特種混凝土技術發展與應用

奚健楊 屈帥武 陳成芹

（西北民族大學土木工程學院， 甘肅 蘭州 730030）

近年來，工程建設領域發展迅猛，且由于我國自然環境多樣化，采用具有特殊功能的混凝土來對抗惡劣的自然環境、保證工程的施工質量、延長工程的使用壽命是工程中常見的技術手段。特種混凝土以其在某方面優異的性能，成為一些重大工程項目中必不可少的材料。本文對不同應用領域的特種混凝土的工作原理與性能做了簡單介紹。

1 電熱混凝土

電熱混凝土是指在通電作用下利用所摻加的導電相（鋼渣、石墨、碳纖維等）產生熱量的混凝土，由于其早期主要應用于電工領域故又稱作為電工混凝土。前蘇聯是最早進行電熱混凝土相關研究，并且掌握其制作工藝的國家。

近年來，由于冬季降雪量的增加，道路積雪、結冰屢見不鮮，從而導致道路結冰降低了混凝土表面的摩擦因數，極易發生交通事故。其次，在混凝土的孔隙中含有部分自由水，當溫度的降低時會使自由水結冰體積增大，從而產生冰脹應力致使混凝土開裂破壞。傳統的人力除雪、除冰的方法耗時耗力，而融雪劑的使用，雖能通過降低水的冰點來緩解道路結冰現象，但其主要成分為氯鹽，這些氯鹽通過車輪的反復碾壓以及混凝土中的連通空隙繼而進入混凝土內部腐蝕鋼筋，這會對橋梁產生極大的破壞，而對于道路基層來說危害亦是不小。由此可見，發展電熱混凝土使其能夠適用于嚴寒地區以及應對暴雪等自然災害和延長工程的使用壽命是及其必要的。

電熱混凝土通過摻加導電相中的一種或多種使得自身的導電性得以改善，其電阻率降至為1Ω·m，因此電熱混凝土具有良好的發熱效果，其除雪融冰的原理是通過對電熱混凝土通電產生熱量傳遞給混凝土表層來提高雪層的溫度。這種通過物理升溫的方式來使混凝土具有抵抗冰脹應力的能力且相較于融雪劑等化學方法更環保，對混凝土的損耗更小。張永健等，在應對矮寨特大橋的融雪、防冰中采用電熱瀝青混凝土，其實驗研究表明電熱瀝青混凝土具有良好的發熱效果[1]。

2 輕質微孔混凝土

輕質微孔混凝土是指采用特殊的工藝使混凝土內部存在大量分散均勻穩定的獨立微孔結構，與輕集料相適應（如橡膠顆粒、膨脹珍珠巖和陶土等），以短纖維為增強材料，與攪拌后的快硬水泥膠凝材料漿體，攪拌混合均勻成料漿硬化后形成微孔混凝水泥石基體[2]。目前國內外對上述定義的輕質微孔混凝土的性能研究并不多。

現代建材工業發展的基本原則是安全、環保、節能、經濟。鋼框架和普通砌塊相結合的傳統建筑結構已無法滿足國家現代化發展的需求，因此為響應國家的號召，研究一種集合輕集料混凝土和泡沫混凝土特點為一體的輕集料微孔混凝土非常必要，使其能夠成為輕密度、強度高、抗裂性好、保溫性及抗凍性好并且具有一定施工性能的新型混凝土材料。應用該制品不但可墻體的維護結構，還可成為支撐主體。最大優點在于自重減輕，材料使用減少，并提高了普通混凝土所少有的熱工性能，起到節能減排，成本降低的效果[3]。

輕質微孔混凝土的特殊性能的產生機理主要是微孔的存在，微孔在該混凝土中主要是獨立封閉微小氣孔，也可認為是該混凝土中的一種缺陷，聲子容易因物質結構內部不連續而在此缺陷處發生散射，微小氣孔的存在限制氣體分子熱運動今人使其平均自由程減小，這直接使氣孔在該混凝土中充分發揮熱工性能進而影響整體。曹萬智等人[4]利用輕質微孔混凝土的這些特性并與保溫聚苯板結合開發出纖維增強微孔輕質混凝土夾芯砌塊產品，并設置了生產線，現已應用到大量的房建工程中。

3 彩色透水混凝土

彩色透水混凝土是由水泥膠結料、集料、外加劑、水、一定量彩色顏料等，按照一定的配合比計算調制而成的一種多孔輕質的新型綠色地面鋪裝制品[5]，并能廣泛應用于道路來裝點城市景觀。目前透水混凝土是城市內澇的主要解決手段之一，是國內外專家研究的熱點，而彩色透水混凝土的彩色用途也被經常性用于斑馬線、人行道和警示線等，極大擴展了彩色透水混泥土在未來的使用范圍。

彩色透水混凝土的工作原理主要影響因素是骨料級配和彩色顏料種類。該混凝土一般采用單粒徑的顆粒級配，集料粒徑選用的越小，集料顆粒之間接觸面積也越大，越容易形成封閉孔隙，使其強度得到一定提高，但這往往會使貫穿型的有效孔隙率降低，進而使透水系數減少[6]，該混泥土的透水性能也會受到影響，因此要選擇合適集料級配是制透水混凝土的關鍵。范超群等[7]在實驗的基礎上發現無機顏料較有機顏料更適合制作彩色透水混凝土，其中無機氧化鐵類顏料的摻加能提高路面透水性、抗滑性和耐久性。并且還得出結論顏色摻量與顏色種類有關，顏色越鮮艷摻量越高。

彩色透水混凝土的優勢主要表現在有極強的水循環能力，能夠優化城市的生態環境、凈化城市地下水以及高透水性、施工簡化等，并利用彩色去鋪筑功能性路面如警戒線、斑馬線等。目前其主要被應用用到對道路、園林以及室外工程的廣場。其應用實例有廈門市翔安新城洪鐘大道、太倉市經濟開發區景區。

4 納米材料改性混凝土

納米材料改性混凝土作為傳統材料與現代材料的碰撞結合，既提高了原始水泥基混凝土的強度與耐久性，又具備了納米材料一些特殊的功能。

納米二氧化硅（NS）與納米二氧化鈦（NT）因其較低的經濟成本廣泛應用于納米改性材料研究和工程應用當中。就目前而言，針對NS 的研究與工程應用主要集中在兩個方向：一是利用內摻NS 在水泥水化過程中的加速效應來提高水化速度；二是水泥基表面覆蓋NS 進行表面處理，從而增強混凝土的耐久性。然而納米二氧化硅的作用效果對其在基體的分散程度具有很強的依賴性，因此提升NS 在基體中的分散程度能夠提高NS 的有效利用率。對于NT 來說，由于其具有光催化分解廢氣與PM2.5 的作用已在很多復合材料中得到應用，但對于水泥基混凝土來說還未找到先進的工藝使其能夠在混凝土拌合時摻入其中并能浮于混凝土表面從而最大程度的利用其光催化效應改善環境，故經常將NT 與高分子材料配制成涂料，涂抹在混凝土表面，通過涂料與混凝土表面形成較強的摩擦力以達到增強涂料的耐磨性，因此NT 涂料與混凝土具有很好的協同工作能力并達到降解廢氣與細顆粒物的目的。 凝土與砌體結構》中選取工程實例可以注意三點要求：第一，適當引入民族文化特色建筑的工程實例，可以增加學生的學習興趣和積極性。例如：在藏漢混合班里進行砌體結構強度設計值計算和一般構造要求的教學時，可以適當引入藏式民居石材砌體結構，了解藏式建筑的一般構造特征，對比與普通民居建筑的區別。第二：難度要適中。例如：在進行樓蓋設計學習時，優先引入結構簡單的框架宿舍樓、辦公樓等，這樣在進行梁柱布置時學生可以參考教材和課堂內容，有利于對知識點進行加強。第三：以對知識的應用訓練為目的。所選工程實例應該具有典型性，注重完成質量。由于學時有限，旨在對知識點進行應用訓練，不能直接和實際設計院成果等同。例如：在進行樓蓋設計時，主要看學生的“布結構、算荷載、定簡圖、求內力、配鋼筋”各部分計算是否正確完整，對于結構的經濟性及其他的輔助性要求應該淡化，可以去建立這方面的思想，但不作為該課程中的要求。

2.4 分析學生完成作業情況，進行綜合改進

批閱作業是教師對學生掌握知識情況的主要手段，針對教學效果作出教學措施。教師批閱學生作業需要細致、全面，不僅對各個學生在作業中表現出來的問題進行糾正，同時需要多角度進行分析比較，如：不同類型題目的正確率、不同層次學生的正確率，不同知識點的正確率等，針對數據制定具體的教學措施進行糾偏處理。

3 展望

民族類混合班教學效果差異性較大的問題是當下民族類高校高度重視的問題[3]。如何高效達到預期教學效果，培養出適應社會發展、專業基礎扎實的新工科人才也是多數學者關注的問題?？偟膩碚f，民族類高校的專業課教學工作普遍存在課時較少的問題，而《混凝土與砌體結構》課程中抽象知識點較多，教改力度根據不同學校的培養需求有所不同，教改的方向還需從實際出來，在傳統的教法上去粗取精，適應當下的專業發展要求。