強(qiáng)混凝土。與普通混凝土相比，研究應(yīng)用高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土具有下列優(yōu)越性：
?。?）有效地減輕結(jié)構(gòu)自重。鋼筋混凝土的最大缺點(diǎn)是自重大，在一般的建筑中，結(jié)構(gòu)自重為有效荷載的8～10倍。當(dāng)混凝土強(qiáng)度提高時(shí)，結(jié)構(gòu)自重降低。一些世界著名的專家預(yù)言，80 %～90 %的鋼結(jié)構(gòu)工程可用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)代替，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到100 MPa時(shí)，可以設(shè)計(jì)成的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)與鋼結(jié)構(gòu)一樣輕，因?yàn)檫@時(shí)二者的比強(qiáng)度（強(qiáng)度與質(zhì)量的比值）大致相等［1］。
?。?）大幅度提高混凝土的耐久性。高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土由于強(qiáng)度的提高、內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的改善以及膠凝物質(zhì)相組成的優(yōu)化，其耐久性得到很大的改善。
?。?）節(jié)約材料和能源，降低建筑成本。
可見(jiàn)，使用高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土可以獲得很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。因此，研究開(kāi)發(fā)高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土具有重大的意義。
2 制備高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的技術(shù)途徑
眾所周知，混凝土是一種典型的堆聚結(jié)構(gòu)工程材料，具有大量的不同尺寸和開(kāi)始的內(nèi)部缺陷。由于混凝土的組分（水化新生物、未徹底水化的熟料顆粒、堅(jiān)固的大小巖石集料）和結(jié)構(gòu)元件（水泥石、砂漿組分、接觸區(qū)）彼此在強(qiáng)度特性、變形特性和物理性能方面有明顯的差異［2］，混凝土的實(shí)際強(qiáng)度比理論強(qiáng)度材料彈性模量E低10-3個(gè)數(shù)量級(jí)，這是由于混凝土在受外部作用時(shí)應(yīng)力狀態(tài)很不一致，具有大量的應(yīng)力集中現(xiàn)象所致。因此，研制高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土，是建立在降低材料結(jié)構(gòu)缺陷并提高其密度、增強(qiáng)組分的強(qiáng)度和形變性以及減少其內(nèi)部應(yīng)力集中基礎(chǔ)之上的。曾經(jīng)或正在研究的制備高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的技術(shù)路線有以下幾條。
2.1 干硬性高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土
這一路線是在發(fā)明高效減水劑之前，采用強(qiáng)制攪拌和沖壓及振動(dòng)軋壓等成型手段獲得。由于工作環(huán)境惡劣，主要在制品廠、軌枕生產(chǎn)廠、橋梁廠使用，可獲得C 80～C 150范圍的高強(qiáng)及超高強(qiáng)混凝土。
2.2 高標(biāo)號(hào)水泥+超細(xì)礦物摻合料+高效減水劑
這一路線是目前國(guó)際上較通用的技術(shù)路線。在普通混凝土中，為了保證混合料的施工和易性，其用水量（占水泥重量的50 %～70 ％）比水泥水化所需的水量（水泥重量的15 %～20 %）大得多。多余的水在水泥硬化后蒸發(fā)，在水泥石和水泥石集料界面區(qū)域形成大量的各種孔徑的孔隙，以及因泌水、干縮等所引起的微管和微裂縫，這些缺陷是導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降和其它性能指標(biāo)低的根本原因。因此，摻加高效減水劑、降低水灰比是一項(xiàng)行之有效的重要措施。
改善水泥石中水化物的相組成，提高其質(zhì)量，是制備高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的另一重要課題。眾所周知，水泥水化后形成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣、水化鐵鋁酸鈣及氫氧化鈣。其中水化硅酸鈣數(shù)量眾多，也最為重要。但由于水泥水化形成的大多是高堿性水化硅酸鈣，與低堿性水化硅酸鈣相比，前者強(qiáng)度低，后者強(qiáng)度高；同時(shí)存在的f CaO強(qiáng)度極低，穩(wěn)定性很差。因此，在制備高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土?xí)r，要設(shè)法降低高堿性水化硅酸鈣的含量，提高低堿性水化硅酸鈣含量，同時(shí)盡量消除f CaO.其方法是在混凝土中摻入活性礦物摻料，使其含有的活性SiO2、Al2O3與f CaO及高堿性水化硅酸鈣發(fā)生二次反應(yīng)，生成低堿性水化硅酸鈣，以增加膠凝物質(zhì)的數(shù)量，改善其質(zhì)量。
2.3 高強(qiáng)與超高強(qiáng)堿礦渣混凝土
這一路線是采用磨細(xì)的高爐礦渣并加入堿組分獲得。當(dāng)用第一主族元素（Li、Na、K）的化合物進(jìn)行激發(fā)時(shí)，礦渣的水硬活性極佳。由于堿金屬化合物能在水中迅速離解成大量具有強(qiáng)大離子力的OH-離子，在離子力的作用下，礦渣玻璃體的結(jié)構(gòu)很快解體并發(fā)生水化，產(chǎn)生大量的低堿性水化硅酸鈣和堿金屬水化鋁酸鹽膠凝物質(zhì)，進(jìn)而形成水泥石硬化體。根據(jù)重慶建筑大學(xué)蒲心誠(chéng)教授等人的研究，采用這一路線，可以制成超快硬（1 d抗壓強(qiáng)度達(dá)70 MPa）、超高強(qiáng)（28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)120.4 MPa）、高抗?jié)B（抗?jié)B標(biāo)號(hào)＞S 40）、高抗凍（達(dá)1 000次凍融循環(huán)以上）、高抗蝕的堿礦渣混凝土，而且其它性能優(yōu)異，水化熱低，成本也不高。雖然目前不少人對(duì)其先進(jìn)性、適宜性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性尚不了解，但可以預(yù)見(jiàn)，高強(qiáng)與超高強(qiáng)堿礦渣混凝土將成為21世紀(jì)的一種新型混凝土。
2.4 灰砂硅酸鹽混凝土
采用鈣質(zhì)原料和硅質(zhì)原料等混合磨細(xì)，用高溫蒸壓方法制備，可獲得100～150 MPa的高強(qiáng)混凝土。該混凝土水泥石主要由水化硅酸鹽組成。這一路線主要用于制管和制樁生產(chǎn)中。 [Page]
2.5 有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合混凝土
制備聚合物浸漬混凝土、聚合物水泥混凝土以及聚合物膠結(jié)混凝土，使混凝土進(jìn)入了使用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合膠結(jié)材和高分子有機(jī)膠結(jié)材的新階段。聚合物進(jìn)入混凝土膠結(jié)料中，可大大提高混凝土的物理力學(xué)性能。如聚合浸漬混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度較其基材可提高2～4倍，有很強(qiáng)的耐腐蝕性能，幾乎不吸水、不滲水，抗凍融循環(huán)在1 000次以上。但這種路線制得的高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土因成本高，且工藝與常規(guī)不同，只在特殊場(chǎng)合使用。
3 制備高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的原材料及其性能要求
采用目前國(guó)際上通用的技術(shù)路線制備高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土所用的材料是：水泥、集料、水、摻合料以及化學(xué)外加劑。這些原料的質(zhì)量和性能，對(duì)高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的質(zhì)量和性能具有很大的影響。
3.1 水泥
通常使用硅酸鹽水泥與早強(qiáng)硅酸鹽水泥。其中對(duì)水泥的品質(zhì)和強(qiáng)度有如下的建議：
（1）使用525及更高標(biāo)號(hào)的硅酸鹽水泥； （2）由于高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土中水泥用量一般在500～700 kg/m3，水化熱高，因而需開(kāi)發(fā)低水化熱的水泥。即水泥中C2S比例增大些，而C3S及C3A量減少些；
?。?）水泥的質(zhì)量穩(wěn)定，C3S的含量波動(dòng)4 %，燒失量0.5 ％，硫酸鹽的波動(dòng)范圍0.20 %.
3.2 集料
在一般的混凝土中，不同類型集料對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響不大。但在高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土中，集料的差異對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響很大。一般來(lái)說(shuō)，采用碎石比卵石有利，其原因不僅由于集料的密度及吸水率不同，而且也由于集料的強(qiáng)度以及粘結(jié)強(qiáng)度不同。
（1）建議所采用集料的母巖強(qiáng)度＞1.7倍混凝土強(qiáng)度（如用玄武巖、輝綠巖作超高強(qiáng)混凝土集料）；
（2）粗集料粒徑不能過(guò)大，一般建議為10～19 mm，且形狀好、級(jí)配佳；
?。?）細(xì)集料也應(yīng)盡量要求強(qiáng)度高、級(jí)配好、含泥量少；
?。?）粗集料常用壓碎指標(biāo)值來(lái)要求，不少專家建議細(xì)集料也應(yīng)用類似于壓碎指標(biāo)的破碎度來(lái)要求。通過(guò)試驗(yàn)，確定壓碎指標(biāo)（或破碎度）與混凝土抗壓強(qiáng)度之間的相關(guān)性；
（5）集料的彈性模量宜高些；
（6）細(xì)集料以采用中砂為好，但特細(xì)砂經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定配比后也可用。
3.3 摻和料
高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土常用的摻和料有硅灰、超細(xì)礦渣以及粉煤灰等。
?。?）硅灰是最好的活性礦物摻和料，但資源有限，成本高，包裝運(yùn)輸不便。一般認(rèn)為，硅灰的最佳摻量為10 ％左右。由于硅灰的加入使混合料的流動(dòng)性明顯降低，為了保證其施工性，必須使用高效減水劑，且用量比不摻硅灰時(shí)要略大些；
?。?）超細(xì)礦渣的比表面積達(dá)800～1 000 m2/kg.將其摻入砂漿中，可使抗壓強(qiáng)度及其它性能有很大改善。超細(xì)礦渣的置換率一般為20 %～40 %.含超細(xì)礦渣的混凝土無(wú)論是早期還是后期強(qiáng)度都很高，但其成本也高；
（3）一般情況下，將粉煤灰摻入混凝土中，早期強(qiáng)度降低，但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)。粉煤灰混凝土的強(qiáng)度受粉煤灰的質(zhì)量、置換率與配合比等的影響。粉煤灰的火山灰活性越強(qiáng)，養(yǎng)護(hù)溫度越高，強(qiáng)度增長(zhǎng)越顯著，其摻量為10 %～30 %；
?。?）研制新活性礦物摻和料，如將高嶺土燒成偏高嶺土磨細(xì)［3］；合成的水化硅酸鈣或無(wú)水硫鋁酸鈣等；
?。?）采用“雙摻”或“多摻”礦物摻和料的方法。如同時(shí)以20 ％的超細(xì)礦渣和10 ％的硅灰置換等量的水泥，混凝土56 d抗壓強(qiáng)度達(dá)140 MPa.
3.4 外加劑
在高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土中常采用的化學(xué)外加劑有：高效減水劑、減少坍落度損失的復(fù)合AE減水劑、緩凝劑以及泵送劑等，其中以高效減水劑最為重要。高效減水劑的使用，可以大幅度降低水灰比，制成高強(qiáng)乃至超高強(qiáng)混凝土。目前，使用的高效減水劑主要有改性木質(zhì)素磺酸鹽、萘磺酸鹽聚合物、三聚氰胺磺酸鹽聚合物等。
3.5 水
必須滿足規(guī)范中對(duì)水的品質(zhì)要求。為保證高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的高質(zhì)量和安定的品質(zhì)，一般宜采用合格的自來(lái)水拌制混凝土。
4 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，研制高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土具有十分重大的意義。其配制必須從原材料的選擇、采用低用水量、低水灰比、高活性礦物磨細(xì)摻和料、高效減水劑、改善界面結(jié)構(gòu)、提高水泥漿體的內(nèi)聚力及水泥漿體與集料間的粘結(jié)力等因素來(lái)考慮。
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關(guān)鍵詞：高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土；制備；材料性能
引言
混凝土是人類最大宗的建筑結(jié)構(gòu)材料，其發(fā)展可以劃分為低強(qiáng)低耐久混凝土、高強(qiáng)混凝土和高性能混凝土三個(gè)階段。從我國(guó)目前的生產(chǎn)力發(fā)展水平、混凝土配制技術(shù)、施工性能、設(shè)計(jì)和使用要求、施工機(jī)械及操作水平來(lái)看，目前正處于高強(qiáng)混凝土的配制和使用階段，這一時(shí)期還將經(jīng)歷很長(zhǎng)一段時(shí)間。因此，充分利用地方資源，研究?jī)?yōu)質(zhì)實(shí)用的高強(qiáng)或超高強(qiáng)混凝土配制技術(shù)，全面提高混凝土的生產(chǎn)和使用水平，是建材行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然舉措。
1 研究、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的重大意義
隨著人類社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，人類有能力拓展生存的空間。目前，人們正在向高空、地底及海洋進(jìn)軍，現(xiàn)代建筑物越來(lái)越高層化、大跨化、輕量化；在海洋深處建造大型結(jié)構(gòu)物，在海面上建造巨大的工作平臺(tái)；越來(lái)越多的跨大江、深谷、海峽的大跨度橋梁和海底隧道在建造。所有這些，都要求混凝土的質(zhì)量越來(lái)越高。因此，高強(qiáng)度、高耐久性、高泵送性是混凝土材料發(fā)展的方向。
目前，一般認(rèn)為C 50～C 90屬高強(qiáng)混凝土范疇，C 100及以上強(qiáng)度等級(jí)是超高強(qiáng)混凝土。與普通混凝土相比，研究應(yīng)用高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土具有下列優(yōu)越性：
?。?）有效地減輕結(jié)構(gòu)自重。鋼筋混凝土的最大缺點(diǎn)是自重大，在一般的建筑中，結(jié)構(gòu)自重為有效荷載的8～10倍。當(dāng)混凝土強(qiáng)度提高時(shí)，結(jié)構(gòu)自重降低。一些世界著名的專家預(yù)言，80 %～90 %的鋼結(jié)構(gòu)工程可用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)代替，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到100 MPa時(shí)，可以設(shè)計(jì)成的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)與鋼結(jié)構(gòu)一樣輕，因?yàn)檫@時(shí)二者的比強(qiáng)度（強(qiáng)度與質(zhì)量的比值）大致相等［1］。
?。?）大幅度提高混凝土的耐久性。高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土由于強(qiáng)度的提高、內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的改善以及膠凝物質(zhì)相組成的優(yōu)化，其耐久性得到很大的改善。
?。?）節(jié)約材料和能源，降低建筑成本。
可見(jiàn)，使用高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土可以獲得很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。因此，研究開(kāi)發(fā)高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土具有重大的意義。
2 制備高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的技術(shù)途徑
眾所周知，混凝土是一種典型的堆聚結(jié)構(gòu)工程材料，具有大量的不同尺寸和開(kāi)始的內(nèi)部缺陷。由于混凝土的組分（水化新生物、未徹底水化的熟料顆粒、堅(jiān)固的大小巖石集料）和結(jié)構(gòu)元件（水泥石、砂漿組分、接觸區(qū)）彼此在強(qiáng)度特性、變形特性和物理性能方面有明顯的差異［2］，混凝土的實(shí)際強(qiáng)度比理論強(qiáng)度材料彈性模量E低10-3個(gè)數(shù)量級(jí)，這是由于混凝土在受外部作用時(shí)應(yīng)力狀態(tài)很不一致，具有大量的應(yīng)力集中現(xiàn)象所致。因此，研制高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土，是建立在降低材料結(jié)構(gòu)缺陷并提高其密度、增強(qiáng)組分的強(qiáng)度和形變性以及減少其內(nèi)部應(yīng)力集中基礎(chǔ)之上的。曾經(jīng)或正在研究的制備高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的技術(shù)路線有以下幾條。
2.1 干硬性高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土
這一路線是在發(fā)明高效減水劑之前，采用強(qiáng)制攪拌和沖壓及振動(dòng)軋壓等成型手段獲得。由于工作環(huán)境惡劣，主要在制品廠、軌枕生產(chǎn)廠、橋梁廠使用，可獲得C 80～C 150范圍的高強(qiáng)及超高強(qiáng)混凝土。
2.2 高標(biāo)號(hào)水泥+超細(xì)礦物摻合料+高效減水劑
這一路線是目前國(guó)際上較通用的技術(shù)路線。在普通混凝土中，為了保證混合料的施工和易性，其用水量（占水泥重量的50 %～70 ％）比水泥水化所需的水量（水泥重量的15 %～20 %）大得多。多余的水在水泥硬化后蒸發(fā)，在水泥石和水泥石集料界面區(qū)域形成大量的各種孔徑的孔隙，以及因泌水、干縮等所引起的微管和微裂縫，這些缺陷是導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降和其它性能指標(biāo)低的根本原因。因此，摻加高效減水劑、降低水灰比是一項(xiàng)行之有效的重要措施。
改善水泥石中水化物的相組成，提高其質(zhì)量，是制備高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的另一重要課題。眾所周知，水泥水化后形成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣、水化鐵鋁酸鈣及氫氧化鈣。其中水化硅酸鈣數(shù)量眾多，也最為重要。但由于水泥水化形成的大多是高堿性水化硅酸鈣，與低堿性水化硅酸鈣相比，前者強(qiáng)度低，后者強(qiáng)度高；同時(shí)存在的f CaO強(qiáng)度極低，穩(wěn)定性很差。因此，在制備高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土?xí)r，要設(shè)法降低高堿性水化硅酸鈣的含量，提高低堿性水化硅酸鈣含量，同時(shí)盡量消除f CaO.其方法是在混凝土中摻入活性礦物摻料，使其含有的活性SiO2、Al2O3與f CaO及高堿性水化硅酸鈣發(fā)生二次反應(yīng)，生成低堿性水化硅酸鈣，以增加膠凝物質(zhì)的數(shù)量，改善其質(zhì)量。
2.3 高強(qiáng)與超高強(qiáng)堿礦渣混凝土
這一路線是采用磨細(xì)的高爐礦渣并加入堿組分獲得。當(dāng)用第一主族元素（Li、Na、K）的化合物進(jìn)行激發(fā)時(shí)，礦渣的水硬活性極佳。由于堿金屬化合物能在水中迅速離解成大量具有強(qiáng)大離子力的OH-離子，在離子力的作用下，礦渣玻璃體的結(jié)構(gòu)很快解體并發(fā)生水化，產(chǎn)生大量的低堿性水化硅酸鈣和堿金屬水化鋁酸鹽膠凝物質(zhì)，進(jìn)而形成水泥石硬化體。根據(jù)重慶建筑大學(xué)蒲心誠(chéng)教授等人的研究，采用這一路線，可以制成超快硬（1 d抗壓強(qiáng)度達(dá)70 MPa）、超高強(qiáng)（28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)120.4 MPa）、高抗?jié)B（抗?jié)B標(biāo)號(hào)＞S 40）、高抗凍（達(dá)1 000次凍融循環(huán)以上）、高抗蝕的堿礦渣混凝土，而且其它性能優(yōu)異，水化熱低，成本也不高。雖然目前不少人對(duì)其先進(jìn)性、適宜性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性尚不了解，但可以預(yù)見(jiàn)，高強(qiáng)與超高強(qiáng)堿礦渣混凝土將成為21世紀(jì)的一種新型混凝土。
2.4 灰砂硅酸鹽混凝土
采用鈣質(zhì)原料和硅質(zhì)原料等混合磨細(xì)，用高溫蒸壓方法制備，可獲得100～150 MPa的高強(qiáng)混凝土。該混凝土水泥石主要由水化硅酸鹽組成。這一路線主要用于制管和制樁生產(chǎn)中。 [Page]
2.5 有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合混凝土
制備聚合物浸漬混凝土、聚合物水泥混凝土以及聚合物膠結(jié)混凝土，使混凝土進(jìn)入了使用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合膠結(jié)材和高分子有機(jī)膠結(jié)材的新階段。聚合物進(jìn)入混凝土膠結(jié)料中，可大大提高混凝土的物理力學(xué)性能。如聚合浸漬混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度較其基材可提高2～4倍，有很強(qiáng)的耐腐蝕性能，幾乎不吸水、不滲水，抗凍融循環(huán)在1 000次以上。但這種路線制得的高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土因成本高，且工藝與常規(guī)不同，只在特殊場(chǎng)合使用。
3 制備高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的原材料及其性能要求
采用目前國(guó)際上通用的技術(shù)路線制備高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土所用的材料是：水泥、集料、水、摻合料以及化學(xué)外加劑。這些原料的質(zhì)量和性能，對(duì)高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的質(zhì)量和性能具有很大的影響。
3.1 水泥
通常使用硅酸鹽水泥與早強(qiáng)硅酸鹽水泥。其中對(duì)水泥的品質(zhì)和強(qiáng)度有如下的建議：
（1）使用525及更高標(biāo)號(hào)的硅酸鹽水泥； （2）由于高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土中水泥用量一般在500～700 kg/m3，水化熱高，因而需開(kāi)發(fā)低水化熱的水泥。即水泥中C2S比例增大些，而C3S及C3A量減少些；
?。?）水泥的質(zhì)量穩(wěn)定，C3S的含量波動(dòng)4 %，燒失量0.5 ％，硫酸鹽的波動(dòng)范圍0.20 %.
3.2 集料
在一般的混凝土中，不同類型集料對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響不大。但在高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土中，集料的差異對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響很大。一般來(lái)說(shuō)，采用碎石比卵石有利，其原因不僅由于集料的密度及吸水率不同，而且也由于集料的強(qiáng)度以及粘結(jié)強(qiáng)度不同。
（1）建議所采用集料的母巖強(qiáng)度＞1.7倍混凝土強(qiáng)度（如用玄武巖、輝綠巖作超高強(qiáng)混凝土集料）；
（2）粗集料粒徑不能過(guò)大，一般建議為10～19 mm，且形狀好、級(jí)配佳；
?。?）細(xì)集料也應(yīng)盡量要求強(qiáng)度高、級(jí)配好、含泥量少；
?。?）粗集料常用壓碎指標(biāo)值來(lái)要求，不少專家建議細(xì)集料也應(yīng)用類似于壓碎指標(biāo)的破碎度來(lái)要求。通過(guò)試驗(yàn)，確定壓碎指標(biāo)（或破碎度）與混凝土抗壓強(qiáng)度之間的相關(guān)性；
（5）集料的彈性模量宜高些；
（6）細(xì)集料以采用中砂為好，但特細(xì)砂經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定配比后也可用。
3.3 摻和料
高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土常用的摻和料有硅灰、超細(xì)礦渣以及粉煤灰等。
?。?）硅灰是最好的活性礦物摻和料，但資源有限，成本高，包裝運(yùn)輸不便。一般認(rèn)為，硅灰的最佳摻量為10 ％左右。由于硅灰的加入使混合料的流動(dòng)性明顯降低，為了保證其施工性，必須使用高效減水劑，且用量比不摻硅灰時(shí)要略大些；
?。?）超細(xì)礦渣的比表面積達(dá)800～1 000 m2/kg.將其摻入砂漿中，可使抗壓強(qiáng)度及其它性能有很大改善。超細(xì)礦渣的置換率一般為20 %～40 %.含超細(xì)礦渣的混凝土無(wú)論是早期還是后期強(qiáng)度都很高，但其成本也高；
（3）一般情況下，將粉煤灰摻入混凝土中，早期強(qiáng)度降低，但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)。粉煤灰混凝土的強(qiáng)度受粉煤灰的質(zhì)量、置換率與配合比等的影響。粉煤灰的火山灰活性越強(qiáng)，養(yǎng)護(hù)溫度越高，強(qiáng)度增長(zhǎng)越顯著，其摻量為10 %～30 %；
?。?）研制新活性礦物摻和料，如將高嶺土燒成偏高嶺土磨細(xì)［3］；合成的水化硅酸鈣或無(wú)水硫鋁酸鈣等；
?。?）采用“雙摻”或“多摻”礦物摻和料的方法。如同時(shí)以20 ％的超細(xì)礦渣和10 ％的硅灰置換等量的水泥，混凝土56 d抗壓強(qiáng)度達(dá)140 MPa.
3.4 外加劑
在高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土中常采用的化學(xué)外加劑有：高效減水劑、減少坍落度損失的復(fù)合AE減水劑、緩凝劑以及泵送劑等，其中以高效減水劑最為重要。高效減水劑的使用，可以大幅度降低水灰比，制成高強(qiáng)乃至超高強(qiáng)混凝土。目前，使用的高效減水劑主要有改性木質(zhì)素磺酸鹽、萘磺酸鹽聚合物、三聚氰胺磺酸鹽聚合物等。
3.5 水
必須滿足規(guī)范中對(duì)水的品質(zhì)要求。為保證高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的高質(zhì)量和安定的品質(zhì)，一般宜采用合格的自來(lái)水拌制混凝土。
4 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，研制高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土具有十分重大的意義。其配制必須從原材料的選擇、采用低用水量、低水灰比、高活性礦物磨細(xì)摻和料、高效減水劑、改善界面結(jié)構(gòu)、提高水泥漿體的內(nèi)聚力及水泥漿體與集料間的粘結(jié)力等因素來(lái)考慮。
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