浅析国外特种混凝土的发展应用

浅析国外特种混凝土的发展应用

随着现代技术工业化的迅猛发展，混凝土的种类得到了不断细化。在建筑成品技术的不断扩展前提下，我国及国外逐渐发展出了适应不同环境和目的要求的特种混凝土，笔者以在德国建筑材料研究所（IBMB）工作的亲身经历争取以较短的篇幅向广大读者介绍国外特种混凝土的主要分类、组成结构、力学特征、优缺点以及主要应用前景。

在现代混凝土技术中已经形成了一支以不同的目的被发展的独特的混凝土行列——特种混凝土。在这些不同的目的要求下导致了混凝土的加工方式、建筑方法以及达到强度后凝固混凝土的特性发生了变化。对于特种混凝土一般被分为以下八大类别：

高强度混凝土；纤维混凝土；轻型混凝土；自密实式混凝土；外观混凝土；防辐射混凝土（重混凝土）；湿地混凝土；水下混凝土。由于篇幅有限在这里将着重介绍高强度混凝土（high-strength concrete）、纤维混凝土（fiber concrete）和轻型混凝土（lightweight concrete），其他特种混凝土作简略介绍。

1.高强度混凝土由来

1.1按照德国工业规范的定义（DIN1045）强度等级在C60/75至C100/115的混凝土被视为高强度混凝土，（对于轻型混凝土强度等级在LC55/60至LC80/88的轻型混凝土也视为高强度轻型混凝土。）高强度混凝土首先被采用由于那些经济性的考虑，比如可以节省在高强度要求下的压应力分布钢筋等。随着时间的发展混凝土强度的发展得到了长足的进步。在德国高强度混凝度1990年被首次应用在高层建筑上。高强度混凝土的应用首先是为了满足高标准要求下的压力分布，像高层建筑的支撑和墙或者是大门的转接部位，其他应用的高强度混凝土在桥梁中也有涉及。

1.2 组成成分

高强度混凝土的强度从60N/mm²到100 N/mm²被标记，为了能达到这样的强度必须使水灰比（W/Z）保持在0.4以下并且加入火山灰附加物、飞灰、二氧化硅微粒以及流动介质。所有符合要求的水泥应优先考虑强度等级在C42.5至C52.5的水泥，具体要求可参看（DIN EN 197）欧洲工业标准 197款执行。

1.2.1二氧化硅粉末

二氧化硅粉末的加入保证了混凝土强度等级高于C70/85.然而却加大了加工的难度并

提高了混凝土的收缩范围。二氧化硅作为悬浮物被加入，其质量占水泥含量最大不超过的11%。微粒的大小大约在0.05-0.5μm,其大小比水泥颗粒精细50到100倍。二氧化硅粉末

不仅提高了混凝土的密度而且也提高了混凝土的极终强度。高精的二氧化硅微粒降低了可渗透性，但对于它的大表面积也提高了水的需求量。

1.2.2飞灰

飞灰的颗粒大小是与水泥大小相当（1-100μm）。与水泥相比飞灰有理想的颗粒级配分布，颗粒大多是圆球形。它的存在改善了和易性并且降低了水化热的发展。虽然它的加入对于混凝土极终强度的提高不如二氧化硅微粒那样明显。

1.2.3骨料

相关骨料应该选用哪些圆形的、有很高颗粒强度的、吸水性低的，有粘性的最精细的成分来应用，其中沙子的选择应该选用颗粒直径低于0.25mm的品种，

1.2.4流动介质

流动介质。一般流动介质的原材料成分有主要四种，磺化木浆、磺化萘、磺化三聚氰胺和聚合羧酸盐。它的主要作用是：

——降低水需求量

——在相同水含量下改善和易性

——减少了稠度下降的影响

——降低了拌和水量

——改善了混凝土的内聚力

高性能的流动介质在高强度混凝土生产中是不可或缺的。其投入数量被限制在70g/kg 水泥。为了延长其较好的和易性，流动介质在添加时必须被准确计量并且在投入的时间点上也分为在成品混合时马上添加和现场工地预制时后添加两种情况。除了在高强度混凝土用流动介质外，在制造流动混凝土和自密实式混凝土时也会用到流动介质。它的投入使混凝土的水灰比（W/Z）下降，并且增加了高强度混凝土的所追求的强度等级。

1.2.5 塑料纤维

塑料纤维的使用原则上不会增加混凝土的强度但是会降低在火灾中高强度混凝土的破损风险，从而降低其防火等级。目前在实验中被确认的塑料纤维物质中主要有聚丙烯（PP）。加入占体积0.1%—0.3%的聚丙烯。聚丙烯的作用方式是当温度从87摄氏度开始聚丙烯体积收缩至原来的42%。通过体积的缩小在混凝土缝隙中就形成了中空的空间，进而使保证了蒸发的水在火灾中有足够的空间膨胀，从而在火灾中降低了孔隙水压力并避免了大面积的混凝土错位。然而纤维的投入改变了混凝土的稠度，降低了混凝土的稠度等级。不但如此纤维还使强度等级下降了5%。因此它也要在实际应用中提前计算出来。

1.3高强度混凝土特性的变化

除了强度有别于普通混凝土，高强度混凝土在下列特性下也有所区别：

高强度混凝土：和易性减弱、水化热发展降低、收缩度减小、密度增强、抗化学腐蚀能力增强、防腐蚀性加强、抵抗霜露增强、抗磨损性减弱。

高强混凝土的承载能力显著区别于普通混凝土，通过加入二氧化硅粉末和流动介质使它产生了很高的包装密度，它主要通过二氧化硅的反应展示出很高的强度。它的断裂主要来自骨料的断裂并且突然发生。高强度混凝土是没有断裂征兆的近脆性物质，当然在追求高强度的同时也牺牲了混凝土的韧性。

1.4 高强度混凝土的成本

建筑设施的经济性和可持续性在今天扮演者十分重要的角色。在高强度混凝土中材料成本占去了总成本的30%-60%。与普通混凝土相比高强度混凝土提高了本身价格。因为在高强度混凝土生产中高标准的水泥以及二氧化硅粉末和流动介质的添加甚至到纤维和特殊骨料的投入都是必不可少的。其他提高高强度混凝土成本的因素还有复杂的现场加工和为保证质量的加强措施等。尽管提高了成本但是依靠出色性能高强混凝土还是有很强的可替代性，在工业建筑和基础设施中正扮演者越来越多的角色。

2. 纤维混凝土

2.1纤维混凝土的历史

在混凝土和砂浆中加入纤维的这种想法不是从最近20年才开始的。早在古埃及时就使用一种纤维筋，在这里面被绞碎的秸秆被放入到被风干的粘土中，以致于易脆的粘土具有了一定的拉力强度。中世纪在建筑烟囱时砂浆放入了动物毛发，目的是用以防止温度起伏时而产生相应的裂缝。在20世纪初很多抹灰中被加入了小牛毛发用以防止收缩裂缝。在1918年通过掺入长钢纤维用以改善混凝土拉应力强度的方法被申报了专利。自从九十年代开始纤维混凝土在所有领域广泛得到应用。

纤维混凝土应该服务于影响和改善以加筋或不加筋的混凝土为目标的混凝土技术特性的增强，他的任务不是取代钢筋混凝土，纤维混凝土的技术特性主要依赖于以下因素：--纤维的拉应力强度

--纤维的长度和形式

--纤维的定向和相同的分布

--混凝土的组成成分