新型混凝土材料的应用

新型混凝土材料的应用

摘要：随着国家建设的日新月异，混凝土作为当今最大宗的建筑材料，也随着

各类建筑科学技术的发展而不断更新换代，各类新型材料不断涌现。本文介绍了

几种新型混凝土材料特点及在建设工程中的应用情况，为有特殊要求的各类建设

工程提供一些参考，进而促进混凝土和建筑材料生产技术的发展进步。

关键字：建筑材料；土木工程；新型混凝土；应用

1引言

根据国家统计局数据，2016年我国商品混凝土产量近18亿立方米，是世界

上混凝土产量和用量最大的国家。然而我国混凝土生产长久以来一直存在产品结

构单一、技术含量低等问题，跟不上飞速发展的各类工程建设的步伐。研究人员

开始尝试在普通混凝土的基础上对其进行一定程度的改进，如添加不同的材料，

使用不同的施工工艺等，就此产生性能良好、满足不同需求的新型混凝土材料。

本文详细地介绍了几种新型混凝土材料的特点和其在各类工程中的应用情况。

图一新型混凝土材料

2高性能混凝土

上世纪八十年代，国外就成功研制出高性能混凝土，其英文名称为High Performance Concrete，简称为HPC。相较与传统的混凝土，其优点主要体现在：①高强度，可以承受很

高强度，甚至是超高强度的载荷，可以使同样载荷的情况下混凝土的结构构件尺寸减小，节

省了建筑材料和建筑空间；②良好的工作性能，与普通混凝土相比不但可以减少施工人员的劳动强度，还可以一个程度上节约工程材料；③高耐久性，不仅可以大大提高建筑物在恶劣环境中的稳定性和安全性，还可以在一定程度上延长建筑物的使用寿命。

因为HPC的众多优点，使其在国外的很多建筑工程中都得到了广泛应用，例如在挪威的

北海石油钻井平台和法国的若尼大桥等建筑物上都使用了这种高性能混凝土材料；国内，HPC在各类建筑和基础设施建设工程中也应用得十分广泛，例如国内许多标志性建筑物上海

环球金融中心、广州国际金融中心、天津117大厦等，在其他建设行业如三峡工程、青藏铁路、南水北调工程、田湾核电站等。今后，HPC必将在更广阔的行业范围内获得应用，特别

是对工程质量、应用环境和使用性能有更高、更具体要求的，如海洋工程、交通工程、水电

工程、核电工程等。

3 纤维增强混凝土

一般认为，混凝土强度越高，其韧性越差，脆性越高，结构延性和抗裂能力越不足，给

建筑抗震性能带来安全隐患。长期以来许多学者不断探索改善混凝土上述性能的方法和途径，研制出纤维增强混凝土。纤维增强混凝土英文名称为Fiber Reinforced Concrete，简称FRC，

是以水泥浆、砂浆、粗骨料为基材，以金属材料、无机材料或有机纤维为增强材料组成的一

种具有良好性能的一种新型建筑材料。纤维增强混凝土与普通混凝土相比具有更高的抗拉强度、弯拉强度、抗剪强度及疲劳强度等，同时混凝土的韧性、抗冻性、抗渗性和耐久性都有

明显的改善。目前使用较多的有有钢纤维混凝土、碳纤维混凝和合成纤维混凝土等。

目前钢纤维混凝土的研究和应用都比较成熟，在国内的很多不同类型的项目都得以成功

应用，如建筑工程中的哈尔滨工业大学邵逸夫体育馆的屋面，道路桥梁工程中的南昆线家竹

箐隧道，水工工程中的大渡河支流南亚河石棉二级电站等。但是钢纤维体积率超过一定范围

容易结团，并且钢纤维的价格比较贵，限制钢纤维混凝土的应用。合成纤维混凝土，主要是

聚丙烯混凝土。因为其价格比较便宜，化学性能比较稳定，且具有优异的抗拉性能，在国内

外已得到了广泛的研究和应用，如广州至佛山的高速公路工程，武汉长江二桥桥面工程及宁

波市白溪水库面板堆石坝等工程。近些年在房屋建筑工程、桥梁工程路面、泳池等工程应用

得很广泛，效果很好。

图二纤维增强混凝土中的钢纤维（左）和聚丙烯纤维（右）

4活性粉末混凝土

活性粉末混凝土是一种超高强、低脆性、且具有高耐久性的新型混凝土，英文名称为Reactive Powder Concrete，简称RPC。它有两个强度等级：一是经高温高压处理后强度达

800MPa的RPC800；二是经蒸汽养护处理后强度达200MPa的RPC200。RPC所采用的原材料

平均颗粒尺寸在0.1~1.0mm之间，目的是尽量减小混凝土中的孔间距，从而提高拌合物的密

实度。在材料选择上主要包括以下几种：细石英砂、水泥、石英粉、硅灰、高效减水剂、对

韧性有要求时还需要掺入钢纤维。RPC制备工艺一般为用石英砂代替粗集料，掺入硅灰类超

细矿物粉或磨细石英粉，进一步提高密实度；用高效减水剂减少用水量，降低孔隙率；掺加

微细钢纤维提高韧性；在凝固前和凝固期间加压排水，进一步提高密实度，并最大限度地减

少空气以及伴随水化反应而产生的化学收缩；凝固后，通过热养护进一步改善化学反应和微

结构。

RPC在国外已有不少工程实例，主要有：大跨桥梁的预制构件、压力管道及放射性固体

废料存储容器。加拿大魁北克省70m跨的Sherbrooke人行混凝土桁架桥，桥构件采用30mm 厚无纤维RPC桥面板、直径150mm的预应力RPC钢管混凝土桁架、纤维RPC加劲肋和纤维RPC梁，整个结构现场组装。不仅大大减轻了桥梁结构的自重，同时还提高了桥梁在高湿度

环境、冰盐腐蚀与冻融循环联合作用下的耐久性。国内近年才开始对RPC的研究，目前还没

有工程应用实例。

5透水混凝土

近些年随着海绵城市建设的需要，透水混凝土的研究和应用越来越多深入和广泛。透水

混凝土是由一系列相连通的孔隙和混凝土实体部分骨架构成的具有透气透水性的多孔结构混

凝土，英文一般为Pervious Concrete。与普通混凝土不同的是，透水混凝土仅有少量的细骨

料或不含细骨料，粗骨料直接和浆体粘结。透水混凝土塌落度较低，一般不超过50mm，工

作性能损失快，主要采用刮平、微振、碾压整平和表面修整等施工方法。

工程中使用的透水混凝土，孔隙率一般为15%~25%，抗压强度在10-30MPa。由于强度较低主要用于轻交通路面、景观路面，停车场等。国内应用的工程实例，有北京2008年奥运

会的停车场、奥林匹克公园、2010年上海世博会和2012年广州亚运会的主题公园等；国外

的应用情况基本与国内类似。部分国家已经开始试点高强度透水混凝土用于承载路面，如日

本试点高速公路采用孔隙率大雨50%，抗折强度大于4.5MPa的透水混凝土铺设，使用3年

后路面状态良好。

6碾压混凝土

碾压混凝土也是在近几年发展起来的一种新型混凝土材料，其可以在大体积的混凝土结

构如水坝、机场跑道和公路路面的建设过程中使用，该种混凝土的英文名称为Roller Compacted Concrete。这种碾压混凝土与传统的混凝土相比，其在施工过程中的浇筑方式会

有所差别，需要先使用推土机平整地面，然后用碾压机夯实地基，最后还需要在各层之间用

刷毛机清理并用切缝机切缝。在整个施工过程中基本可以完全实现机械化，其施工效率很高，较使用传统混凝土施工其工期可以缩短一半左右，水泥用量也可以减少一部分。

7空气净化混凝土

2007年法国发明出一种可以改善城市生态环境的混凝土，将二氧化钛的某种成分足量加

入普通混凝土后就可以得到这种新型混凝土材料。空气净化型混凝土，可以将空气中的氮氧

化物进行光合作用后，形成无害的硝酸盐，而后被雨水冲走，从而减少空气中污染物。因此

被美国《时代》杂志评为2008年“50项最重要的发明”之一。目前部分国家已经开始试点应用，如法国巴黎戴高乐国际机场的新总部，日本东京的Marunouchi大厦等采用了这种新型材料。

8结语

总之，随着建筑行业的不断发展，新材料新工艺不断涌现。限于篇幅原因，本文简单介

绍了几种比较有应用前景的新型混凝土材料的特点，为新材料的在更广阔的领域推广应用提

高参考。

参考文献

[1]蒋文彬.详细论述土木工程中新型混凝土材料应用[J].四川建材.2015.（2）.35-37.