提高混凝土技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的有效途徑

摘　要：從各種技術(shù)角度介紹了提高混凝土技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的切實(shí)可行的方法。

關(guān)鍵詞：混凝土；技術(shù)經(jīng)濟(jì)性；單摻；雙摻

    從1824 年約瑟夫·阿斯帕丁(J·Aspdin) 發(fā)明波特蘭水泥后，混凝土的生產(chǎn)技術(shù)迅速發(fā)展，混凝土的用量急劇增加，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。至今，混凝土已成為世界上用量最多的人造材料。因此，有效地降低混凝土的成本，提高混凝土的各項(xiàng)技術(shù)性能，對(duì)于充分利用有限的投資，延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)物的使用壽命，減少自然資源的消耗，保護(hù)生態(tài)平衡，有著非常巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

    在混凝土的基本組成材料中，水泥的價(jià)格最貴。因此，在滿足對(duì)混凝土質(zhì)量要求的前提下，單位體積混凝土的水泥用量愈少愈經(jīng)濟(jì)。減少水泥用量不僅能提高經(jīng)濟(jì)性，而且還會(huì)帶來(lái)技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)。例如:對(duì)于大體積混凝土，水泥用量少可能減少由于水化熱過(guò)大引起裂縫的危險(xiǎn)性；在結(jié)構(gòu)用混凝土中水泥用量的增大會(huì)導(dǎo)致干縮的增大和開裂。

1 　提高混凝土技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的有效途徑

1.1 　合理設(shè)計(jì)混凝土配合比

    混凝土拌合物的需水性主要取決于兩個(gè)方面：(1) 骨料的品種、最大粒徑和級(jí)配； (2) 水泥品質(zhì)。在保持水灰比不變的情況下，需水性愈大，水泥用量也必然增大。因此，原材料的選擇合理與否對(duì)混凝土的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性有很大影響。

    骨料的最大粒徑越大，需水性越小，水泥用量也將越少。因此，在條件許可的情況下，粗骨料的最大粒徑應(yīng)盡可能選得大些。對(duì)于水泥用量少的貧混凝土(每1m³混凝土的水泥用量≯170kg) ，采用大骨料更為有利。粗骨料最大粒徑(DM)對(duì)用水量(W0) 和水泥用量(Co) 的影響如表1 所示。

    粗骨料的級(jí)配對(duì)混凝土拌合物需水性的影響也很大，選擇合理的骨料級(jí)配，可以降低水泥用量。試驗(yàn)采用級(jí)配良好的細(xì)度模數(shù)為2.65 的河砂，粗骨料分別采用最大粒徑均為40mm的單粒級(jí)和連續(xù)粒級(jí)碎石，試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

由于細(xì)骨料(砂) 的粒徑較小，其空隙率和總表面積均比較大，因此砂率的變動(dòng)會(huì)使骨料的空隙率和總表面積有顯著改變，對(duì)混凝土拌合物的用水量和水泥用量也均有較大影響(如圖1 所示) 。

    由圖1 可以看出，采用最佳砂率時(shí)，能使混凝土拌合物獲得所要求的和易性和強(qiáng)度，而水泥用量最少。因此，在工程實(shí)踐中，在條件許可的情況下，應(yīng)盡可能通過(guò)試驗(yàn)找出最佳砂率。

    實(shí)驗(yàn)表明，不同品種的水泥或不同廠家生產(chǎn)的同一品種的水泥，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量有時(shí)有較大不同。因此用具有不同標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的水泥配制具有相同流動(dòng)性和W/C的混凝土，其用水量是不同的，同樣水泥用量也不同，其影響如表3 所示。

    上述試驗(yàn)分析表明，如果原材料選擇合理，通過(guò)精心設(shè)計(jì)混凝土配合比，就會(huì)以最少的用水量和水泥用量獲得混凝土拌合物所需要的和易性，并且在運(yùn)輸和澆筑過(guò)程中保持均勻一致而不出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象，密實(shí)成型后能保持體積穩(wěn)定而不產(chǎn)生嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象，從而使硬化混凝土獲得所要求的強(qiáng)度、良好的結(jié)構(gòu)連續(xù)性和密實(shí)性。

1.2 　單摻磨細(xì)粉煤灰

    在混凝土中摻入一定量的粉煤灰后，除了粉煤灰本身的火山灰活性作用，生成硅酸鈣凝膠，作為膠凝材料一部分起增強(qiáng)作用，并消除使水泥漿體中物理力學(xué)性質(zhì)脆弱和化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的Ca(OH)₂外，粉煤灰在新拌混凝土中，粉煤灰微珠既有獨(dú)特的“滾珠軸承”和“解絮”擴(kuò)散的行為，又能與水泥和細(xì)砂共同發(fā)揮混凝土顆粒級(jí)配中的微集料作用，從而改善新拌混凝土和硬化混凝土的均勻性，最終使水泥漿體形成高度致密的“微混凝土”。

    摻磨細(xì)粉煤灰混凝土的技術(shù)性能試驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。

    試驗(yàn)結(jié)果表明，用適量磨細(xì)粉煤灰取代一定數(shù)量的水泥后，不但能保持和易性和28d 強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土等效，而且粉煤灰的增密作用使粉煤灰混凝土的抗?jié)B性和后期強(qiáng)度顯著提高。同時(shí)有研究資料表明，粉煤灰還可以從化學(xué)上穩(wěn)定Ca OH)₂，從物理上細(xì)化毛細(xì)孔，大大改善混凝土的抗化學(xué)侵蝕能力，有效降低水化熱，并使混凝土的抗拉應(yīng)變能力和彈性模量提高，收縮性減小。

    盡管在混凝土中摻入一定量的粉煤灰有降低混凝土的堿度，削弱對(duì)鋼筋的保護(hù)之虞，但美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)的研究表明，粉煤灰混凝土能保持較高的堿度，粉煤灰與Ca(OH)₂的作用實(shí)質(zhì)上并沒有改變堿性條件，近年的許多研究也都證實(shí)了這一點(diǎn)。另外，粉煤灰能改善混凝土的體積變化，避免混凝土出現(xiàn)微裂縫，提高氣密性，從而顯著增強(qiáng)抗碳化能力。亦即粉煤灰混凝土對(duì)于保持鋼筋表面鈍化膜是有保障的。

1.3 　單摻高效減水劑

    目前世界各國(guó)對(duì)混凝土減水劑的研究和應(yīng)用，已越來(lái)越廣，而成為混凝土不可缺少的第五組分，尤其是高效減水劑的開發(fā)應(yīng)用是現(xiàn)代混凝土技術(shù)的重大發(fā)展。實(shí)踐證明，在現(xiàn)代混凝土材料與技術(shù)領(lǐng)域里，欲生產(chǎn)高質(zhì)量的混凝土，已幾乎沒有不使用高效減水劑的。在混凝土中摻加高效減水劑的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性如表5 所示。

    試驗(yàn)結(jié)果(表5) 表明，在混凝土中摻入高效減水劑可取得如下技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果：①保持和易性不變，可減水25% ，28天強(qiáng)度提高90% ，抗?jié)B性提高4 - 5 倍； ②保持和易性不變，在節(jié)約25 %水泥的情況下，28 天強(qiáng)度仍可提高26 % ，抗?jié)B性提高2 倍多； ③保持用水量和水泥用量不變，坍落度可提高17cm ，28 天強(qiáng)度提高27 % ，抗?jié)B性提高3 倍。

1.4 　雙摻磨細(xì)粉煤灰和高效減水劑

    在混凝土中雙摻磨細(xì)粉煤灰和高效減水劑，能使粉煤灰的物理效應(yīng)和高效減水劑的化學(xué)效能協(xié)同作用，相得益彰，充分發(fā)揮其潛能，顯著提高混凝土的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。試驗(yàn)結(jié)果如表6。

    試驗(yàn)結(jié)果(表6) 表明，雙摻磨細(xì)粉煤灰和高效減水劑，在保持和易性和28天強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土等效的情況下，可以節(jié)約水泥36% ，60天強(qiáng)度提高12.6% ，抗?jié)B性提高2.25倍，說(shuō)明其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性是十分顯著的。