不同用途特種混凝土性能淺析

　　一、抗?jié)B混凝土
　　抗?jié)B混凝土系指抗?jié)B等級(jí)不低于P6級(jí)的混凝土。即它能抵抗0.6MPa靜水壓力作用而不發(fā)生透水現(xiàn)象。為了提高混凝土的抗?jié)B性，通常采用合理選擇原材料、提高混凝土的密實(shí)程度以及改善混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)等方法來實(shí)現(xiàn)。目前，常用的防水混凝土的配制方法有以下幾種。
　?。ㄒ唬└凰酀{法
　　這種方法是依靠采用較小的水灰比，較高的水泥用量和砂率，提高水泥漿的質(zhì)量和數(shù)量，使混凝土更密實(shí)。
　　防水混凝土所用原材料應(yīng)符合下列要求：
　?。?）水泥強(qiáng)度等級(jí)不宜低于32.5，其品種應(yīng)按設(shè)計(jì)要求選用，當(dāng)有抗凍要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用硅酸鹽水泥；
　　（2）粗骨料的最大粒徑不宜大于40mm，其含泥量不得大于1%，泥塊含量不得超過0.5%；
　　（3）細(xì)骨料的含泥量不得大于3%，泥塊含量不得大于1%；
　?。?）外加劑宜采用防水劑、膨脹劑、引氣劑或減水劑。
　　防水混凝土配合比計(jì)算應(yīng)遵守以下幾項(xiàng)規(guī)定：
　　（1）每立方米混凝土中的水泥用量（含摻合料）不宜少于320kg；
　?。?）砂率宜為35%～40%；灰砂比宜為1:2～2.5；
　?。?）防水混凝土的最大水灰比應(yīng)符合規(guī)定。

　?。ǘ┕橇霞?jí)配法
　　骨料級(jí)配法是通過改善骨料級(jí)配，使骨料本身達(dá)到最大密實(shí)程度的堆積狀態(tài)。為了降低空隙率，還應(yīng)加入約占骨料量5%～8%的粒徑小于0.16mm的細(xì)粉料。同時(shí)嚴(yán)格控制水灰比、用水量及拌合物的和易性，使混凝土結(jié)構(gòu)致密，提高抗?jié)B性。
　　（三）外加劑法
　　這種方法與前面兩種方法比較，施工簡單，造價(jià)低廉，質(zhì)量可靠，被廣泛采用。它是在混凝土中摻入適當(dāng)品種的外加劑，改善混凝土內(nèi)孔結(jié)構(gòu)，隔斷或堵塞混凝土中各種孔隙、裂縫、滲水通道等，以達(dá)到改善混凝土抗?jié)B的目的。常采用引氣劑（如松香熱聚物）、密實(shí)劑（如采用FeCl₃防水劑）、高效減水劑（降低水灰比）、膨脹劑（防止混凝土收縮開裂）等。
　?。ㄋ模┎捎锰胤N水泥
　　采用無收縮不透水水泥、膨脹水泥等來拌制混凝土，能夠改善混凝土內(nèi)的孔結(jié)構(gòu)，有效提高混凝土的致密度和抗?jié)B能力。
　　二、耐熱混凝土
　　耐熱混凝土是指能長期在高溫（200～900℃）作用下保持所要求的物理和力學(xué)性能的一種特種混凝土。
　　普通混凝土不耐高溫，故不能在高溫環(huán)境中使用。其不耐高溫的原因是：水泥石中的氫氧化鈣及石灰?guī)r質(zhì)的粗骨料在高溫下均要產(chǎn)生分解，石英砂在高溫下要發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變而體積膨脹，加之水泥石與骨料的熱膨脹系數(shù)不同。 所有這些，均將導(dǎo)致普通混凝土在高溫下產(chǎn)生裂縫，強(qiáng)度嚴(yán)重下降，甚至破壞。
　　耐熱混凝土是由合適的膠凝材料、耐熱粗、細(xì)骨料及水，按一定比例配制而成。根據(jù)所用膠凝材料不同，通?？煞譃橐韵聨追N：
　?。ㄒ唬┑V渣水泥耐熱混凝土
　　礦渣水泥耐熱混凝土是以礦渣水泥為膠結(jié)材料，安山巖、玄武巖、重礦渣、粘土碎磚等為耐熱粗、細(xì)骨料，并以燒粘土、磚粉等作磨細(xì)摻合料，再加入適量的水配制而成。耐熱磨細(xì)摻合料中的二氧化硅和三氧化鋁在高溫下均能與氧化鈣作用，生成穩(wěn)定的無水硅酸鹽和鋁酸鹽，它們能提高水泥的耐熱性。礦渣水泥配制的耐熱混凝土其極限使用溫度為900℃。
　　（二）鋁酸鹽水泥耐熱混凝土
　　鋁酸鹽水泥耐熱混凝土是采用高鋁水泥或硫鋁酸鹽水泥、耐熱粗細(xì)骨料、高耐火度磨細(xì)摻合料及水配制而成。這類水泥在300～400℃下其強(qiáng)度會(huì)發(fā)生急劇降低，但殘留強(qiáng)度能保持不變。到1100℃時(shí)，其結(jié)構(gòu)水全部脫出而燒結(jié)成陶瓷材料，則強(qiáng)度重又提高。常用粗、細(xì)骨料有碎鎂磚、燒結(jié)鎂磚、礬土、鎂鐵礦和燒粘土等。鋁酸鹽水泥耐熱混凝土的極限使用溫度為1300℃。
　?。ㄈ┧Ａ蜔峄炷?br /> 　　水玻璃耐熱混凝土是以水玻璃作膠結(jié)材料，摻入氟硅酸鈉作促硬劑，耐熱粗、細(xì)骨料可采用碎鐵礦、鎂磚、鉻鎂磚、滑石、焦寶石等。磨細(xì)摻合料為燒粘土、鎂砂粉、滑石粉等。水玻璃耐熱混凝土的極限使用溫度為1200℃。施工時(shí)嚴(yán)禁加水；養(yǎng)護(hù)時(shí)也必須干燥，嚴(yán)禁澆水養(yǎng)護(hù)。
　?。ㄋ模┝姿猁}耐熱混凝土
　　磷酸鹽耐熱混凝土是由磷酸鋁和高鋁質(zhì)耐火材料或鋯英石等制備的粗、細(xì)骨料及磨細(xì)摻合料配制而成，目前更多的是直接采用工業(yè)磷酸配制耐熱混凝土。這種混凝土具有高溫韌性強(qiáng)、耐磨性好、耐火度高的特點(diǎn)，其極限使用溫度為1500～1700℃。磷酸鹽耐熱混凝土的硬化需在150℃以上烘干，總干燥時(shí)間不少于24h，硬化過程中不允許澆水。
　　耐熱混凝土多用于高爐基礎(chǔ)、焦?fàn)t基礎(chǔ)，熱工設(shè)備基礎(chǔ)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)、護(hù)襯、煙囪等。
　　三、耐酸混凝土
　　能抵抗多種酸及大部分腐蝕性氣體侵蝕作用的混凝土稱為耐酸混凝土。
　?。ㄒ唬┧Ａ退峄炷?br /> 　　水玻璃耐酸混凝土由水玻璃作膠結(jié)料，氟硅酸鈉作促硬劑，與耐酸粉料及耐酸粗、細(xì)骨料按一定比例配制而成。耐酸粉料由輝綠巖、耐酸陶瓷碎料、石英質(zhì)材料磨細(xì)而成。耐酸粗、細(xì)骨料常用石英巖、輝綠巖、安山巖、玄武巖、鑄石等。水玻璃耐酸混凝土的配合比一般為水玻璃：耐酸粉料：耐酸細(xì)骨料：耐酸粗骨料=0.6～0.7:1:1:1.5～2.0。水玻璃耐酸混凝土養(yǎng)護(hù)溫度不低于10℃，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于6天。
　　水玻璃耐酸混凝土能抵抗除氫氟酸以外的各種酸類的侵蝕，特別是對(duì)硫酸、硝酸有良好的抗腐性，且具有較高的強(qiáng)度，其3d強(qiáng)度約為11MPa，28d強(qiáng)度可達(dá)15MPa。多用于化工車間的地坪、酸洗槽、貯酸池等。
　?。ǘ┝蚧悄退峄炷?br /> 　　它是以硫磺為膠凝材料，聚硫橡膠為增韌劑，摻入耐酸粉料和細(xì)骨料，經(jīng)加熱（160～170℃）熬制成硫磺砂漿，灌入耐酸粗骨料中冷卻后即為硫磺耐酸混凝土。其抗壓強(qiáng)度可達(dá)40MPa以上，常用于地面、設(shè)備基礎(chǔ)、貯酸池槽等。
　　四、泵送混凝土
　　泵送混凝土系指坍落度不小于100mm，并用泵送施工的混凝土。它能一次連續(xù)完成水平運(yùn)輸和垂直運(yùn)輸，效率高、節(jié)約勞動(dòng)力，因而近年來國內(nèi)外應(yīng)用也十分廣泛。
　　泵送混凝土拌合物必須具有較好的可泵性。所謂可泵性，即拌合物具有順利通過管道、摩擦阻力小、不離析、不阻塞和粘聚性良好的性能。
　　保證混凝土良好可泵性的基本要求是：
　?。ㄒ唬┧?br /> 　　泵送混凝土應(yīng)選用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥，不宜采用火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥。
　　（二）骨料
　　泵送混凝土所用粗骨料宜用連續(xù)級(jí)配，其針片狀含量不宜大于10%。最大粒徑與輸送管徑之比，當(dāng)泵送高度50m以下時(shí)，碎石不宜大于1:3，卵石不宜大于1:2.5；泵送高度在50～100m時(shí)，碎石不宜大于1:4，卵石不宜大于1:3，泵送高度在100m以上時(shí)，不宜大于1:4.5。宜采用中砂，其通過0.315mm篩孔的顆粒含量不應(yīng)少于15%，通過0.160mm篩孔的含量不應(yīng)少于5%。
　?。ㄈ胶狭吓c外加劑
　　泵送混凝土應(yīng)摻用泵送劑或減水劑，并宜摻用粉煤灰或其他活性摻合料以改善混凝土的可泵性。
　　（四）坍落度

　?。ㄎ澹┍盟突炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)
　　泵送混凝土的水膠比不宜大于0.60，水泥和礦物摻合料總量不宜小于300kg/m³，且不宜采用火山灰水泥，砂率宜為35～45%。采用引氣劑的泵送混凝土，其含氣量不宜超過4%。實(shí)踐證明，泵送混凝土摻用優(yōu)質(zhì)的磨細(xì)粉煤灰和礦粉后，可顯著改善和易性及節(jié)約水泥，而強(qiáng)度不降低。泵送混凝土的用水量和用灰量較大，使混凝土易產(chǎn)生離析和收縮裂紋等問題。
　　五、聚合物混凝土
　　聚合物混凝土是由有機(jī)聚合物、無機(jī)膠凝材料和骨料結(jié)合而成的新型混凝土，常用的有以下兩類。
　?。ㄒ唬┚酆衔锝n混凝土（PIC）
　　將已硬化的混凝土干燥后浸入有機(jī)單體中，用加熱或輻射等方法使混凝土孔隙內(nèi)的單體聚合，使混凝土與聚合物形成整體，稱為聚合物浸漬混凝土。
　　由于聚合物填充了混凝土內(nèi)部的孔隙和微裂縫，從而增加了混凝土的密實(shí)度，提高了水泥與骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度，減少了應(yīng)力集中，因此具有高強(qiáng)、耐蝕、抗沖擊等優(yōu)良的物理力學(xué)性能。與基材（混凝土）相比，抗壓強(qiáng)度可提高2～4倍，一般可達(dá)150MPa。
　　浸漬所用的單體有：甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（S）、丙烯腈（AN）、聚脂-苯乙烯等。對(duì)于完全浸漬的混凝土應(yīng)選用粘度盡可能低的單體，如MMA、S等，對(duì)于局部浸漬的混凝土，可選用粘度較大的單體如聚脂-苯乙烯等。
　　聚合物浸漬混凝土適用于要求高強(qiáng)度、高耐久性的特殊構(gòu)件，特別適用于輸送液體的有筋管道、無筋管和坑道。
　?。ǘ┚酆衔锼嗷炷粒≒CC）
　　聚合物水泥混凝土是用聚合物乳液拌和水泥，并摻入砂或其他骨料而制成。生產(chǎn)工藝與普通混凝土相似，便于現(xiàn)場(chǎng)施工。
　　聚合物可用天然聚合物（如天然橡膠）和各種合成聚合物（如聚醋酸乙烯、苯乙烯、聚氯乙烯等）。礦物膠凝材料可用普通水泥和高鋁水泥。
　　通常認(rèn)為，在混凝土凝結(jié)硬化過程中，聚合物與水泥之間沒有發(fā)生化學(xué)作用，只是水泥水化吸收乳液中水分，使乳液脫水而逐漸凝固，水泥水化產(chǎn)物與聚合物互相包裹填充形成致密的結(jié)構(gòu)，從而改善了混凝土的物理力學(xué)性能，表現(xiàn)為粘結(jié)性能好，耐久性和耐磨性高，抗折強(qiáng)度明顯提高，但不及聚合物浸漬混凝土顯著，抗壓強(qiáng)度有可能下降。
　　聚合物水泥混凝土多用于無縫地面，也常用于混凝土路面和機(jī)場(chǎng)跑道面層和構(gòu)筑物的防水層。
　　六、纖維混凝土
　　纖維混凝土是以混凝土為基體，外摻各種纖維材料而成。摻入纖維的目的是提高混凝土的抗拉、抗彎、沖擊韌性，也可以有效改善混凝土的脆性性質(zhì)。
　　常用的纖維材料有鋼纖維、玻璃纖維、石棉纖維、碳纖維和合成纖維等。所用的纖維必須具有耐堿、耐海水、耐氣候變化的特性。國內(nèi)外研究和應(yīng)用鋼纖維較多，因?yàn)殇摾w維對(duì)抑制混凝土裂縫的形成，提高混凝土抗拉和抗彎、增加韌性效果最佳，但成本較高，因此，近年來合成纖維的應(yīng)用技術(shù)研究較多，有可能成為纖維混凝土主要品種之一。
　　在纖維混凝土中，纖維的含量，纖維的幾何形狀以及纖維的分布情況，對(duì)其性質(zhì)有重要影響。以鋼纖維為例：為了便于攪拌，一般控制鋼纖維的長徑比為60～100，摻量為0.5%～1.3%（體積比），盡可能選用直徑細(xì)、截面形狀非圓形的鋼纖維，鋼纖維混凝土一般可提高抗拉強(qiáng)度2倍左右，抗沖擊強(qiáng)度提高5倍以上。
　　纖維混凝土目前主要用于復(fù)雜應(yīng)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件、對(duì)抗沖擊性要求高的工程，如飛機(jī)跑道、高速公路、橋面面層、管道等。隨著纖維混凝土技術(shù)的提高，各類纖維性能的改善，成本的降低，在建筑工程中的應(yīng)用將會(huì)越來廣泛。
　　七、防輻射混凝土
　　能遮蔽x、γ射線等對(duì)人體有危害的混凝土，稱為防輻射混凝土。它由水泥、水及重骨料配制而成，其表觀密度一般在3000kg/m³以上。混凝土愈重，其防護(hù)x、γ射線的性能越好，且防護(hù)結(jié)構(gòu)的厚度可減小。但對(duì)中子流的防護(hù)，除需要混凝土很重外，還需要含有足夠多的最輕元素--氫。
　　配制防輻射混凝土?xí)r，宜采用膠結(jié)力強(qiáng)、水化結(jié)合水量高的水泥，如硅酸鹽水泥，最好使用硅酸鍶等重水泥。采用高鋁水泥施工時(shí)需采取冷卻措施。常用重骨料主要有重晶石（BaSO₄）、褐鐵礦（2Fe₂O₃·3H₂O）、磁鐵礦（Fe₃O₄）、赤鐵礦（Fe₂O₃）等。另外，摻入硼和硼化物及鋰鹽等，也能有效改善混凝土的防護(hù)性能。
　　防輻射混凝土主要用于原子能工業(yè)以及應(yīng)用放射性同位素的裝置中，如反應(yīng)堆、加速器、放射化學(xué)裝置、海關(guān)、醫(yī)院等的防護(hù)結(jié)構(gòu)。
　　八、彩色混凝土
　　彩色混凝土，也稱為面層著色混凝土。通常采用彩色水泥或白水泥加顏料按一定比例配制成彩色飾面料，先鋪于模底，厚度不小于10mm，再在其上澆筑普通混凝土，這稱為反打一步成型。也可沖壓成型。除此之外，還可采取在新澆混凝土表面上干撒著色硬化劑顯色，或者采用化學(xué)著色劑滲入已硬化混凝土的毛細(xì)孔中，生成難溶且抗磨的有色沉淀物顯示色彩。
　　彩色混凝土目前多用于制作路面磚，有人行道磚和車行道磚兩類，按其形狀又分為普通型磚和異型磚兩種。路面磚也有本色磚。普型鋪地磚有方形、六角形等多種，它們的表面可做成各種圖案花紋，異型路面磚鋪設(shè)后，磚與磚之間相互產(chǎn)生聯(lián)鎖作用，故又稱聯(lián)鎖磚。聯(lián)鎖磚的排列方式有多種，不同排列則形成不同圖案的路面。采用彩色路面磚鋪路面，可形成多彩美麗的圖案和永久性的交通管理標(biāo)志，具有美化城市的作用。
　　九、碾壓式水泥混凝土
　　碾壓式水泥混凝土是以較低的水泥用量和很小的水灰比配制而成的超干硬性混凝土，經(jīng)機(jī)械振動(dòng)碾壓密實(shí)而成，通常簡稱為碾壓混凝土。這種混凝土主要用來鋪筑路面和壩體，具有強(qiáng)度高、密實(shí)度大、耐久性好和成本低等優(yōu)點(diǎn)。
　?。ㄒ唬┰牧虾团浜媳?br /> 　　碾壓混凝土的原材料與普通混凝土基本相同。為節(jié)約水泥、改善和易性和提高耐久性，通常摻大量的粉煤灰。當(dāng)用于路面工程時(shí)，粗集料最大粒徑應(yīng)不大于20mm，基層則可放大到30～40mm。為了改善集料級(jí)配，通常摻入一定量的石屑，且砂率比普通混凝土要大。
　　碾壓混凝土的配合比設(shè)計(jì)主要通過擊實(shí)試驗(yàn)，以最大表觀密度或強(qiáng)度為技術(shù)指標(biāo)，來選擇合理的集料級(jí)配、砂率、水泥用量和最佳含水量（其物理意義與普通混凝土的水灰比相似），采用體積法計(jì)算砂石用量，并通過試拌調(diào)整和強(qiáng)度驗(yàn)證，最終確定配合比。并以最佳含水率和最大表觀密度值作為施工控制和質(zhì)量驗(yàn)收的主要技術(shù)依據(jù)。
　?。ǘ┲饕夹g(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益
　　1．主要技術(shù)性能。
　?。?）強(qiáng)度高：碾壓混凝土由于采用很小的水灰比（一般為0.3左右），集料又采用連續(xù)密級(jí)配，并經(jīng)過振動(dòng)式或輪胎式壓路機(jī)的碾壓，混凝土具有密實(shí)度和表觀密度大的優(yōu)點(diǎn)，水泥膠結(jié)料能最大限度地發(fā)揮作用，因而混凝土具有較高的強(qiáng)度，特別是早期強(qiáng)度更高。如水泥用量為200kg/m³的碾壓混凝土抗壓強(qiáng)度可達(dá)30MPa以上，抗折強(qiáng)度大于5MPa。
　?。?）收縮小：碾壓混凝土由于采用密實(shí)級(jí)配，膠結(jié)料用量低，水灰比小，因此混凝土凝結(jié)硬化時(shí)的化學(xué)收縮小，多余水分揮發(fā)引起的干縮也小，從而混凝土的總收縮大大下降，一般只有同等級(jí)普通混凝土的1/2～1/3左右。
　?。?）耐久性好：由于碾壓混凝土的密實(shí)結(jié)構(gòu)，孔隙率小，因此，混凝土的抗?jié)B性、耐磨性、抗凍性和抗腐蝕性等耐久性指標(biāo)大大提高。
　　2．經(jīng)濟(jì)效益。
　?。?）節(jié)約水泥：等強(qiáng)度條件下，碾壓混凝土可比普通混凝土節(jié)約水泥用量30%以上。
　?。?）工效高、加快施工進(jìn)度：碾壓混凝土應(yīng)用于路面工程可比普通混凝土提高工效2倍左右。又由于早期強(qiáng)度高，可縮短養(yǎng)護(hù)期、加快施工進(jìn)度、提早開放交通。
　?。?）降低施工和維護(hù)費(fèi)用：當(dāng)碾壓混凝土應(yīng)用于大體積混凝土工程時(shí)，由于水化熱小，可以大大簡化降溫措施，節(jié)約降溫費(fèi)用。對(duì)混凝土路面工程，其養(yǎng)護(hù)費(fèi)用遠(yuǎn)低于瀝青混凝土路面，而且使用年限較長。