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特种混凝土

/specific concrete/
条目作者蒋金洋

蒋金洋

最后更新 2024-12-13
浏览 162
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具有特种性能或采用特殊施工方法制得的混凝土。

英文名称
specific concrete
所属学科
土木工程

特种混凝土主要有防辐射混凝土、喷射混凝土、装饰混凝土、水工混凝土、海工混凝土、耐火混凝土、补偿收缩混凝土、耐热混凝土、清水混凝土、生态混凝土和牺牲混凝土等。

由水泥、水、特选骨料和混凝土外加剂制成,能屏蔽各种放射性射线(如X、γ、中子射线等)的混凝土。又称屏蔽混凝土或防护混凝土。主要用于原子能反应堆、粒子加速器、辐射试验装置、同位素储存室、医疗用放射治疗室的屏蔽射线部位,以阻挡辐射对人体的伤害(图1)。防辐射混凝土应同时具备表观密度大和含结合水多两个特征。一般用硅酸盐水泥作胶结材,也可采用密度大的锶水泥或钡水泥。为了增大结合水含量,可采用高铝水泥、石膏矾土水泥、镁质水泥等。常采用密度很大的重晶石、褐铁矿、赤铁矿、磁铁矿、废钢块、铁砂作为骨料。此外,为减少内部应力,混凝土的热导率要大,热膨胀系数和干燥收缩应小,不允许存在空洞和裂缝等缺陷。

图1 正在建设的核电站图1 正在建设的核电站

利用喷射密实成型方法所制成的混凝土。分为干式及湿式两种喷射方法。①干式喷射,混合料水灰比约为0.10~0.20,输送至喷嘴处增水加压喷出,施工时灰尘较多,回弹量大。②湿式喷射,混合料水灰比约为0.45~0.50,输送至喷嘴处加压直接喷出,但易于堵塞输送管。喷射混凝土水泥用量较多,须掺加速凝剂或采用喷射水泥、超早强水泥以加速凝结(图2)。其石子最大粒径应小于管道最小直径的1/3~2/5;砂率较高。特点为硬化快,强度和抗渗性好,与岩石等黏结力强,可不用模板,施工简便,速度快。适用于平巷竖井、隧道、涵洞和各种地下建筑的支护,衬砌、各种结构物的修补增强等。

图2 通过软管喷射混凝土图2 通过软管喷射混凝土

在预制或现浇的同时,完成自身饰面处理的混凝土。多用白水泥或彩色水泥制作,也可在水泥混凝土表面喷涂涂料着色。饰面方法有反打、正打两种。预制平模反打可在钢模底面做出凹槽,或采用各种花纹衬模的工艺;平模正打常用压印与挠刮工艺。立模浇灌与预制反打的工作面,需掺用缓凝剂使其表皮水泥浆延缓硬化,待脱模后进行水洗。保证其质量的关键在于外模尺寸精确、板面平直,隔离剂应与水泥、砂石的色泽一致,上下两层接缝处要防止漏浆挂鳞。可利用升模工艺在外模内侧安置条形衬模在高层建筑外墙做成直条饰面(图3)。

图3 装饰混凝土栅栏图3 装饰混凝土栅栏

以水硬性水泥、砂、石骨料和水,按适当比例配合,经搅拌浇筑成型后,硬化为能满足水工建筑物结构要求的混凝土。水工混凝土主要用于水利、水电及航道港口等工程,长年暴露于大气或深埋在水中,经受日光、温度、流水及环境水等外界因素的影响和侵蚀。因此,除要求具有一般普通混凝土的性能外,还要具有水化热低、收缩小、抗冻性强的特点。此外,根据其所处部位的工作条件,按照水工建筑物和水位的关系,受水压、水流冲刷的情况,以及在大体积建筑物中的位置,还要分别满足抗压、抗渗、抗冻、抗裂(抗拉)、抗冲耐磨、抗风化和抗侵蚀等要求。例如,坝体迎水面外部混凝土有抗渗和抗冻的要求;泄水道的混凝土要能抵抗高速水流的冲刷、空蚀和泥沙磨损;大体积混凝土要防止温度裂缝;当环境水中含有的酸、盐等有害物质超过允许值时,要求水工混凝土具有抵抗有害物质侵蚀破坏的能力等。

又称海洋混凝土(concrete in sea water),即海洋工程所用的混凝土,包括有海水影响施工的海岸工程、近海工程、海洋平台、海底构筑物,以及经常受到浪花溅击的岸结构用混凝土(图4)。所处部位不同,对混凝土的性能要求亦各有差异,除要求抗硫酸盐侵蚀外,对海洋平台等工程结构既要求承受反复的波浪荷载,在浪溅区和潮汐区又要求能承受冻融循环的破坏作用,因而选用抗硫酸盐水泥和低渗透性的硅质骨料,拌制成匀质密实的混合料。为改善工作性和耐久性,应采用小水灰比并掺入适量加气剂,配制成具有较强的抗硫酸盐腐蚀、抗疲劳、抗冲击、抗冲刷性能和较高抗渗性和抗冻性(D200~D350)的混凝土。

图4 混凝土防波堤图4 混凝土防波堤

抗渗能力大于0.60兆帕(即在0.60兆帕以上水压下不透水)的防水混凝土又称不透水混凝土或水密性混凝土。一般分为:①以调整配合比为手段配制的普通防水混凝土。所用原材料与普通混凝土基本相同,但两者的配制原则不同。普通防水混凝土主要借助于采用较小的水灰比(不大于0.6),适当提高水泥用量(每立方米不小于320千克)、砂率(35%~40%)及灰砂比(1∶2~1∶2.5),控制石子最大粒径,加强养护等方法,以抑制或减少混凝土孔隙率,改变孔隙特征,提高砂浆及其与粗骨料界面之间的密实性和抗渗性。普通防水混凝土一般抗渗压力可达0.6~2.5兆帕,施工简便,造价低廉,质量可靠,适用于地上和地下防水工程。②外加剂防水混凝土。在混凝土拌和物中加入微量有机物(引气剂、减水剂、三乙醇胺)或无机盐(如氯化铁),以改善其和易性,提高混凝土的密实性和抗渗性。引气剂防水混凝土抗冻性好,能经受150~200次冻融循环,适用于抗水性、耐久性要求较高的防水工程。减水剂防水混凝土具有良好的和易性,可调节凝结时间,适用于泵送混凝土及薄壁防水结构。三乙醇胺防水混凝土早期强度高,抗渗性能好,适用于工期紧迫、要求早强及抗渗压力大于2.5兆帕的防水工程。氯化铁防水混凝土具有较高的密实性和抗渗性,抗渗压力可达2.5~4.0兆帕,适用于水下、深层防水工程或修补堵漏工程。③膨胀水泥防水混凝土。是利用膨胀水泥水化时产生的体积膨胀,使混凝土在约束条件下的抗裂性和抗渗性获得提高,主要用于地下防水工程和后灌缝。

由胶结料、耐火粗细骨料、耐火粉料,以及外加剂等按一定比例配制而成,能承受900℃以上高温作用,并在高温下仍能保持所需要的物理力学性能的混凝土、按所用的胶结料不同可分为硅酸盐水泥耐火混凝土、铝酸盐水泥耐火混凝土、水玻璃耐火混凝土、磷酸盐耐火混凝土、硅质耐火混凝土、镁质耐火混凝土等。按自重又可分为普通耐火混凝土和轻质耐火混凝土等。根据其容重大小划分为普通耐火混凝土和轻质耐火混凝土(一般容重小于1800千克/米3)。根据硬化条件不同分为水硬性耐火混凝土、气硬性耐火混凝土、热硬性耐火混凝土。根据使用温度分为高温耐火混凝土、中温耐火混凝土和低温耐火混凝土。根据用途又分为耐火隔热混凝土、耐火耐腐蚀混凝土、耐火耐磨混凝土和耐火钢筋混凝土等。常用于锅炉外壁和高温环境下的建筑物或构筑物。

在约束条件下利用混凝土的膨胀变形来补偿混凝土的全部或大部分收缩变形,以减少或防止由于收缩产生裂缝的混凝土。又称少裂混凝土。采用膨胀水泥或补偿收缩水泥、明矾石膨胀水泥作胶结材,水泥用量不应少于280千克/米3,拌和水量比同坍落度普通混凝土多10%~15%。其坍落度损失较大,应注意早期养护。硬化过程中体积变化较小,能减免混凝土结构物的收缩开裂,具有密实抗渗、早期强度较高等优点。试配时除进行坍落度、强度等检验调整外,应对膨胀率进行测试并调整。适用于防渗建筑、地下建筑、液气贮罐、屋面、楼板、路面等工程,以及接缝、接头等场所。

由耐火骨料、粉料和结合剂(有时加入外加剂)加水或其他液体配制而成的,能承受250℃以上、900℃以下温度作用的混凝土。具有热稳定性好,不变形,不软化,不粉化等特点。通常分为致密耐热混凝土和隔热耐火混凝土两类。前者又称为重质耐热混凝土或普通耐热混凝土,简称为耐热混凝土,常用的品种有硅酸盐水泥耐热混凝土、矿渣硅酸盐水泥耐热混凝土和水玻璃耐热混凝土3种。后者又称为轻质耐热混凝土。耐热混凝土生产工艺简单,不需要烧成,可节省燃料和动力,有利于机械化施工以提高生产效率,尤其在热工构筑物或大型热工基础部位使用效果显著。

一次成型,并直接利用成型后混凝土本身的自然质感作为饰面效果的混凝土。清水混凝土作为一种新型的建筑表现形式,可以不做任何修饰,颜色均匀、光滑、美观,且取消了抹灰层和面层,降低了工程成本,同时减少了建筑垃圾的产生,提高了现场文明施工程度,被广泛应用于工业建筑、民用工程中高层、公共建筑,以及市政桥梁中。清水混凝土经过了原始清水混凝土、清水混凝土、镜面清水混凝土和彩色清水混凝土4个阶段的发展,现主要分为普通清水混凝土、饰面清水混凝土和装饰清水混凝土。普通清水混凝土指表面颜色无明显色差,对饰面效果无特殊要求的清水混凝土。饰面清水混凝土指表面颜色基本一致,由有规律排列的对拉螺栓眼、明缝、禅缝、假眼等组合形成的、以自然质感为饰面效果的清水混凝土。装饰清水混凝土指表面形成装饰图案、镶嵌装饰片或彩色的清水混凝土。

既能减少给地球环境造成的负荷,又能与自然生态系统协调共生,为人类构造更加舒适环境的混凝土材料。分为环境友好型(减轻环境负荷型)生态混凝土和生物相容型(环境协调型)生态混凝土两大类。生态混凝土具有高透水性、高承载力、良好的装饰效果、易维护性、抗冻融性好、耐用性强等优点。主要用于边坡治理(包括河流、湖泊、水库等的堤坝,以及道路两侧的边坡治理等)。

一种新型的核电防护材料,是应用于欧洲第三代新型核电站核反应基坑外围防护墙及反应堆扩展区底板的防护材料。作为一种特殊的混凝土材料,牺牲混凝土可以在发生严重核电事故时,改善堆芯焰融物的特性和降低其热流密度,加快堆芯熔融物冷却,从而缓解核事故的严重后果。从力学性能上,其抗压强度在65兆帕以上,可以认为是高强混凝土;从施工角度上,牺牲混凝土具有较高流动性,属于自密实混凝土。

  • 冯乃谦.实用混凝土大全.北京:科学出版社,2001.
  • 乔生祥.水工混凝土缺陷检测和处理.北京:中国水利水电出版社,1997.
  • 潘智生, 赵晖, 寇世聪.防辐射混凝土研究现状、存在问题及发展趋势.武汉理工大学学报,2011,33(1):45-51.
  • 王红喜,陈友治,丁庆军.喷射混凝土的现状与发展.岩土工程技术,2004,18(1):51-54.
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