土木工程材料教学拓展

课程前沿

1.再生混凝土

再生混凝土是指将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例与级配混合，部分或全部代替砂石等天然集料（主要是粗集料），再加入水泥、水等配而成的新混凝土。再生混凝土按集料的组合形式可以有以下几种情况：集料全部为再生集料；粗集料为再生集料、细集料为天然砂；粗集料为天然碎石或卵石、细集料为再生集料；再生集料替代部分粗集料或细集料。

由于再生集料在性能上较天然集料差，对再生混凝土的许多性能产生不利影响，因此可以通过改善再生集料性能来提高再生混凝土的性能。

（1）机械活化

其目的在于破坏弱的再生颗粒或去除黏附于再生颗粒表面的水泥砂浆，从而提高再生集料的强度。但该方法能耗较高，同时会产生大量难以处理的粉末。（2）酸液活化

将集料置于酸液中，如冰醋酸、盐酸溶液中，利用酸液与再生集料中的水泥水化物Ca(OH)2反应，起到改善再生集料颗粒表面的作用，从而改善再生集料的性能。

（3）化学浆液处理

用高强度水泥和水按照一定比例调成水泥浆。利用浆液对再生集料进行浸泡、干燥处理，以改善再生集料的空隙结构，从而提高再生集料质量。

（4）水玻璃溶液处理

用水玻璃溶液浸渍再生集料，利用水玻璃与再生集料表面的水泥水化物填充再生集料孔隙，从而改善再生集料的密度。

2.纤维混凝土

纤维混凝土是纤维和水泥基料（水泥石、砂浆或混凝土）组成的复合材料的统称。制造纤维混凝土主要使用具有一定长径比（即纤维的长度与直径的比值）的短纤维。

水泥石、砂浆与混凝土的主要缺点是：抗拉强度低、极限延伸率小、性脆，加入抗拉强度高、极限延伸率大、抗碱性好的纤维，可以克服这些缺点。所用纤维按其材料性质可分为：①金属纤维。如钢纤维、不锈钢纤维。②无机纤维。主要有天然矿物纤维（温石棉、青石棉、铁石棉等）和人造矿物纤维（抗碱玻璃

纤维及抗碱矿棉等碳纤维）。③有机纤维。主要有合成纤维（聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、尼龙、芳族聚酰亚胺等）和植物纤维（西沙尔麻、龙舌兰等）。

制造纤维混凝土主要使用具有一定长径比（即纤维的长度与直径的比值）的短纤维。但有时也使用长纤维（如玻璃纤维无捻粗纱、聚丙烯纤化薄膜）或纤维制品（如玻璃纤维网格布、玻璃纤维毡）。纤维在纤维混凝土中的主要作用，在于限制在外力作用下水泥基料中裂缝的扩展。在受荷（拉、弯）初期，水泥基料与纤维共同承受外力，而前者是外力的主要承受者；当基料发生开裂后，横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者。若纤维的体积掺量大于某一临界值，整个复合材料可继续承受较高的荷载并产生较大的变形，直到纤维被拉断或纤维从基料中被拨出，以致复合材料破坏。与普通混凝土相比，纤维混凝土具有较高的抗拉与抗弯极限强度，尤以韧性提高的幅度为大。

（1）石棉水泥

一种典型的纤维混凝土，广泛用于制造某些薄壁的建筑制品（见石棉）。

（2）玻璃纤维水泥

玻璃纤维与水泥砂浆的复合材料。配制这类复合材料时，应采用抗碱玻璃纤维。这种玻璃纤维含有一定量的氧化锆，其抗碱能力显著优于普通玻璃纤维。所用水泥基料的碱度应尽可能低。若使用普通玻璃纤维，则必须经过抗碱性材料的被覆处理。制备玻璃纤维水泥，可采用喷吹法，即将玻璃纤维无捻粗纱切短至一定长度，与水泥浆同时喷吹至模型上，再继之以真空脱水；也可用切短的玻璃纤维与水泥砂浆预先拌合后，再用灌筑、加压、挤出等方法成型；若采用长纤维或网格布时，则用抹浆法成型。采用喷吹脱水法的玻璃纤维水泥，其纤维的体积掺量可达6％，与未增强的水泥砂浆相比，其28天抗拉极限强度可提高2～3倍，抗弯极限强度可提高3～4倍，韧性可提高15～20倍。玻璃纤维在水泥基料中的长期耐久性尚有待进一步积累资料，故此种材料在80年代主要用于制作外墙挂板、阳台栏板、永久性模板等非承重构件。

（3）钢纤维混凝土

钢纤维与水泥砂浆或混凝土的复合材料。所用钢纤维有截面呈圆形或矩形的长直纤维和多种异形钢纤维。纤维的长径比一般为50～100,纤维的体积掺量一般为 1～2％。制备钢纤维混凝土可将钢纤维与混凝土混合后,再经振捣、离心、挤出等法成型,也可采用喷射法成型。当配料合适并掺有适宜的高效减水剂时，

则可制成泵送钢纤维混凝土。用普通混凝土的制造方法制成的钢纤维混凝土与素混凝土相比，其抗拉极限强度可提高30～50％，抗弯极限强度可提高50～150％, 韧性可提高10～50倍。钢纤维混凝土主要用于桥面、路面、飞机跑道的面层，巷道与隧道的衬砌，岩坡稳定、水工建筑以及抗震、抗爆等工程。

（4）聚丙烯纤维混凝土

聚丙烯单丝、膜裂纤维或纤化薄膜与水泥砂浆或混凝土制成的复合材料。膜裂纤维切短至40～50毫米与混凝土混合，纤维的体积掺量一般不超过0.5％。此种纤维混凝土的抗冲击性好,主要用于制造桩帽及加固河岸等。

3.生态混凝土

所谓生态混凝土就是通过材料筛选、添加功能性添加剂、采用特殊工艺制造出来的具有特殊结构与功能，能减少环境负荷，提高与生态环境的相协调性，并能为环保做出贡献的混凝土，人类文明突飞猛进的同时，也在无情的破坏人类和其它生物赖以生存的共同家园。在水利、交通、能源、城市扩张等开发行为中，自然地形地貌及原有植被覆盖层被破坏，导致水土流失、局部小气候被改变及生物链被切断。面对严重恶化的生态环境形势，合肥科顺科贸有限公司与国内多家科研院所、专业学会及国外知名环保企业进行了紧密的有效合作，依靠自身建立起的由工程地质、水土保持、植物、水工等多学科技术人员组成的研发团队，自主研发了系列专利产品，在满足和提高工程体安全性的同时，兼顾生态效果。在一些项目运用并经历一段时间验证后，取得了很好的工程效益、生态效益和社会效益。

主要用于边坡治理(包括河流、大坝、蓄水池及道路两侧的倾斜面治理)、路面排水、植生、净化水质、降低噪音、防菌杀菌、吸附去除NOx等空气中的有害气体以及阻挡电磁波等。

4.低热微膨胀水泥

凡以粒化高炉矿渣为主要组分，加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，磨细制成的具有低水化热和微膨胀性能的水硬性胶凝材料，称为低热微膨胀水泥。主要适用于要求较低水化热和要求补偿收缩的混凝土、大体积混凝土，也适用于要求抗渗和抗硫酸盐侵蚀的工程。

5.聚合物水泥防水砂浆