幾種專用混凝土性能分析

郭文秀

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，而一些重要的特殊的工程，如橋梁工程、高層建筑、海洋工程、防護(hù)工程、耐腐工程等等所需的混凝土是一般混凝土的性質(zhì)無法達(dá)到的，這就需要針對不同氣溫、氣候、溫度及濕度使用更針對性強(qiáng)的混凝土。這幾年新型混凝土層出窮，現(xiàn)針對幾種特殊用途的混凝土，做如下分析：

1.耐酸混凝土

混凝土的腐蝕多為酸性介質(zhì)腐蝕，在酸性介質(zhì)下具有抗腐蝕能力的混凝土，叫耐酸混凝土，耐酸性混凝土廣泛用于化學(xué)工業(yè)的防酸槽、電鍍槽、貯油器、輸油管、儲酸槽、耐酸地坪及耐酸器材等。耐酸混凝土是由水玻璃作膠凝材料，氟硅酸鈉作硬化劑，耐酸粉料和耐酸精細(xì)骨料按一定比例配合而成。它能低抗各種酸（如硫酸、鹽酸、硝酸等無機(jī)酸，醋酸、蟻酸和草酸等有機(jī)酸）和大部分腐蝕性氣體（氯氣、二氧化硫、三氧化硫等）的侵蝕。但不耐氫氟酸、300℃以上的熱磷酸、高級脂肪酸或油酸的侵蝕。這種混凝土3天的抗壓強(qiáng)度約為11——12MP，28天的抗壓強(qiáng)度應(yīng)不小于15MP。

2.纖維混凝土

纖維混凝土是纖維和水泥基料（水泥石、砂漿或混凝土）組成的復(fù)合材料的統(tǒng)稱。水泥石、砂漿與混凝土的主要缺點(diǎn)是：抗拉強(qiáng)度低、極限延伸率小、性脆，加入抗拉強(qiáng)度高、極限延伸率大、抗堿性好的纖維，可以克服這些缺點(diǎn)。

所用纖維按其材料性質(zhì)可分為：①金屬纖維。②無機(jī)纖維。③有機(jī)纖維。 若纖維的體積摻量大于某一臨界值，整個(gè)復(fù)合材料可繼續(xù)承受較高的荷載并產(chǎn)生較大的變形，直到纖維被拉斷或纖維從基料中被撥出，以致復(fù)合材料破壞。與普通混凝土相比，纖維混凝土具有較高的抗拉與抗彎極限強(qiáng)度，尤以韌性提高的幅度為大。纖維混凝土是以混凝土為基體，外摻雜各種纖維材料而成，摻雜入纖維的目的是搞高混凝土的抗拉強(qiáng)度與降低其脆性。纖維包括玻璃纖維、鋼纖維、碳纖維、尼龍、聚丙烯、人造絲及植特纖維等。在纖維混凝土中，纖維的含量、纖維的幾何形狀及纖維的分布情況，對于纖維混凝土的性能有著重要影響。

纖維混凝土目前已逐漸應(yīng)用在飛機(jī)跑道、斷面較薄的輕型結(jié)構(gòu)和壓力管道等處。隨著纖維混凝土的深入研究，纖維混凝土在建筑工程中將得到廣泛的應(yīng)用。

3.泡沫混凝土

它屬于氣泡狀絕熱材料，突出特點(diǎn)是在混凝土內(nèi)部形成封閉的泡沫孔，使混凝土輕質(zhì)化和保溫隔熱化；同時(shí)也是加氣混凝土中的一個(gè)特殊品種，它的孔結(jié)構(gòu)和材料性能都接近于加氣混凝土，他們二者的差別，只是在氣孔形狀和加氣手段之間的差別。加氣混凝土氣孔一般是橢圓形的，而泡沫混凝土受毛細(xì)孔作用的影響，產(chǎn)生變形，形成多面體。加氣混凝土是利用化學(xué)發(fā)氣，通過化學(xué)反應(yīng)，由內(nèi)部產(chǎn)生氣體而形成氣孔，泡沫混凝土則是通過機(jī)械制泡的方法,先將發(fā)泡劑制成泡沫,然后再將泡沫加入水泥、菱鎂、石膏漿中、形成泡沫漿體,再經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)蒸氣養(yǎng)護(hù)而成。

泡沫混凝土具有輕質(zhì)、保溫隔熱性能好、隔音耐火性能好、 整體性能好、低彈減震性好、防水性能強(qiáng)、耐久性能好 、生產(chǎn)加工方便、環(huán)保性能好及施工方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于擋土墻、運(yùn)動場和田徑跑道、夾芯構(gòu)件、管線回填、貧混凝土填層、屋面邊坡、儲罐底腳的支撐、用于園林綠化及國防等。

4.防火耐熱混凝土

耐熱混凝土是能在長期高溫作用下保持所需要的物理力學(xué)性能的特種混凝土。它是由適當(dāng)?shù)哪z凝材料、耐熱精細(xì)骨料的水一定比例配制而成的。耐熱混凝土在建筑工程中大量用來建造高爐基礎(chǔ)、焦?fàn)t基礎(chǔ)、高爐外殼和熱工設(shè)備基礎(chǔ)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)等。

根據(jù)防火耐熱混凝土膠結(jié)料的不同,可分為硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、溶膠類及有機(jī)物結(jié)合防火耐熱混凝土等。

以硅酸鹽系列水泥作膠結(jié)材料,耐熱材料作集料配制成的具有防火耐熱性質(zhì)的混凝土稱為硅酸鹽防火耐熱混凝土。硅酸鹽防火耐熱混凝土最高使用溫度可達(dá)到700℃~800℃,其耐熱的主要機(jī)理是硅酸鹽系列水泥熟料的水化產(chǎn)物氫氧化鈣在高溫下脫水,生成的氧化鈣與礦渣及摻合料中的活性氧化硅和三氧化二鋁又反應(yīng)生成具有較強(qiáng)耐熱性的無水硅酸鈣和無水鋁酸鈣,使混凝土確有一定的防火耐熱性。

以磷酸鹽作結(jié)合劑,耐熱材料作集料配制成的具有防火耐熱性質(zhì)的混凝土成為磷酸鹽防火耐熱混凝土。磷酸鹽防火耐熱混凝土的凝結(jié)硬化與一般的水泥型防火耐熱混凝土不同,磷酸鹽是作為結(jié)合劑而不是膠結(jié)材料,因?yàn)榱姿猁}在常溫下本身并不具有較凝性,而是在加熱到一定溫度時(shí),一些磷酸鹽發(fā)生分解~聚合反應(yīng),在聚合反應(yīng)時(shí),新化合物的形成和聚合具有很強(qiáng)的粘附作用,將集料粘結(jié)在一起成為“混凝土”而獲得強(qiáng)度。常用的磷酸鋁耐熱混凝土的高溫動作極限可達(dá)到1600℃-1700℃。

以硫酸鹽作結(jié)合劑,耐熱材料作集料配制成的具有防火耐熱性質(zhì)的混凝土成為硫酸鹽防火耐熱混凝土。硫酸鹽首先水解成堿式鋁鹽AL(SO4)3(OH)2,然后生成AL(OH)3,最后逐漸形成氫氧化鋁膠體而凝結(jié)硬化。硫酸鋁結(jié)合的防火耐熱混凝土強(qiáng)度在高溫下增長較慢。溫度升至近700℃時(shí),強(qiáng)度隨溫度的提高而有提高。此時(shí),氫氧化鋁膠體大量生成并迅速形成致密的結(jié)構(gòu)。硫酸鋁的化學(xué)結(jié)合水逐步脫水,由于脫水速度緩慢,對結(jié)構(gòu)影響較小。

5.聚合物混凝土

聚合物混凝土一般可分為三種：聚合物水泥混凝土、聚合物浸漬混凝土、聚合物膠結(jié)混凝土（也稱樹脂混凝土）。

聚合物水泥混凝土是用聚合物乳液拌合水泥，并摻入砂或其他骨料而成的。配制聚合物水泥混凝土所用的礦物材料，可用普通水泥和鋁酸鹽水泥，百鋁酸鹽水泥的效果比普通水泥好。聚合物可用天然聚合物（如天然橡膠）和各種合成聚合物。聚合物水呢混凝土主要用于鋪設(shè)無縫地面，也常用于修被混凝土路面和機(jī)場跑道面層和做防水層等。

聚合物浸漬混凝土是以混凝土為基材（被浸漬的材料），而將有機(jī)單體滲透入混凝土中，然后再用加熱或放射的方法使其聚合，使混凝土與聚合物形成一個(gè)整體。單體最常用的是甲基丙烯酸甲酯，此外，還要加入催化劑和交聯(lián)劑等。這種混凝土具有高強(qiáng)度（抗壓強(qiáng)度右達(dá)到200MPa以上，抗拉強(qiáng)度為達(dá)到10MPa以上，）高防水不泥（幾乎不吸水、不透水），以及抗凍等性、抗沖擊性、耐蝕性和耐磨性都有顯著提高的特點(diǎn)，適用于要求高強(qiáng)度、高耐久性的特殊構(gòu)件，特別適用于輸運(yùn)液體有筋管、無筋管、抗道等等。在國外已用于耐高壓的容器，如原子反應(yīng)堆、液化天然氣貯罐等。

聚合物膠結(jié)混凝土是一種完全沒有礦物膠凝材料而以合成樹脂為膠結(jié)材料的混凝土。所用的骨料與普通混凝土相同。這種混凝土高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，但目前成本高，只能用于特殊工程（如耐腐蝕工程）。

6.流態(tài)混凝土

流態(tài)混凝土的發(fā)展是與混凝土泵送施工的發(fā)展相聯(lián)系的，泵送施工示求混凝土拌合物既要有較大的流動性，又不能產(chǎn)生離析，流態(tài)混凝土恰恰好可滿足這種要求。過去采用的大流動性混凝土（坍落度為200MM左右），因水泥用量用用水量較多，因而收宿裂縫多，抗?jié)B透性、耐久性較差，鋼筋也易銹蝕。而流態(tài)混凝土克服了大流動性混凝土的缺點(diǎn)，既滿足了施工要求，又善了混凝土質(zhì)量。一般采用適量的流化劑(高效減水劑或普通減水劑)作為外加劑，加到塌落度為5～10cm的混凝土混合物中使其流動性大幅度提高，達(dá)到便于澆灌，減輕甚至免去振搗成型工序的目的。 流化劑除了能減少用水量外，還有一定的早強(qiáng)性能。流態(tài)混凝土不需提高水灰比與單位用水量，故其強(qiáng)度比普通混凝土的強(qiáng)度有所提高。其他物理力學(xué)性能與普通混凝土的相近。

流態(tài)混凝土主要適用于高層建筑、大型工業(yè)與公共建筑的基礎(chǔ)、樓板、墻板以及地下工程，尤其適用于配筋密、澆筑振搗困難的工程部位。

參考書

1、《建筑材料與構(gòu)造》，李必瑜、翁季等，中國建筑工業(yè)出版社

2、《實(shí)用建筑材料學(xué)》，王壽華，馬芳，姚庭周編，中國建筑工業(yè)出版社，1998年

3、《建筑材料手冊》，陜西省建筑工業(yè)出版社

4、《中國新型建筑材料集》，中國建筑工業(yè)出版社，1992年