摘要:随着人们对环境问题的日益关心,可持续发展等问题也为我们所逐渐关注。再加上“汶川大地震”,“海地大地震”两次引起了全球共同震惊和思考的严重自然灾害,人类对其居住的房屋越来越存在更多的疑问。而目前大家所普遍具有的认识还只是修建房屋的基本材料——钢筋混凝土。钢筋混凝土是钢筋和混凝土两种材料的完美结合,它在实际建筑运用中主要发挥着钢筋受拉和混凝土受压各自的优点。

关键词:高性能混凝土;耐久性;原材料;抗渗性;抗冻性

普通混凝土是当代用量最多的人造材料。但它并不总是耐久的,在正常使用条件下,其使用期限约为50年,而在严酷的条件下经20年、10余年或更短时间就遭到了本质的破坏,需要补强,修理甚至重建。正在我们为其耐久性所困扰之际,现代高性能混凝土(High performance concrete 简称HPC)技术为解决该问题开辟了一条新途径。
高性能混凝土实质上是指具备高施工性,高抗渗性,高体积稳定性(即硬化过程中不开裂,收缩徐变小),较高强度(C30级以上),并保持其强度持续增长,最终获得高耐久性(耐久性提高到200年以上)的一种新型混凝土。
房屋的耐久性就是对混凝土的一种功能要求,它也是节约天然资源(矿产、砂石),减少建筑垃圾产生,保护自然环境的需要。大量使用粉煤灰等矿物掺合料,不仅为了改善混凝土的性能,而且使处理利用工业废料形成良好的生产循环。合理降低水泥用量既能提高混凝土的质量,又能减少生产水泥所带来的能耗与二氧化碳排放量。

一、高性能混凝土的研制需要的主要原材料

水泥(经验证明:水泥用量较低的HPC 不仅工作性能好,而且混凝土一般不开裂,后期强度持续增长,耐久性好),除水泥强度等级外,水泥矿物组成和细度都对高性能混凝土的性能有影响。高性能混凝土为确保其高流动性,高强度,高耐久性,水泥必须与所用高效减水剂相容性好,使混凝土拌合物在满足工作性条件下用水量尽可能的低,坍落度损失小。
外加剂(超塑化剂、泵送剂、膨胀防水剂、引起减水剂或早强防冻剂)。在混凝土中加入外加剂一般可达到的目的是:减少水泥用量,有的还可以改善混凝土的工作性能,降低水化热,增进后期强度,改善混凝土的内部结构,提高抗渗性和抗腐蚀能力,抑制碱-集料反映。
微集料(主要是粉煤灰、矿渣沸石、增强防水剂),砂石和水。与普通混凝土相比,高性能混凝土强度高,用水较少,集料的性能对混凝土的强度、工作性等将起着极其重要发热作用。如掺入粉煤灰可使混凝土的长期性能得到大幅度的改善,对延长结构物的使用寿命有重要意义。粗集料的强度、集料—水泥浆界面粘接强度对高强混凝土的强度影响很大。对于普通混凝土,适当加大粗集料的最大粒径可在同一坍落度下稍许减少水的用量,对混凝土的工作性和强度有利。但对高性能混凝土来说,加大集料尺寸可使混凝土性能下降。因此,高性能混凝土应使用最大粒径小的混凝土。
砂石和水。砂石要求级配良好。
在原料基础上,对于高性能混凝土我们需要按一定的原则进行配合比设计。特别值得注意的是,为提高混凝土的耐久性,改善混凝土的施工性能和抗裂性能,混凝土中宜适量掺加优质的粉煤灰、矿渣粉或硅灰等矿物外加剂,其掺量应根据混凝土的性能通过实验确定。除此之外,化学外加剂的掺量应使混凝土达到规定的水胶比和工作度,且使用的最高掺量不应对混凝土性能(凝结时间、后期强度等)产生不利影响。

二、高性能混凝土的性能

当由以上原料配制出的高性能混凝土便具有一定的耐久性。而对于混凝土,我们说抗渗性和抗冻性是衡量其耐久性的主要指标,并且抗渗性有是混凝土的第一道防线。所以,我们重要介绍高性能混凝土的以上两种性能。
混凝土的抗渗性取决于其中大孔及毛细孔所占体积与分布状况。当混凝土水胶比大于0.4时,水泥石中除了凝胶水外,还存在毛细水,毛细管即是水扩散与渗漏的通道。而HPC水胶比在0.38一下,其连续的毛细孔可以尽早得到自行封闭;另外HPC中微集料与骨料周边水化氢氧化钙作用,改善了界面结构及水泥石孔结构,因此使毛细孔通道被填塞,从而使不透水的小孔增多。这样就极好地改善了混凝土的抗渗性。实验表明:当水胶比小于0.38时,其成熟水泥的渗漏系数相当于密致火成岩的渗漏系数,比花岗岩的渗漏系数还要低得多。并且细孔可以尽早得到自行封闭,所以HPC基本不透水。
混凝土的抗冻性是评价其耐久性的又一重要指标。抗冻性是表示混凝土抵抗环境介质作用而保持其强度的能力。它在冻融循环频繁的地区尤为重要。混凝土的抗风化能力受多种因素影响:季节变化,冷热交替温度变化,干湿度变化,水位变动等引起的干缩湿胀。混凝土的抗冻性可以表示抗风化性的优劣,以保证建筑物的使用寿命。众所周知,对要求抗冻融的普通混凝土必须加引气剂。而HPC抗渗性好,如我们前面所讨论,孔径小且分布均匀。孔径小于10至5μm微孔其冰点很低,直至很小凝胶孔的水冰点最低可达-70℃。因此,抗冻性主要取决于混凝土中大孔的体积及其结构。HPC便是由于孔结构和界面结构得到改善,使水不易渗入其内部,使之具有优良的抗冻性。同理,因为HPC抗渗性好,水及其它侵蚀性质难以渗入混凝土内部。其抗拉、抗劈裂等性能也大大提高。

三、高性能混凝土的前景

HPC工作性能好,耐久性好,所以其成本与同级高强混凝土相比,直接节约32—58.8元/每平方米。这个概念就是说按1000万平方米/年,HPC节约材料费40元/每平方米,仅节约材料就达4亿元/年。因此高性能混凝土的优越性与经济,使其用途不断扩大,在不少工程中得以推广应用。

参考文献
1、姚燕、王玲、田培著,高性能混凝土,化学工业出版社,2006年。
2、龚洛书著,混凝土的耐久性及其防护修补,中国建筑工业出版社,1990。
3、冯乃谦著,高性能混凝土,中国建筑工业出版社,2002