幾種專用混凝土性能分析

郭文秀

近年來，隨著科學技術的進步，混凝土的應用領域越來越廣泛，而一些重要的特殊的工程，如橋梁工程、高層建筑、海洋工程、防護工程、耐腐工程等等所需的混凝土是一般混凝土的性質無法達到的，這就需要針對不同氣溫、氣候、溫度及濕度使用更針對性強的混凝土。這幾年新型混凝土層出窮，現針對幾種特殊用途的混凝土，做如下分析：

1.耐酸混凝土

混凝土的腐蝕多為酸性介質腐蝕，在酸性介質下具有抗腐蝕能力的混凝土，叫耐酸混凝土，耐酸性混凝土廣泛用于化學工業的防酸槽、電鍍槽、貯油器、輸油管、儲酸槽、耐酸地坪及耐酸器材等。耐酸混凝土是由水玻璃作膠凝材料，氟硅酸鈉作硬化劑，耐酸粉料和耐酸精細骨料按一定比例配合而成。它能低抗各種酸（如硫酸、鹽酸、硝酸等無機酸，醋酸、蟻酸和草酸等有機酸）和大部分腐蝕性氣體（氯氣、二氧化硫、三氧化硫等）的侵蝕。但不耐氫氟酸、300℃以上的熱磷酸、高級脂肪酸或油酸的侵蝕。這種混凝土3天的抗壓強度約為11——12MP，28天的抗壓強度應不小于15MP。

2.纖維混凝土

纖維混凝土是纖維和水泥基料（水泥石、砂漿或混凝土）組成的復合材料的統稱。水泥石、砂漿與混凝土的主要缺點是：抗拉強度低、極限延伸率小、性脆，加入抗拉強度高、極限延伸率大、抗堿性好的纖維，可以克服這些缺點。

所用纖維按其材料性質可分為：①金屬纖維。②無機纖維。③有機纖維。 若纖維的體積摻量大于某一臨界值，整個復合材料可繼續承受較高的荷載并產生較大的變形，直到纖維被拉斷或纖維從基料中被撥出，以致復合材料破壞。與普通混凝土相比，纖維混凝土具有較高的抗拉與抗彎極限強度，尤以韌性提高的幅度為大。纖維混凝土是以混凝土為基體，外摻雜各種纖維材料而成，摻雜入纖維的目的是搞高混凝土的抗拉強度與降低其脆性。纖維包括玻璃纖維、鋼纖維、碳纖維、尼龍、聚丙烯、人造絲及植特纖維等。在纖維混凝土中，纖維的含量、纖維的幾何形狀及纖維的分布情況，對于纖維混凝土的性能有著重要影響。

纖維混凝土目前已逐漸應用在飛機跑道、斷面較薄的輕型結構和壓力管道等處。隨著纖維混凝土的深入研究，纖維混凝土在建筑工程中將得到廣泛的應用。

3.泡沫混凝土

它屬于氣泡狀絕熱材料，突出特點是在混凝土內部形成封閉的泡沫孔，使混凝土輕質化和保溫隔熱化；同時也是加氣混凝土中的一個特殊品種，它的孔結構和材料性能都接近于加氣混凝土，他們二者的差別，只是在氣孔形狀和加氣手段之間的差別。加氣混凝土氣孔一般是橢圓形的，而泡沫混凝土受毛細孔作用的影響，產生變形，形成多面體。加氣混凝土是利用化學發氣，通過化學反應，由內部產生氣體而形成氣孔，泡沫混凝土則是通過機械制泡的方法,先將發泡劑制成泡沫,然后再將泡沫加入水泥、菱鎂、石膏漿中、形成泡沫漿體,再經自然養護蒸氣養護而成。

泡沫混凝土具有輕質、保溫隔熱性能好、隔音耐火性能好、 整體性能好、低彈減震性好、防水性能強、耐久性能好 、生產加工方便、環保性能好及施工方便等優點，被廣泛用于擋土墻、運動場和田徑跑道、夾芯構件、管線回填、貧混凝土填層、屋面邊坡、儲罐底腳的支撐、用于園林綠化及國防等。

4.防火耐熱混凝土

耐熱混凝土是能在長期高溫作用下保持所需要的物理力學性能的特種混凝土。它是由適當的膠凝材料、耐熱精細骨料的水一定比例配制而成的。耐熱混凝土在建筑工程中大量用來建造高爐基礎、焦爐基礎、高爐外殼和熱工設備基礎及圍護結構等。

根據防火耐熱混凝土膠結料的不同,可分為硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、溶膠類及有機物結合防火耐熱混凝土等。

以硅酸鹽系列水泥作膠結材料,耐熱材料作集料配制成的具有防火耐熱性質的混凝土稱為硅酸鹽防火耐熱混凝土。硅酸鹽防火耐熱混凝土最高使用溫度可達到700℃~800℃,其耐熱的主要機理是硅酸鹽系列水泥熟料的水化產物氫氧化鈣在高溫下脫水,生成的氧化鈣與礦渣及摻合料中的活性氧化硅和三氧化二鋁又反應生成具有較強耐熱性的無水硅酸鈣和無水鋁酸鈣,使混凝土確有一定的防火耐熱性。

以磷酸鹽作結合劑,耐熱材料作集料配制成的具有防火耐熱性質的混凝土成為磷酸鹽防火耐熱混凝土。磷酸鹽防火耐熱混凝土的凝結硬化與一般的水泥型防火耐熱混凝土不同,磷酸鹽是作為結合劑而不是膠結材料,因為磷酸鹽在常溫下本身并不具有較凝性,而是在加熱到一定溫度時,一些磷酸鹽發生分解~聚合反應,在聚合反應時,新化合物的形成和聚合具有很強的粘附作用,將集料粘結在一起成為“混凝土”而獲得強度。常用的磷酸鋁耐熱混凝土的高溫動作極限可達到1600℃-1700℃。

以硫酸鹽作結合劑,耐熱材料作集料配制成的具有防火耐熱性質的混凝土成為硫酸鹽防火耐熱混凝土。硫酸鹽首先水解成堿式鋁鹽AL(SO4)3(OH)2,然后生成AL(OH)3,最后逐漸形成氫氧化鋁膠體而凝結硬化。硫酸鋁結合的防火耐熱混凝土強度在高溫下增長較慢。溫度升至近700℃時,強度隨溫度的提高而有提高。此時,氫氧化鋁膠體大量生成并迅速形成致密的結構。硫酸鋁的化學結合水逐步脫水,由于脫水速度緩慢,對結構影響較小。

5.聚合物混凝土

聚合物混凝土一般可分為三種：聚合物水泥混凝土、聚合物浸漬混凝土、聚合物膠結混凝土（也稱樹脂混凝土）。

聚合物水泥混凝土是用聚合物乳液拌合水泥，并摻入砂或其他骨料而成的。配制聚合物水泥混凝土所用的礦物材料，可用普通水泥和鋁酸鹽水泥，百鋁酸鹽水泥的效果比普通水泥好。聚合物可用天然聚合物（如天然橡膠）和各種合成聚合物。聚合物水呢混凝土主要用于鋪設無縫地面，也常用于修被混凝土路面和機場跑道面層和做防水層等。

聚合物浸漬混凝土是以混凝土為基材（被浸漬的材料），而將有機單體滲透入混凝土中，然后再用加熱或放射的方法使其聚合，使混凝土與聚合物形成一個整體。單體最常用的是甲基丙烯酸甲酯，此外，還要加入催化劑和交聯劑等。這種混凝土具有高強度（抗壓強度右達到200MPa以上，抗拉強度為達到10MPa以上，）高防水不泥（幾乎不吸水、不透水），以及抗凍等性、抗沖擊性、耐蝕性和耐磨性都有顯著提高的特點，適用于要求高強度、高耐久性的特殊構件，特別適用于輸運液體有筋管、無筋管、抗道等等。在國外已用于耐高壓的容器，如原子反應堆、液化天然氣貯罐等。

聚合物膠結混凝土是一種完全沒有礦物膠凝材料而以合成樹脂為膠結材料的混凝土。所用的骨料與普通混凝土相同。這種混凝土高強、耐腐蝕等優點，但目前成本高，只能用于特殊工程（如耐腐蝕工程）。

6.流態混凝土

流態混凝土的發展是與混凝土泵送施工的發展相聯系的，泵送施工示求混凝土拌合物既要有較大的流動性，又不能產生離析，流態混凝土恰恰好可滿足這種要求。過去采用的大流動性混凝土（坍落度為200MM左右），因水泥用量用用水量較多，因而收宿裂縫多，抗滲透性、耐久性較差，鋼筋也易銹蝕。而流態混凝土克服了大流動性混凝土的缺點，既滿足了施工要求，又善了混凝土質量。一般采用適量的流化劑(高效減水劑或普通減水劑)作為外加劑，加到塌落度為5～10cm的混凝土混合物中使其流動性大幅度提高，達到便于澆灌，減輕甚至免去振搗成型工序的目的。 流化劑除了能減少用水量外，還有一定的早強性能。流態混凝土不需提高水灰比與單位用水量，故其強度比普通混凝土的強度有所提高。其他物理力學性能與普通混凝土的相近。

流態混凝土主要適用于高層建筑、大型工業與公共建筑的基礎、樓板、墻板以及地下工程，尤其適用于配筋密、澆筑振搗困難的工程部位。

參考書

1、《建筑材料與構造》，李必瑜、翁季等，中國建筑工業出版社

2、《實用建筑材料學》，王壽華，馬芳，姚庭周編，中國建筑工業出版社，1998年

3、《建筑材料手冊》，陜西省建筑工業出版社

4、《中國新型建筑材料集》，中國建筑工業出版社，1992年