混凝土材料的发展

混凝土材料的发展

一、混凝土的发展方向

混凝土是现代建筑中最常用的一种建筑材料，随着时代的发展建筑行业对于混凝土的要求也越来越高，混凝土也有了新的发展方向。

1、高性能混凝土：要求有高强度等级和良好的工作性、体积稳定性和耐久性。发展途径：（1）采用高性能的原料以及与之相适应的工艺（2）采用多元复合途径提高混凝土的综合性能。

2、绿色高性能混凝土:从节约能源、资源，减少工业废料排放和保护自然环境角度考虑，要求混凝土及其原材料的开发、生产、建筑施工作业等既能满足建设需要，又不危及后代人的延续生存环境。粉煤灰、矿粉作为我国排放量较大的固体工业废弃物，若不处理或加以利用，会严重地污染环境，在混凝土的生产中将其作为掺合料，是粉煤灰、矿粉综合利用的一种重要途径。在混凝土中加入粉煤灰、矿粉，可以改善新拌混凝土和硬化混凝土的性能，将大量的工业废渣转为为高附加值的工业用品，对于破坏环境的污染源起到了很好的控制作用，同时也实现了变废为宝。

3、其它新技术混凝土：如灭菌、环境调节、变色、智能混凝土等。

未来随着建筑行业往更高层次发展的需要，对混凝土的建筑要求也必然会越来越高，高性能，绿色、环保、智能的混凝土将成为未来建筑行业发展的大趋所势。

二、聚合物水泥混凝土

在普通水泥混凝土的配方基础上，于水泥混凝土搅拌阶段渗入单体或聚合物，浇筑后经养护和聚合，成型后经养护而成为一种含有机聚合物的水泥混凝土，成为聚合物改性混凝土（PMC）亦称聚合物水泥混凝土（PCC）。这是一种新型混凝土材料，主要成分包括水泥、砂子、石子、水及水溶性聚合物或单体。所使用的聚合物组分有两种类型，一种是非反应型的聚合物或单体。所使用的聚合物组分有两种类型，一种是非反应型苯胶乳、丙烯酸酯乳液、醋酸乙烯乳液以及乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液等；另一种是反应型的聚合物或单体，如环氧树脂和不饱和聚酯树脂等。聚合物掺量为水泥用量的5%~25%。

1、改性机理

聚合物在混凝土内部形成薄膜，填充水泥化合物和骨料之间的孔隙并与水泥水化物结成一体，使之具有较好的黏性和综合性能。由于聚合物的掺入，对水泥的水化及凝结硬化过程有影响，从而改变水泥混泥土性能，如，混凝土的孔结构改变，提高了水泥浆体与骨料的黏结性，减少了硬化水泥浆体中的微裂纹，改善水泥混凝土物理力学性能。聚合物的减水作用可降低水灰比，能够改善水泥砂浆或水泥混凝土的工作性能及其他物理学性能。

2、性能与应用

聚合物改性混凝土具有较好的黏结性、耐久性、耐磨性、抗弯性能，制品的收缩性小，使不透水性、耐腐蚀性及耐冲击性均有提高。综合性能的改善属中等程度，强度提高较少。主要适用于地面、路面、桥面和船舶的内外甲板面，尤其适合于洒落化学物质的楼面防腐，也可用作衬砌材料、喷射混凝土、新旧混凝土的接头、旧混凝土面的修补、瓷砖粘结剂、防水涂料及多孔排水混凝土等。

3、现状与发展趋势

随着科学技术的发展，人们对水泥聚合物复合材料的要求越来越高。日本、美国、德国等工业发达国家对水泥聚合物复合材料做了大量的研究工作，在新型水泥聚合物复合材料的研制中，都确定了自己新的研究方向，使其具有更优良的动力学性能、良好的阻尼性能等。

聚合物改性水泥复合材料的发展速度很快，目前研究主要表现在以下几个方面。（１）废物的利用把聚合物固体废料用于砂浆的改性；用橡胶粉末用作聚合物砂浆和混凝土的填充材料；将回收的聚酯瓶子裂解后重新制成不饱和聚酯，用于水泥砂浆和混凝土的改性等。（２）多种方式复合改性以多种聚合物复合，包括乳液共混、水溶性聚合物共混、乳液与水溶性聚合物复合改性、乳液与超细矿物粉末掺合料、水玻璃复合材料、聚合物纤维等各种复合材料共同改性等。（３）节能和环境友好聚合物改性复合材料如冷混合沥青混凝土用于道路工程；聚合物改性砂浆用作钢筋混凝土结构的永久模板，则可以更好地防止氯离子渗透和更好地抗碳化作用，从而提高钢筋混凝土结构的耐久性。（４）功能性聚合物改性复合材料如具有自修复功能的环氧树脂改性砂浆，产生裂缝的环氧树脂改性砂浆经过一段时间后强度重新恢复；智能混凝土结构材料，利用碳纤维和聚合物改性混凝土，使其具备感应多种信号的能力，可以在智能建筑的多项自动控制和监视方面获得应用。

三、高强混凝土

一般把强度等级为C60及其以上的混凝土称为高强混凝土，C100强度等级以上的混凝土称为超高强混凝土。它是用水泥、砂、石原材料外加减水剂或同时外加粉煤灰、F矿粉、矿渣、硅粉等混合料，经常规工艺生产而获得高强的混凝土。

1、改性机理

混凝土是多组分的集合料水化胶凝硬化后形成的固体材料，其高强的获得涉及到胶结材料本身的强度提高，骨料本身的高强，以及胶结料与骨料界面强度等。

2、性能与应用

高强混凝土最大的特点是抗压强度高，一般为普通强度混疑土的4～6倍，故可减小构件的截面，因此最适宜用于高层建筑。试验表明，在一定的轴压比和合适的配箍率情况下，高强混凝土框架柱具有较好的抗震性能。而且柱截面尺寸减小，减轻自重，避免短柱，对结构抗震也有利，而且提高了经济效益。高强混凝土材料为预应力技术提供了有利条件，可采用高强度钢材和人为控制应力，从而大大地提高了受弯构件的抗弯刚度和抗裂度。因此世界范围内越来越多地采用施加预应力的高强混凝土结构，应用于大跨度房屋和桥梁中。此外，利用高强混凝土密度大的特点，可用作建造承受冲击和爆炸荷载的建筑物，如原子能反应堆基础等。利用高强混凝土抗渗性能强和抗腐蚀性能强的特点，建造具有高抗渗和

高抗腐要求的工业用水池等。

现代高强混凝土的应用已遍及桥梁工程、房建工程、港口海洋工程、地下工程等各个土建工程领域。高强混凝土在房屋建筑和一般构筑物中的应用场合主要有：

1）高层建筑；

2）大跨屋盖；

3）处于侵蚀环境下的建筑物或构筑物。

3、现状与发展趋势

国际上配制高强混凝土所能达到的技术水平，以现浇混凝土为例，可以概括为如下几个方面：

1）胶凝材料方面用现有的市售水泥425 号、525 号可以配制出C60～C100 之间的高强混凝土，胶凝材料单方用量C 最好在500kg/m3～700kg/m3 之间，且强度越高，此用量一般越大；用现有的市售水泥不能配制出≥C120 的超高强混凝土，必须开发新型水泥。

2）集料方面：用现有的石灰石碎石可以配制≤C100 的高强混凝土；但若配制>C100 高强混凝土，必须采用特种高强集料，例如玄武岩、烧矾土等。砂率最好高于40%。

3）外加剂方面用现有的市售高效减水剂可以配制出C60～C120 之间的高强混凝土；不能配制出≥C120 的高强混凝土，必须开发新型超高效减水剂。

4）掺合料方面：用现有的掺合料，例如矿渣、粉煤灰等或不用掺合料可以配制出C60～C100 之间的高强混凝土；若配制C100～C120 之间的超高强混凝土，必须使用硅灰、超细矿渣等超微掺料。

5）配合比方面除上面已经提到的胶凝材料单方用量C和砂率之外，水胶比（W/C）和单方用水量W 也是决定高强混凝土指标的重要方面，甚至是最重要的方面。

综上所述，高强混凝土技术发展到今天，旧的研究领域正在不断成熟，新的研究领域也在不断开拓，已经取得了长足的进步。