更多的混凝土技术.docx

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10.3.4高强高性能混凝土

高性能混凝土的概念是1990年5月由美国国家标准与技术研究院（NIST）和美国混凝土协会（ACI）首先提出的。

高性能混凝土最重要特征是其优异的耐久性，耐久性可达百年以上，甚至可以达到500年，是普通混凝土的3～5倍。

混凝土的高耐久性可以减少结构的维修与翻新，节约材料与人工费，节约资源等，尤其对重要工程、纪念性建筑有重要意义。

高强混凝土是混凝土技术的一个重要发展方向，它的重要特点是耐久、强度高、变形小，能适应现代工程结构向大跨、高耸、重载方向发展和承受恶劣环境条件的需要，符合现代施工技术采用工业化生产（工厂预拌混凝土、工厂预制构件）的要求。

高强混凝土大大提高了混凝土及钢筋混凝土构件的承载力，并能有效地减少构件截面的尺寸和减轻构件或建筑物自重，增加建筑使用面积或净空，并可以节省材料总用量及材料运输费，因而其应用已越来越广泛。

但是，高强混凝土材料在力学性能上呈现明显的脆性，在受压时表现出较小的塑性和更大的脆性，大体积高强混凝土易产生大面积开裂；此外，高强混凝土的极限应变较普通混凝土小，易于产生劈裂现象，对抗震不利，这些不利因素都影响了高强混凝土更广泛的使用。

与单一指标强度比较，耐久性是个非常复杂的问题，它涉及的内容和影响因素很多，但不管是由何种原因引起的混凝土的耐久性不合格而产生的破坏，其最终均表现为出现裂缝。

因此，有效地提高混凝土的抗裂性无疑对提高混凝土的耐久性有重要的意义，由此亦使混凝土高性能化。

针对高强混凝土存在的一些不利因素，可以通过混凝土改变的组成，克服混凝土的某些性质。

例如：

高强混凝土水泥用量多，水灰比低，加入硅粉之类的活性材料，硅粉作为混凝土矿物掺合料，由于它的超细颗粒能够填充水泥混凝土中的孔隙，提高混凝土的密实性。

与高效减水剂共同作用，能够降低水灰比，并且具有显著的火山灰效应，大大提高混凝土强度。

对控制混凝土离析和坍落度损失作用明显，混凝土和易性、流动性好，硬化后的混凝土密实度好。

为提高混凝土强度的主要措施是：

①使用高效减水剂降低水灰比，这是获得高强及高流动性混凝土的主要技术措施；②采用优质骨料、优质水泥及优质掺合料，如优质磨细粉煤灰、硅粉、天然沸石或超细矿渣。

10.3.5预填骨料灌浆混凝土

预先在模板内将粗骨料铺好、振实，再向其空隙中强制注入水泥砂浆的混凝土称为预填骨料灌浆混凝土。

一般用于外形简单、对混凝土强度等级要求不很高的厚大混凝土结构，如道路工程、水下灌注工程、配筋率很高的混凝土及防射线混凝土等。

采取这种工艺，可以缩短工期，从而取得良好的经济效益。

预填骨料法的优点：

①砂浆搅拌效率高，使用设备少，灌注效率高；②可灌注浇注混凝土困难的部位，如底部有部分积水无法排净，钢筋布置密列等；③灌注的砂浆有一定的膨胀率，与四周的旧混凝土及骨料粘结力高。

主要缺点是：

①混凝土早期强度低，强度等级达到C35都很困难；②对粗骨料要求严格；③模板要有严格的防漏浆措施。

10.3.6碾压混凝土

碾压混凝土是以适宜稠度的混凝土拌合物进行薄层浇注，通过振动、碾压密实的混凝土。

碾压混凝土近年发展较快，可用于大体积混凝土结构（如水厂大坝、大型基础）、工业厂房地面、公路路面及机场道面等。

碾压混凝土是一种坍落度为0的超干硬性混凝土，施工时必须严格控制用水量，以保证碾压混凝土的正常作业。

碾压混凝土的施工机械与常规混凝土完全不同，场运输采用自卸汽车，其平整使用推土机，振实用碾压机，层间处理用刷毛机，切缝用切缝机。

整个施工过程的机械化程度高，施工效率高，劳动条件好。

可大量掺用粉煤灰。

与普通混凝土相比，浇筑工期可缩短1/3～1/2，用水量可减少20％，水泥用量可减少30％～60％。

在公路、工业厂房地面等大面积混凝土工程中，采用碾压混凝土，或者在碾压混凝土中再加入钢纤缝，成为钢纤维碾压混凝土，则其力学性能及耐久性还可进一步改善。

10.3.7超高强混凝土

超高强的混凝土，其立方体抗压强度可达200-800Mpa，抗拉强度可达25～150Mpa，断裂能可达30kJ/m2，单位体积质量为2.5～3.0t/m3。

制成这种混凝土的主要措施是：

①减小颗粒的最大尺寸，改善混凝土的均匀性；②使用活性微粉及极微粉材料，以达到最优堆积密度；③减少混凝土用水量，使非水化水泥颗粒作为填料，以增大堆积密度；④增放钢纤维以改善其延性；⑤在硬化过程中加压及加温，使其达到很高的强度。

普通混凝土的级配曲线是连续的，而超高强混凝土的级配曲线是不连续的台阶形曲线，其骨料粒径很小，接近于水泥颗粒的尺寸。

超高强混凝土的水灰比可低到0.15，需加入大量的超塑化剂，以改善其工作度。

超高强混凝土的价格比常用混凝土稍高，但大大低于钢材，可将其设计成细长或薄壁的结构，以扩大建筑使用的自由度。

在国外已有成功经验，目前还没有国内的经验报道。

10.3.8膨胀混凝土

补偿收缩混凝土是一种膨胀混凝土，它是由水泥水化产生体积膨胀，通过膨胀能对限制力做功，产生的限制膨胀抵消混凝土干燥、降温以及荷载等作用引起的限制收缩，一般在所使用的配筋条件下能使混凝土内部建立0.2～0.7Mpa的压应力，主要是对干燥收缩进行补偿。

可以用膨胀水泥或硅酸盐类水泥掺膨胀剂与粗细骨料、掺合料、化学外加剂、水共同搅拌，配制不同膨胀能的补偿收缩混凝土。

补偿收缩混凝土具有补偿混凝土干缩和密实混凝土、提高混凝土抗渗性作用，在土木工程中主要用于防水和抗裂两个方面，现在使用较多的场合是配制高等级防水混凝土和适当延长伸缩缝或后浇带间距。

混凝土膨胀剂用来配制膨胀混凝土（包括补偿收缩混凝土和自应力混凝土），混凝土膨胀剂是指在混凝土拌制过程中与水泥、水拌合后经水化反应生成钙矾石或氢氧化钙，使混凝土产生体积膨胀的外加剂。

国家行业标准规定膨胀剂分硫铝酸钙类、硫铝酸钙--氧化钙类与氧化钙类三种。

硫铝酸钙类膨胀剂是目前的主流产品，国内外绝大多数膨胀混凝土都采用水化硫铝酸钙（即钙矾石）为膨胀源。

另有一部分氧化钙类膨胀剂，硫铝酸钙--氧化钙类膨胀剂市场上很少见。

硫铝酸钙和氧化钙膨胀剂各有特点，硫铝酸钙类膨胀剂具有膨胀缓和，可控制性好，使用安全，存放期长的特点，因而应用比较广泛。

但该类膨胀剂配制的混凝土不适合用于长期环境温度为80℃以上的工程。

氧化钙类膨胀剂具有膨胀能高，膨胀爆发力强、早期膨胀大的特点，但如果煅烧控制不好，容易引发后期膨胀，该类膨胀剂存放期短，控制比较困难，用氧化钙类膨胀剂配制的混凝土不适合用于海水或有侵蚀性水的工程。

膨胀剂掺量的确定与一般化学外加剂掺量的确定方法一样，必须通过试验的方法确定。

确定混凝土膨胀剂掺量的正确方法是按照GBJ50119《混凝土膨胀剂应用技术规范》中的试验方法，使用实际工程原材料进行限制膨胀率试验，以达到工程设计的限制膨胀率和强度指标时的膨胀剂掺量为准。

比较科学的方法是参照现成的规范和既有工程实践经验，一般部位的补偿收缩UEA掺量约8％，单方用量约30～40kg，混凝土限制膨胀率约0.02～0.025％；后浇带混凝土UEA掺量约10％，单方用量约40～45kg，混凝土限制膨胀率约0.025～0.03％。

10.3.9防水混凝土

防水混凝土分为骨料级配防水混凝土、普通防水混凝土、外加剂防水混凝土、膨胀水泥防水混凝土等。

骨料级配防水混凝土是用三种或三种以上不同级配的砂、石按不同比例混合而成，并加入一些粉料，使其达到最小孔隙率和最大的密实度来提高混凝土的抗渗性，因配制繁琐，使用较少。

普通防水混凝土是通过调整普通混凝土组分的方法来提高自身密度和抗渗性。

外加剂防水混凝土是在混凝土混合物中掺入少量外加剂以提高混凝土的密实性、抗渗性。

膨胀水泥防水混凝土石用膨胀水泥、无收缩水泥、塑化水泥或普通水泥中掺加膨胀剂使混凝土密实并提高抗渗性。

防水混凝土用于建筑工程可兼起结构物的承重、围护与防水三重作用，与一般卷材防水相比，防水混凝土结构具有使用耐久，能承受一定温度和冲击作用，施工工序少，操作简便，速度快，材料来源广，造价低等特点。

防水混凝土适用于各种形状的刚度较大、表面温度不高的整体钢筋混凝土结构和构筑物、地下室、地下通廊、地下坑、泵房、隧道、沉井、水池、水塔、油罐、设备基础等，但不宜用于受冲动震动或高温作用的结构。

防水混凝土原材料要求：

①水泥：

在不受侵蚀性介质和冻融作用时，宜用普通水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、如果采用矿渣水泥应掺加外加剂。

在受冻融时，应选用普通水泥，水泥强度等级不宜低于32.5，不得使用过期或受潮结块的水泥。

②石子：

粒径不宜大于40mm，吸水率不大于1.5％，含泥量不大于1％。

③砂：

宜采用中砂，含泥量小于3％。

④外加剂：

常用有引气剂、减水剂、密实剂、早强剂等。

⑤粉细料：

防水混凝土可掺一定数量的磨细粉煤灰或磨细砂、石粉等，粉煤灰掺量不应大于2％，磨细纱、石粉的掺量不宜大于5％，粉细料应全部通过0.15mm筛孔。

⑥膨胀剂

防水混凝土配合比：

防水混凝土的抗渗等级应根据地下水的最大水头与防水结构设计壁厚的比值确定。

普通防水混凝土配制主要是以抗渗强度等级为控制指标，一般要求水灰比小于0.6，水泥用量不小于300kg/m3，砂率不小于35％，灰砂比不小于1：

2.5，坍落度为3～5cm。

10.3.10耐火混凝土

耐火混凝土是用水泥与耐火粗、细骨料、粉料和水按一定比例配制而成，具有能长期经受高温、并保持所需的物理力学性能的特性，适用于热工设备衬护墙、炉坑、烟囱内衬以及基础等。

耐火混凝土材料要求：

①水泥：

采用强度等级32.5以上普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥。

普通水泥中不得掺有石灰岩混合材料，矿渣水泥的水渣含量不得大于50％。

②粗细骨料：

可用普通黏土砖、耐火黏土砖、高铝砖等碎块、黏土熟料、矾土熟料、安山岩、玄武岩块。

粗骨料粒径一般为5～25mm，细骨料粒径为0.15～5mm。

③掺和料：

用黏土砖粉、黏土熟料、矾土熟料、粉煤灰、高炉水渣等粉料，其细度要求通过4900孔/cm2筛不少于70％，含水率不大于1.5％，掺入量为水泥总量的30％～100％。

极限使用温度在350℃及以下的耐热混凝土可不加掺和料。

10.3.11抗冻混凝土

抗冻混凝土系在普通混凝土中掺入少量松香酸纳引气剂配制而成，由于引气剂在混凝土中产生大量细小而均匀的微泡，能填充混凝土的空隙，并堵塞毛细管通路，使外部水分不宜渗入，当微泡周围混凝土毛细管中水分受冻膨胀时，微泡又能起一定缓冲作用，免除或减少水泥石因受冻出现裂缝的继续扩大，因而具有良好的抗冻、抗渗性能。

抗冻混凝土适用于制冷设备基础工程，公路桥梁等需要抵抗冻融循环的结构。

抗冻混凝土材料的要求：

①水泥：

采用强度等级32.5硅酸盐水泥或普通水泥。

②砂：

采用中砂，含泥量应小于3％。

③碎石：

粒径5～40mm，经15次冻融循环试验合格（总重损失小于５％）的坚实级配花岗岩或石英岩碎石，不应有风化颗粒，含泥量小于１％。

④引气剂：

用不加胶质的松香酸钠加气剂。

10.3.12耐低温混凝土

耐低温混凝土系采用水泥、膨胀珍珠岩砂和泡沫剂加水配制而成，具有轻、导热系数低、耐火、隔热、隔音、耐冻、断冷等优良性能，适用于深冷做隔热保温材料以及管道屋面，隧道等做隔热、吸音、减噪、保温层。

耐低温混凝土材料的要求：

①水泥：

采用强度等级42.5或52.5硅酸盐或普通水泥，要求无结块，夏季宜用水化热较低的矿渣水泥。

②膨胀珍珠岩砂：

白色或灰白色颗粒，平均粒径0.33～0.44mm，一般用三级品，密度以160～220kg/m3为宜。

③引气剂：

用松香碱和动物胶配制而成。

10.3.13耐碱混凝土

耐碱混凝土是由普通硅酸盐水泥的耐碱的粗细骨料、粉料配制而成，混凝土可耐50℃以下，浓度25％的氢氧化钠和50～100℃、浓度12％的氢氧化钠和铝酸钠、任何浓度的氨水、碳酸钠、碱性气体和粉尘等的腐蚀。

适用于做耐碱，地平面层、储碱池、槽结构以及受碱腐蚀的设备基础等。

耐碱混凝土材料的要求：

①水泥：

采用强度等级32.5以上的普通水泥，水泥熟料中铝酸三钙含量不应大于9％；碳酸盐水泥由水泥熟料和石灰石粉按1：

1混合而成。

Ⅰ级耐碱混凝土水泥用量不得少于360kg/m3，水灰比不得大于0.50；Ⅱ级耐碱混凝土水泥用量不得少于300kg/m3，水灰比不得大于0.55。

②粗细骨料和粉料：

采用耐碱密实的石灰石类、石英岩等制成碎石、砂和粉料，亦可用石英质砂。

砂中小于0.15mm的粉末含量不宜大于20％，砂的细度模数在2.47～3.59。

粉料的细度宜小于0.15mm，要求干净无杂质，加入量宜占总骨料的6％～8％，水泥用量大时，亦可少加或不加。

粗细骨料、粉料的碱融率不应大于1g/L。

10.3.14耐油混凝土

耐油混凝土是在普通混凝土中掺入外加剂氢氧化铁、三氯化铁或三乙醇胺复合剂经过充分搅拌配制而成。

具有良好的密实性、抗油渗性能。

抗油渗等级可达到P8～P12。

适用于建造储存轻油类、重油类的油槽，油罐及地坪面层等。

耐油混凝土材料的要求：

①水泥：

强度等级32.5及其以上硅酸盐水泥或普通水泥，要求无结块。

②粗细骨料：

采用粒径5～40mm的符合筛分曲线、质地坚硬的碎石，空隙率不大于43％，吸水率小，砂用中砂，平均粒径0.35～0.38，不含泥块杂质。

砂石混合后的级配空隙率不大于35％。

③水：

一般洁净水。

④外加剂。

1）氢氧化铁：

用1kg纯三氯化铁溶解于水，再加入0.75kg纯氢氧化钠充分中和至PH=7～8为止，可制得0.66kg纯氢氧化铁，在用6倍清水分三次清洗沉淀、滤净达到氯化钠含量小于12％制得。

2）三氯化铁混合剂：

三氯化铁溶液掺加含一定量木质素的木糖浆而成。

三氯化铁溶于2倍水中，再加入其重量10％的明矾，徐徐倒入三氯化铁溶液搅拌均匀即可。

木糖浆与水按1：

2溶解。

使用时三氯化铁与木糖浆分别加入。

3）三乙醇胺复合剂。

10.3.15蛭石混凝土

蛭石混凝土是以水泥与不同颗粒膨胀蛭石和水配制而成。

具有质量密度轻，有优良的保温、隔热、隔音和耐火性能和一定的强度。

适用于做屋面、炉墙、烟道的隔热层及恒温室蒸汽管道和热工设备的保温。

蛭石混凝土材料的要求：

①水泥：

用强度等级32.5硅酸盐或普通水泥。

②沥青：

用30号或55号石油沥青。

③蛭石：

粒径5～15mm，密度115～380kg/m3，导热系数0.058W/（m·K）。

10.3.16无砂大孔混凝土

无砂大孔混凝土是用卵石或碎石和水泥加水配制浇筑而成的一种轻混凝土。

有时为提高强度，可加入少量砂，称少砂混凝土。

具有密度小，导热系数低，透气率大，隔热、隔音、抗震、抗冻、耐火性能好，收缩小等特性，同时施工简单，可就地取材，造价低；但强度一般较低，渗透性大。

适用于建造4层以下的民用房屋内外墙体；用做承重墙厚度一般为18～20cm，非承重墙为12～15cm，墙面宜抹灰，以增加耐火性，或做复合保温墙板；由于其容易拆的特性，亦可做临时建筑墙体，或用于做排水暗管或制作管井井点用的井管。

无砂大孔混凝土强度等级有C1.0、C1.5、C2.5、C3.5、C5.0、C7.5、C10等七个等级。

大孔混凝土决定强度的主要因素是水泥用量，而非水灰比，水泥用量一般介于100～150kg/m3之间，有时达200～300kg/m3，水灰比在0。

35～0。

55之间，水泥与骨料体积配合比波动于1：

6～1：

15之间，多采用1：

8～1：

10。

无砂大孔混凝土材料的要求：

①水泥：

用强度等级32.5以上的硅酸盐或普通水泥，无结块。

②骨料：

用颗粒均匀，粒净为10～40mm的卵石或碎石，洁净无杂质，含泥量小于2％。

10.3.17喷射混凝土

喷射混凝土是将按一定的比例配合搅拌均匀的水泥、砂、石子、速凝剂等干拌合料送入喷射机内，利用压缩空气将拌合料经过管道压送至喷枪嘴，在喷嘴后部与通入的压力水混合，以高速喷于结构物或岩石表面，硬化后形成一层密实混凝土，从而对结构物或岩石起到加强或保护的作用。

具有混凝土密实度高，强度大，黏结力强，耐久性、抗冻、抗渗性好、可节省混凝土，同时施工工艺简便，不用或少用模板，节省大量模板材料，省去支模工序，将水平垂直运输和浇灌振捣等工序合二为一，快速高效，降低成本等优点，但作业条件差，表面平整度要差一些。

适用于地下水池、油罐大型管道的抗渗、各种工业炉衬的快速修补、混凝土构筑物的浇筑和薄层加固以及巷道、峒室、支护或喷锚支护等。

施工机具包括干式双罐式混凝土喷射机、喷枪、混凝土搅拌机、上料装置、压缩空气机、气罐、储水容器及各种输送胶管等。

喷射混凝土材料的要求：

①水泥：

宜用强度等级42.5以上的硅酸盐或普通水泥。

②速凝剂：

用红星1型、73牌号、711型或KP-P型速凝剂，掺速凝剂的水泥净浆应有良好的流动性，初凝时间不应大于5min，终凝时间不大于10min。

③砂：

用天然中粗砂，含泥量不大于5％。

④粗骨料：

宜用卵石，粒径应小于输送管径的1/3～2/5，一般为5～15mm，用连续级配，含片状颗粒不大于15％，含泥量小于1％。

⑤减水剂。

⑥早强剂：

有氯化钙、氯化钠、亚硝酸钠、硫酸钠等，宜复合使用施工配合比一般为：

水泥：

砂：

石子：

速凝剂=1：

2：

2～1.5：

0.03～0.04；水灰比0.4～0.5。

未完待续……作者：