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低強(qiáng)度等級(jí)混凝土的高性能化工程應(yīng)用的探討論文
【摘要】
高性能化的混凝土在理解上就是通過高強(qiáng)度的技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)的。其實(shí)這樣的理解是不全面的，低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土同樣可以進(jìn)行高性能化的應(yīng)用。本文介紹了低強(qiáng)度的高性能混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀和相關(guān)高性能化工程的應(yīng)用。低強(qiáng)度混凝土的高性能化對(duì)傳統(tǒng)的混凝土是一次突破性發(fā)展，在環(huán)境、經(jīng)濟(jì)上也都有很重大的影響。
【關(guān)鍵詞】
高性能化;低強(qiáng)度等級(jí);混凝土
1.引言
高強(qiáng)度混凝土微觀結(jié)構(gòu)比較密實(shí)，但是此類混凝土的優(yōu)良強(qiáng)度和密實(shí)性也會(huì)帶來脆性大、溫度收縮性大等缺點(diǎn)、導(dǎo)致混凝土開裂。基于應(yīng)用高強(qiáng)度混凝土帶來的諸多不利因素，在實(shí)際的應(yīng)用中不要求高強(qiáng)度而是在整體性能上表現(xiàn)良好。結(jié)構(gòu)在某些使用情況下，混凝土只要某方面有很好性能的混凝土就被視為高性能混凝土，這種為特定環(huán)境而出現(xiàn)的混凝土應(yīng)用十分廣泛。隨著低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土在應(yīng)用中逐年增加，高性能化的研究也就越來越重要。
2.高強(qiáng)度混凝土的劣勢(shì)
(1)高強(qiáng)度混凝土在近幾十年的應(yīng)用較為廣泛，但是由于其不具有較好的耐久性故其在高性能場(chǎng)合并沒有得到很好的應(yīng)用。高強(qiáng)混凝土的出現(xiàn)只有幾十年，主要是通過降低水膠比來增加其強(qiáng)度。低水膠比造成了混凝土在微觀結(jié)構(gòu)上易變脆，在混凝土硬化后其強(qiáng)度會(huì)隨著時(shí)間的推移而變得很差。高強(qiáng)度混凝土建筑在微觀上結(jié)構(gòu)致密，與外界的濕度交換較少，結(jié)構(gòu)內(nèi)部已產(chǎn)生負(fù)壓而被壓縮。
(2)其水膠比的減少也減少了其防火的能力。致密的結(jié)構(gòu)會(huì)造成內(nèi)部的混凝土不能水化，長(zhǎng)期吸收外界水分會(huì)使體積膨脹。如果混凝土外加劑和混凝土之間的相容性不好，也能降低混凝土的性能。
(3)高強(qiáng)度混凝土性能轉(zhuǎn)脆，強(qiáng)度減弱的嚴(yán)重問題，成為阻礙高強(qiáng)度混凝土成為高性能混凝土的主要原因。實(shí)際應(yīng)用中，鋼筋的增加雖然能夠改善脆性，但是由于混凝土攪拌技術(shù)的不成熟，成效并不明顯。這些缺點(diǎn)在應(yīng)用中會(huì)導(dǎo)致很大的經(jīng)濟(jì)損失，使得人們明白高性能與高強(qiáng)度不能畫上等號(hào)。
3.低強(qiáng)度混凝土的高性能化研究現(xiàn)狀
在原材料上保證質(zhì)量，低強(qiáng)度混凝土在通過一系列的優(yōu)化，生產(chǎn)出性能良好的混凝土就叫做低強(qiáng)度混凝土的高性能化。使混凝土結(jié)構(gòu)得到改善，提高了強(qiáng)度等級(jí)，增強(qiáng)了耐久性。
3.1高性能的定義。
在過去實(shí)際工程的使用上，很多時(shí)候會(huì)通過增加水泥的用量來增加強(qiáng)度，水和水膠的含有量越來越小。雖然強(qiáng)度是得到了增加，但是由于材質(zhì)劣化以及周圍環(huán)境的變化對(duì)于建筑的侵蝕越來越明顯。上個(gè)世紀(jì)末期增加強(qiáng)度帶來的經(jīng)濟(jì)損失越來越大，讓人們認(rèn)識(shí)到高性能混凝土與高強(qiáng)度混凝土并不能對(duì)等。從微觀上看高強(qiáng)度混凝土，在硬化過程中未出現(xiàn)毛細(xì)孔水，出現(xiàn)了混凝土顆粒不能水化等等情況，混凝土硬化后，其強(qiáng)度等特性與混凝土中氫氧化鈣的排列有很大的關(guān)系。一定程度上可以這樣判斷高性能混凝土，耐久性良好的混凝土就屬于高性能混凝土，而和強(qiáng)度等級(jí)并無較大的直接關(guān)系。
3.2研究現(xiàn)狀。
(1)高性能混凝土研究應(yīng)用在我國(guó)的起步較晚，近幾年才迅速發(fā)展，在很多基礎(chǔ)建筑工程中高性能化的混凝土成為了主力軍。但是對(duì)于中低強(qiáng)度混凝土，特別是對(duì)于低強(qiáng)度混凝土高性能化的研究起步較晚，所以在高性能化的研究上并無較大的進(jìn)步。
(2)國(guó)內(nèi)對(duì)于低強(qiáng)度混凝土高性能化的研究備受關(guān)注，在研究中出現(xiàn)了很多的難題。其中最重要的就是在高性能概念的認(rèn)知上，雖然研究的高性能混凝土采用的是高強(qiáng)度技術(shù)，但是并不能很好將低強(qiáng)度混凝土高性能化。在混凝土的強(qiáng)度設(shè)計(jì)過程中，水膠比和砂率是主要考慮的因素，不僅要通過相關(guān)強(qiáng)度公式來計(jì)算，還要考慮環(huán)境對(duì)于混凝土的各種侵蝕作用，這樣才能獲得理想的設(shè)計(jì)。
4.應(yīng)用工程范圍
(1)很多基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，比如地鐵工程，要求其使用年限要長(zhǎng)，因此對(duì)于混凝土的要求很高。一旦出現(xiàn)問題維修，則要耗費(fèi)大量的人力物力，而且由于維修造成的地鐵使用中斷帶來很多不便，使維修工作成為非常麻煩的事。所以混凝土的性能在使用之初就要得到充分的保障，耐久性成為必須考慮的問題。
(2)耐久性包括很多方面。就地鐵工程而言，若使用的是低強(qiáng)度的混凝土，而混凝土的抗?jié)B等級(jí)對(duì)于地下工程的要求很高，混凝土在地下特別是在地下水多的地方就特別要考慮滲漏問題，因此在設(shè)計(jì)上要求抗?jié)B等級(jí)保持在P8～P12等級(jí)。實(shí)際上抗?jié)B等級(jí)是地鐵工程質(zhì)量的主要考慮因素，混凝土耐久性就體現(xiàn)在混凝土的抗?jié)B等級(jí)上。一旦發(fā)生滲漏就易造成混凝土性能降低，混凝土中的鋼筋在水滲透后會(huì)銹蝕，使工程的使用壽命大大折扣。
(3)從微觀上看滲漏，可以認(rèn)為沒有良好密實(shí)度的混凝土在水壓力大時(shí)就容易產(chǎn)生滲漏，可以用抗?jié)B等級(jí)來評(píng)價(jià)混凝土的抵抗壓力液體滲漏的能力。還有一個(gè)主要的原因就是混凝土的開裂，這是混凝土使用過程中最致命的。在地鐵工程的建造工程中混凝土的變形能引起混凝土體積的變化，所以很容易造成混凝土的開裂�？刂剖褂眠^程中混凝土體積變化成為主要的方法，在選材上也要進(jìn)行考慮�；炷烈坏┌l(fā)生了開裂現(xiàn)象，就很難通過有效的方法進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，其形成原因和應(yīng)用環(huán)境是主要的因素。從分析可以看出，地鐵工程中需要的是密實(shí)度高和體積穩(wěn)定性好的混凝土，對(duì)于強(qiáng)度的要求并不高。
5.高性能化過程
對(duì)于高性能的混凝土，雖然在制造工藝上并沒有很高的要求，無特別之處，但在選擇混合料上要求十分嚴(yán)格。改善低強(qiáng)度混凝土的性能從很大程度上就是靠合理的外摻料，礦物材料是高性能化的必要條件。正確地進(jìn)行配料可以減少成本投入。地下工程中要求的高密實(shí)性不能通過加大水泥的用量來實(shí)現(xiàn)，這樣雖然可以提高密實(shí)度，但是會(huì)使體積穩(wěn)定性降低，且混凝土硬化后水泥體積收縮會(huì)產(chǎn)生開裂。提高礦物的摻合量不僅可以提高混凝土的密實(shí)度，而且還可以減少水泥的應(yīng)用成本，不會(huì)帶來增加密實(shí)度而引起的體積不穩(wěn)定。
5.1礦物摻和料。
(1)由于鋼筋和混凝土的接觸過渡區(qū)狹窄，所以導(dǎo)致了鋼筋和混凝土的接觸面很薄弱，結(jié)合面區(qū)域強(qiáng)度和耐久性都比較差。混凝土中的氫氧化鈣在結(jié)晶后定向排列，形成的多孔結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致其界面結(jié)合過渡區(qū)增大。對(duì)于外摻材料，可以加入粉煤灰等礦物材料降低氫氧化鈣的沉淀，在結(jié)合處可以減少空隙，從而增加了抗?jié)B漏性提高了耐久性。
(2)常用的高性能化的摻和料有很多，其中粉煤灰、礦渣和硅粉應(yīng)用較多。增加硅粉用量可以提高混凝土強(qiáng)度，但是由于硅粉價(jià)格較貴，在實(shí)際使用中較少，故主要是使用粉煤灰、礦渣較多，用來增加混凝土的強(qiáng)度。混凝土水化熱的效果在增加礦渣量摻后會(huì)降低，因此效果不好，所以在很多情況下可以使用粉煤灰來代替礦渣改善混凝土的性能。
(3)混凝土中的相關(guān)成分進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是活性反應(yīng)，對(duì)于添加有粉煤灰的混凝土中產(chǎn)生的活性反應(yīng)，主要就是指活性氧化硅、氧化鋁的反應(yīng)和氫氧化鈣的生成。粉煤灰產(chǎn)生的物理性能來自其形態(tài)效應(yīng)。粉煤灰的活性玻璃態(tài)球狀顆粒能改善混凝土的和易性，提高混凝土的密實(shí)度，混凝土中的含氣量和泌水性都會(huì)因此降低。在選擇粉煤灰時(shí)要注意其形狀和成分，其品質(zhì)主要由它們決定，通過相關(guān)的測(cè)試來選擇活性高、有害成分少的粉煤灰。
5.2混凝土配制。
(1)用水量的減少可以增加高性能混凝土的密實(shí)性，但是在耐久性上并不能得到保障。在實(shí)際配制混凝土?xí)r可以保證膠結(jié)材料的用量，水泥要保證不過量使用，增加粉煤灰的量替代水泥的功能，從而降低了溫度變化導(dǎo)致的收縮性，不僅要保證混凝土材質(zhì)的均勻性還要保證其和易性。
(2)混凝土中使用外加劑可以很好地提高流動(dòng)性，而且不會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成損害。想要減少混凝土中產(chǎn)生的孔隙可以使用高效減水劑，歐洲國(guó)家在很早之前就開始使用，現(xiàn)今成為一種普遍使用的方法。高效減水劑可以在保證水泥用量的同時(shí)可以提高混凝土的流動(dòng)性，對(duì)于吸附在一起的水泥有明顯的分散作用。比如地鐵工程，降低混凝土泌水的有效方法則是使用引氣劑，它是一種表面活性劑，使用引氣劑后，混凝土在攪拌過程中產(chǎn)生的微氣泡就會(huì)均勻分布，不僅改善了混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)，而且提高了其密實(shí)性。這些微氣泡在混凝土硬化后存在于混凝土中，顯著提高混凝土的抗凍性和抗?jié)B性。
6.結(jié)束語
在廣泛應(yīng)用低強(qiáng)度混凝土的今天，要進(jìn)行其高性能化的研究很有必要，使用外加劑的方法是一種有效的途徑�？茖W(xué)的選材，使用合理的外加劑和外摻材料，改進(jìn)施工工藝，就可以將低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土進(jìn)行高性能化。高性能化的應(yīng)用可以降低成本，提高資源的合理利用，國(guó)內(nèi)外低強(qiáng)度的混凝土使用量還是占有很大的比例，在高性能化研究上尤為重要。
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