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特种混凝土

/special concrete/
条目作者李悦

李悦

最后更新 2022-05-12
浏览 168
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采用特殊的施工方法或具有特殊性能的混凝土。

英文名称
special concrete
所属学科
材料科学与工程

通过选用一些特殊原材料及方法,使混凝土达到某种所需的施工性能,可克服普通混凝土在土木工程建设中的不足。常用的特种混凝土按所需性能和施工方法可分为10种。

以水泥混凝土为基材,以分散的不连续纤维为增强材料的一种复合材料。简称纤维混凝土。常用的增强纤维有钢纤维、玻璃纤维、合成纤维和天然纤维等。以常用的钢纤维混凝土为例,纤维的掺量以纤维体积表示,钢纤维的形状和尺寸在合适范围时,钢纤维混凝土的强度随着纤维体积率和长细比的增加而增强。钢纤维混凝土与普通混凝土性能比较见表1。

表1 钢纤维混凝土与普通混凝土性能比较

项目

与普通混凝土比较

项目

与普通混凝土比较

抗压强度

1.0~1.3倍

耐破损性能

有所改善

抗拉、抗弯强度

1.5~1.8倍

延伸率

约2.0倍

早期抗裂性能

1.5~2.0倍

韧性

40~200倍

抗剪强度

1.5~2.0倍

耐热性能

显著改善

疲劳强度

有所改善

抗冻融性能

显著改善

抗冲击强度

5~10倍

耐久性

有所改善

通过使用新型外加剂和超细矿物掺和料,以低水灰比,大坍落度、低坍落度损失,高密实度,优异施工性能为特征的混凝土。简称HPC。但不一定是高强混凝土,亦可是中、低强高性能混凝土。

高性能混凝土的主要特点包括:易于浇注与捣实而不离析,能够长期保持力学性能,早期强度高和韧性好,体积稳定性好,在严酷环境中的使用寿命长。

高性能混凝土的使用降低了能耗与污染,减少了水泥与混凝土的用量,是发展绿色混凝土,进行可持续发展的重要途径。

以轻粗集料、轻砂等为集料配制而成的表观密度不大于1950千克/米3的混凝土。可分为全轻混凝土、砂轻混凝土和无砂大孔轻集料混凝土。

轻集料混凝土具有较高的比强度。与普通混凝土相比,轻集料混凝土的表观密度明显较小,但两者强度较接近。轻集料混凝土具有良好的保温性、抗渗性、抗冻性和耐火性。但轻集料混凝土的收缩和徐变较大,其收缩变形比普通混凝土大20%~50%,徐变变形要比普通混凝土大30%~69%,热膨胀系数比普通混凝土小20%。

坍落度不低于100毫米,用泵送施工的混凝土。泵送混凝土所选水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。砂子选中砂,且必须使用泵送剂或减水剂,并掺入适量的粉煤灰或其他活性矿物掺和料。粗集料选用连续级配,且针片状颗粒含量不大于10%。泵送混凝土粗集料的最大粒径与输送管径之比应符合表2数值。

表2 泵送混凝土粗集料的最大粒径与输送管径之比

石子品种

泵送高度/m

粗集料最大粒径与输送管径之比

碎石

<50

≤1∶3.0

50~100

≤1∶4.0

>100

≤1∶5.0

卵石

<50

≤1∶2.5

50~100

≤1∶3.0

>100

≤1∶4.0

将预先配制好的水泥、砂、石子和速凝剂装入喷射枪,借助压缩空气的压力在喷头处与水混合后以150米/秒的速度喷射至施工面所形成的混凝土。

喷射混凝土按施工方法分为干喷法和湿喷发两种。干喷法采用粉状速凝剂,湿喷法采用液态速凝剂。

喷射混凝土的坍落度宜控制在80~120毫米,粗骨料的最大粒径不宜大于15毫米,砂率控制在55%~65%。常加入硅粉和纤维来降低混凝土的回弹率,提高混凝土强度。喷射混凝土的强度比普通混凝土低,干缩大,但抗冻性能优于普通混凝土。

颗粒型有机-无机复合材料的统称。按其组成和制作工艺可分为聚合物浸渍混凝土;聚合物水泥混凝土,又称聚合物改性混凝土;聚合物胶结混凝土,又称树脂混凝土。常用的聚合物乳液有天然橡胶乳液和合成橡胶乳液;热塑性树脂乳液(丙乳)、热固性树脂乳液(环氧树脂乳液)和沥青乳液;混合橡胶乳液和混合树脂胶乳。

在聚合物混凝土凝结硬化过程中,聚合物与水泥之间并不发生化学作用,只是水泥水化吸收乳液中水分,使乳液脱水而逐渐凝固。水泥水化产物与聚合物互相包裹填充形成致密的结构,从而显著改善混凝土的抗裂性和抗渗性,提高混凝土的黏结强度、耐久性和耐磨性。聚合物水泥混凝土多用于无缝地面,也常用于混凝土路面和机场跑道面层以及构筑物的防水层。

采用振动碾压机械密实成型的干硬性混凝土。其压实度不小于97%,工作度以拌和物的稠度值表征,一般取5~10秒。碾压混凝土的单位用水量和胶凝材料用量较低,所用的外加剂一般为缓释型减水剂,引气剂掺量较高。碾压混凝土粉煤灰掺量一般为60%,也可掺加凝灰岩粉、磷渣粉等。粗集料使用连续级配,集料最大粒径一般为15~20毫米。细浆料含砂率不超过28%~30%。

不含石子等粗骨料,以石英砂为骨料、水泥为胶结材料制成的超高强、高韧性、高耐久性、高体积稳定性的水泥基复合材料。简称RPC。

活性粉末混凝土中水泥用量较多,最大用量为400~800千克。为提高活性粉末混凝土的密实程度,常掺入超细矿粉、硅灰等作为掺和料。此外,加入超细钢纤维可增加其韧性,加入高效减水剂可降低其水灰比,提高其强度。采用高频振动成型,提高其密实度;采用高温养护,提高其反应程度。

活性粉末混凝土的优异性能主要包括:抗压强度可以达到200~800兆帕,抗拉强度一般为20~50兆帕,弹性模量可以达到40~60吉帕,断裂韧性高达4000焦/米3(是普通混凝土的250倍),抗渗性较好。其抗弯强度与其自重之比接近于钢梁,各方面性能良好。

能长期经受高温,通常在1100℃以上能保持所需物理力学性能的混凝土。按所用胶凝材料可分为水玻璃耐火混凝土、铝酸盐水泥耐火混凝土和磷酸盐水泥耐火混凝土等。

以水玻璃为胶凝材料,加入耐酸集料配制而成的混凝土。耐酸混凝土能经受除氢氟酸以外的大部分酸的侵蚀。由于其优异的耐酸性,常用于石油、化工、冶金、轻工、食品等部门的储酸设备和防腐地面等。

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