混凝土技術新進展

　　摘要:混凝土技術發展最突出的表現就是添加高效減水劑制備的“超塑化拌合物”，即用水量較低，而流動性還非常好的拌合物，硬化后由于孔隙率小，因而強度高且耐久性優異。為使暴露于侵蝕環境的鋼筋混凝土結構壽命長久的目的，運用阻銹劑、環氧涂層鋼筋和陰極保護等，也是同期出現，并且已為眾所周知的先進技術途徑。
　　關鍵詞:混凝土技術 新進展 超塑化拌合物
　　中圖分類號:F062.4 文獻標識碼:A
　　文章編號:1004-4914（2012）10-292-02
　　混凝土，作為全世界各種工程建設首選的建筑材料，這主要是由它的經濟性所決定：原材料來源廣泛、便宜，施工與維修費用較低廉。在近幾年來，混凝土技術發展最突出的表現就是添加高效減水劑制備的“超塑化拌合物”，即用水量較低，而流動性還非常好的拌合物，硬化后由于孔隙率小，因而強度高且耐久性優異。為使暴露于侵蝕環境的鋼筋混凝土結構壽命長久的目的，運用阻銹劑、環氧涂層鋼筋和陰極保護等，也是同期出現，并且已為眾所周知的先進技術途徑。
　　一、高效減水劑
　　高效減水劑是混凝土技術的一個重大突破，它在今后許多年里將對混凝土的生產與應用帶來重大的影響。上世紀60年代萘磺酸鹽與磺化蜜胺樹脂，是高效減水劑代表性產品。目前，高效減水劑已在全世界范圍內廣泛應用于生產高強、高流動性和耐久性的混凝土。但萘磺酸鹽與磺化蜜胺樹脂通常存在坍落度損失快的問題，雖然可以通過在現場后添加的方式來解決，但這樣既費錢又費事。1986年，日本開發了長效的高效減水劑，它是含羧酸鹽、酰胺或羧酸酐的水溶性化合物。硅酸鹽水泥水化形成的堿性溶液逐漸激活高效減水劑，生成水溶性分散劑，有助于坍落度長時間維持。含有環狀聚合物的聚羧酸高效減水劑的開發，使拌合物能夠同時具有高流動度、坍落度長時間保持且高抗離析。萘系與蜜胺系的長效減水劑商品現在也已問世。
　　二、高強混凝土
　　CBC（化學粘結陶瓷）、MDF（無宏觀缺陷）水泥制品和DSP（微粒壓實產品）是新的一族高強水泥基材料，它們具有很高的抗壓強度和彈性模量，但限于非結構應用。為達到高強結構應用的高韌性要求，法國Richard等人開發出摻有鋼纖維的活性粉末混凝土，實際是超塑化的活性粉末砂漿。其水泥用量為1000Kg/m3；細砂與煅燒石英230Kg/m3；水150～180Kg/m3；和微纖維630Kg/m3。用機械壓實的試件經400℃熱處理后，抗壓強度可達680MPa、抗折強度100MPa、彈性模量75GPa。現在預測活性粉末混凝土未來的發展還為時過早，因為盡管它的初始費用高昂、加工技術復雜，但在建筑業還是有適當的用途，特別是在高侵蝕環境中，大摻量的微纖維使其抗裂性能提高，保證了它的水密性。
　　三、高性能混凝土
　　所謂高性能混凝土，開始是用于表征具有高工作度、高強度和高耐久性的混凝土。因此高強混凝土和高性能混凝土的首要區別是后者強調高耐久性。Aitcin曾預言：摻礦渣、粉煤灰、硅粉、亞粘土、稻殼灰和石灰石粉的三元混合水泥除了可以使高性能混凝土的制備更經濟外，還能發揮它們的超疊作用，改善其新拌與硬化時的性質。高性能混凝土發展的另一領域是高性能輕混凝土，由于骨料的質量不同，密度為2000Kg/m3、抗壓強度在70～80MPa的高性能輕混凝土在一些國家已經商品化并用于構件生產。在澳大利亞、加拿大、日本、挪威和美國，高性能輕混凝土已用于固定式和漂浮式鉆井平臺；因為水泥漿和骨料之間的界面粘結強度高，它可以不透水，所以在侵蝕環境中能夠很耐久。
　　采用摻10%～15%硅粉甚至更高的混合水泥配制的超塑化混凝土，具有優良的粘附力，因此適用于濕噴的噴射混凝土進行結構修補，這也是高性能混凝土的應用領域之一。
　　四、自密實混凝土
　　技術工人短缺和節省施工時間，是日本開發和應用自密實混凝土的主要原因。由于這種混凝土要有足夠的粘聚性，以保證其澆注過程不致離析，粉體需用量較大，如果全用水泥，容易導致開裂，因此粉煤灰、礦渣或石灰石粉的摻量通常較高。如日本明石大橋的錨固墩290000方混凝土里均摻有150Kg/m3石灰石粉。在法國，預拌混凝土廠生產供應自密實混凝土，作為無噪音產品，可用于城市街區一帶的混凝土澆注。由于減小噪音、節約勞力并延長鋼模板使用壽命，預制混凝土業也對其感到興趣。
　　五、延長使用壽命的另一些技術
　　鋼筋銹蝕已使得大量混凝土結構出現劣化。除了上述高性能混凝土以外，還有一些技術，包括阻銹劑、環氧涂層鋼筋、陰極保護和混凝土表面的保護性涂層，分別敘述如下：
　　1.阻銹劑：目前，常用的阻銹劑主要是以亞硝酸根離子為主體，如：硝酸鈣。最新研究表明：以胺基脂為阻銹劑，不僅有降低氯離子穿透混凝土保護層能力的作用，還能在鋼材表面形成一保護膜，其阻銹作用要優于以亞硝酸鈣為阻銹劑，用量為20L/ m3的效果。
　　2.環氧涂層鋼筋(ECR)：美國在20世紀70年代就將其用于橋面板；80年代用于停車場坡道。最新研究表明：采用ECR，只能延長10～15年鋼筋不生銹。對于ECR在價格性能比方面，是否適宜作為長期阻銹的措施下定論還為時尚早。
　　3.鋼筋混凝土的陰極保護：陰極保護技術包括在相反方向外加電流和犧牲陽極來抑制電池電流。外加電流法通常用于受氯鹽污染的鋼筋混凝土結構的防銹；一些研究者報道：鋼材與混凝土間粘結力的劣化，很可能是由于鈉鉀離子的積聚，它造成鋼—混凝土界面的軟化；劣化程度隨外加電流的密度和混凝土中含氯量的增大而加劇。
　　4.表面涂層：運用表面涂層保護鋼筋免于銹蝕的做法，其有效性長期以來受到疑義，這是由于涂層材料的來源很廣，而類似的涂層的擴散特性差異顯著。但高彈性的丙烯酸橡膠涂層，具有優異的工程性質與非常小的擴散系數，這種涂層改善混凝土耐久性的效果，包括控制有害的堿-硅膨脹的效果已經證實。
　　六、高摻量粉煤灰和礦渣混凝土
　　當今全世界粉煤灰的年排量約為4.5億噸，只有0.25億噸，或6%作為混合材用于水泥或礦物摻合料用于混凝土。如果產灰國將粉煤灰在混凝土里的應用加速，那么混凝土對環境友好的作用就能大大增強。
　　1.結構混凝土：摻有高效減水劑的混凝土，當拌合物的水膠比為0.3或者更低時，最多可達60%的水泥用粉煤灰代替，并具備強度與耐久性優異的特性。
　　2.碾壓混凝土大壩（RCCD）：自80年代以來，碾壓混凝土筑壩技術在全世界被廣泛接受，作為建設中等高度大壩最快也最經濟的施工方法。在碾壓混凝土中通常摻有大量火山灰質材料，主要是粉煤灰。
　　3.高摻量礦渣水泥：每年全世界高爐礦渣的產量大約為1億噸，作為膠凝材料的比率很低。根據Lang等人最近的研究，用一種德國產含礦渣77.8%的水泥（比表面積為405m2/Kg）制備超塑化混凝土，水泥用量455Kg/m3；水膠比0.28；其1d、3d、7d、28d抗壓強度分別為13、37、58和91MPa。該混凝土具有良好的抵抗碳化、有機溶液滲透和凍融循環能力（不摻引氣劑）和鹽剝蝕。
　　七、混凝土再生骨料
　　由于各種不同的原因，建筑業將混凝土廢料再利用的重要性在增長，在許多國家的研究文獻和近來一些國際會議中得到反映。除了環境保護以外，天然骨料資源的保護、廢料堆積場所短缺和廢料堆積費用的上升，都是將廢棄混凝土作為再生骨料的原因。
　　廢棄混凝土加工的骨料取決其潔凈度和堅實度，這與其來源和加工技術有關。利用預制場和預拌混凝土廠剩余混凝土加工的骨料通常比較干凈，性質與剛加工的骨料接近；來源于拆除的路面或水工結構的廢棄混凝土，需要篩分去除粉粒。許多實驗室和現場研究表明：廢棄混凝土相當于粗骨料的顆粒可以用來代替天然骨料，進行比較試驗的結果是前者作為骨料配制的混凝土抗壓強度和彈性模量至少是后者的2/3。
　　八、對混凝土技術進展的評價
　　1.由于復雜的加工技術、高昂費用和產品對環境的不利影響，看來無宏觀缺陷水泥與砂漿、化學粘結陶瓷和活性粉末砂漿總的來說今后只會對混凝土業產生不大的影響。
　　2.超塑化混凝土拌合物（摻或不摻硅粉）、自密實混凝土將繼續在混凝土業應用，由于其粘稠和自身收縮大的特性，需要特別注意抹面和養護，因此對混凝土業的影響為中等。
　　3.由于技術簡單、初始費用低、高耐久性和有益于環境等原因，超塑化大摻量粉煤灰混凝土未來可望對混凝土業產生重大影響。在三元復合方面，即水泥、硅粉或稻殼灰、大摻量粉煤灰或礦渣，還有大量研究與開發工作要做。
　　4.對阻銹劑、環氧涂層鋼筋、外表面涂層和陰極保護等技術下定論為時尚早，與大摻量粉煤灰或礦渣混凝土相比，它們高昂的費用和對環境的影響是主要缺點。
　　參考文獻:
　　1.李鐘華.150MPa超高強水泥基復合材料的試驗研究.西北工業大學碩