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        混凝土及其增強材料的發(fā)展與應(yīng)用

        2012-12-28 12:32:28劉香云
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2012年4期
        關(guān)鍵詞:混凝土

        劉香云

        (鄭州永恒市政建設(shè)工程有限公司,河南 鄭州 450052)

        1 混凝土

        1.1 高性能混凝土

        HPC是近年來混凝土材料發(fā)展的一個重要方向,所謂高性能:是指混凝上具有高強度、高耐久性、高流動性等多方面的優(yōu)越性能。從強度而言,抗壓強度大于C50的混凝土即屬于高強混凝土,提高混凝土的強度是發(fā)展高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)的重要措施。采用高強混凝土,可以減小截面尺寸,減輕自重,因而可獲得較大的經(jīng)濟效益,而且,高強混凝土一般也具有良好的耐久性。我國己制成C100的混凝土。已有文獻報道,國外在試驗室高溫、高壓的條件下,水泥石的強度達(dá)到662MPa(抗壓)及64.7MPa(抗拉)。

        1.2 活性微粉混凝土

        RPC是一種超高強的混凝土,其立方體抗壓強度可達(dá)200-800MPa,抗拉強度可達(dá)25~150MPa,斷裂能可達(dá)30KJ/m2,單位體積質(zhì)量為2.5-3.0t/m3。制成這種混凝土的主要措施是:(1)減小顆粒的最大尺寸,改善混凝土的均勻性;(2)使用微粉及極微粉材料,以達(dá)到最優(yōu)堆積密度;(3)減少混凝土用水量,使非水化水泥顆粒作為填料,以增大堆積密度;(4)增放鋼纖維以改善其延性;(5)在硬化過程中加壓及加溫,使其達(dá)到很高的強度。

        1.3 低強混凝土

        這種材料可用于基礎(chǔ)、樁基的填、墊、隔離及作路基或填充孔洞之用,也可用于地下構(gòu)造,在一些特定情況下,可用其調(diào)整混凝土的相對密度、工作度、抗壓強度、彈性模量等性能指標(biāo),而且不易產(chǎn)生收縮裂縫。

        1.4 輕質(zhì)混凝土

        利用天然輕骨料(如浮石、凝灰?guī)r等)、工業(yè)廢料輕骨料(如爐渣、粉煤灰陶粒、自燃煤矸石等)、人造輕骨料(頁巖陶粒、粘土陶粒、膨脹珍珠巖等)制成的輕質(zhì)混凝土具有密度較小、相對強度高以及保溫、抗凍性能好等優(yōu)點利用工業(yè)廢渣如廢棄鍋爐煤渣、煤礦的煤矸石、火力發(fā)電站的粉煤灰等制備輕質(zhì)混凝土,可降低混凝土的生產(chǎn)成本,并變廢為用,減少城市或廠區(qū)的污染,對環(huán)境保護也是有利的。

        1.5 纖維增強混凝土

        為了改善混凝土的抗拉性能差、延性差等缺點,在混凝土中摻加纖維以改善混凝土性能的研究,發(fā)展得相當(dāng)迅速。目前研究較多的有鋼纖維、耐堿玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚丙烯纖維或尼龍合成纖維混凝土等。

        當(dāng)纖維長度及長徑比在常用范圍,纖維摻量在1%到2%(體積分?jǐn)?shù),本文中的摻量均指體積分?jǐn)?shù))的范圍內(nèi),與基體混凝土相比,鋼纖維混凝土的抗拉強度可提高40%~80%,抗彎強度提高50%~120%,抗剪強度提高50%~100%,抗壓強度提高較小,在0~25%之間,彈性階段的變形與基體混凝土性能相比沒有顯著差別,但可大幅度提高衡量鋼纖維混凝土塑性變形性能的韌性。

        1.6 自密實混凝土

        自密實混凝土不需機械振搗,而是依靠自重使混凝土密實?;炷恋牧鲃佣入m然高,但仍可以防止離析。配制這種混凝土的方法有:(1)粗骨料的體積為固體混凝土體積的50%;(2)細(xì)骨料的體積為砂漿體積的40%;(3)水灰比為0.9-1.0;(4)進行流動性試驗,確定超塑化劑用量及最終的水灰比,使材料獲得最優(yōu)的組成。

        這種混凝土的優(yōu)點有:在施工現(xiàn)場無振動噪音;可進行夜間施工,不擾民;對工人健康無害;混凝土質(zhì)量均勻、耐久;鋼筋布置較密或構(gòu)件體型復(fù)雜時也易于澆筑;施工速度快,現(xiàn)場勞動量小。

        1.7 智能混凝土

        利用混凝土組成的改變,可克服混凝土的某些不利性質(zhì),例如:高強混凝土水泥用量多,水灰比低,加入硅灰之類的活性材料,硬化后的混凝土密實度好,但高強混凝土在硬化早期階段,具有明顯的自主收縮和孔隙率較高,易于開裂等缺點。解決這些問題的一個方法是,用摻量為25%的預(yù)濕輕骨料來替換骨料,從而在混凝土內(nèi)部形成一個“蓄水器”,使混凝土得到持續(xù)的潮濕養(yǎng)護。這種加入“預(yù)濕骨料”的方法,可使混凝土的自生收縮大為降低,減少了微細(xì)裂縫。

        高強混凝土的另一問題是良好的密實性所引起的防火能力降低.這是因為在高溫(火災(zāi)〕時,砂漿中的自由水和化學(xué)結(jié)合水轉(zhuǎn)變?yōu)樗畾?,但卻不能從密實的混凝土中逸出,從而形成氣壓,導(dǎo)致柱子保護層剝落,嚴(yán)重降低了柱的承載力,解決這個問題的一種方法是,在每方混凝土中加2kg聚丙烯纖維,在高溫(火災(zāi))時,纖維熔化,形成了能使水氣從邊界區(qū)逸出的通道,減小了氣壓,從而防止柱的保護層剝落。

        1.8 預(yù)填骨料升漿混凝土

        國內(nèi)在大連中遠(yuǎn)60000t船塢工程中,因地質(zhì)條件復(fù)雜,船塢底板首次采用了坐落于基巖上的預(yù)填骨料升漿混凝土,即用密度較大的厚4~5m的鐵礦石作為預(yù)填骨料,礦石層下再鋪設(shè)1m厚的石灰石塊石。礦石層上是厚60~80cm的現(xiàn)澆鋼筋混凝土板在預(yù)填骨料層中布置壓漿孔注入砂漿,形成預(yù)填骨料升漿混凝土。采取這種工藝,縮短了工期,取得了良好的經(jīng)濟效益。

        1.9 碾壓混凝土

        用于大體積混凝土的碾壓混凝土的澆筑機具與普通混凝土不同,其平整使用推土機,振實用碾壓機,層間處理用刷毛機,切縫用切縫機,整個施工過程的機械化程度高,施工效率高,勞動條件好,可大量摻用粉煤灰,與普通棍凝土相比,澆筑工期可縮短1/3~1/2,用水量可減少20%,水泥用量可減少30%~60%。

        2 配筋及增強材料

        2.1 纖維筋

        鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的配筋材料,主要是鋼筋最近在國際上研究較多的是樹脂粘結(jié)的纖維筋作混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的非金屬配筋,常用的纖維筋有樹脂粘結(jié)的碳纖維筋、玻璃纖維筋及芳綸纖維筋國外研究指出,這幾種纖維筋的強度都很高,只是玻璃纖維筋的抗堿化性能較差。纖維筋的突出優(yōu)點是抗腐蝕、高強度,此外,還具有良好的抗疲勞性能、大的彈性變形能力、高電阻及低磁導(dǎo)性,其缺點是斷裂應(yīng)變性能較差、較脆、徐變(松弛)值較大,熱膨脹系數(shù)較大。

        2.2 雙鋼筋

        為了減小裂縫寬度和構(gòu)件的變形,國內(nèi)在一些工程中,采用焊成梯格形的雙鋼筋,在構(gòu)件內(nèi)平放或豎放布置。

        2.3 冷軋變形鋼筋

        為了節(jié)約鋼材用量,國內(nèi)引進國外設(shè)備或自制設(shè)備,用光圓鋼筋,經(jīng)過冷軋,軋成帶肋的直徑小于母材直徑的鋼筋,稱為冷軋帶肋鋼筋。另一種類似的鋼筋,是用I級光圓用筋冷軋扭轉(zhuǎn)成型,稱為冷軋變形用筋或冷軋扭鋼筋。這兩種冷軋鋼筋的抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值(極限抗拉強度)及設(shè)計值都比母材大大提高,與混凝土的粘結(jié)強度也得到提高,但直徑較小。它們主要用作板式構(gòu)件的受力鋼筋或梁、柱構(gòu)件的箍筋或作預(yù)應(yīng)力筋。由于強度提高,可以節(jié)約材料用量,獲得經(jīng)濟效益。這兩種鋼筋,國內(nèi)己制訂了規(guī)程。為將這種小直徑鋼筋的用途擴展至梁、柱的受力鋼筋,也可采用雙筋或三筋的并筋,但需適當(dāng)增大其錨固長度。

        2.4 環(huán)氧樹脂涂敷鋼筋

        在海洋環(huán)境或者有腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境中(如冬季撒鹽的橋面),鋼筋銹蝕是影響結(jié)構(gòu)耐久性的重要原因。為了防止鋼筋銹蝕,用不銹鋼制造鋼筋是一個途徑,但是價格昂貴。另一個途徑是用環(huán)氧樹脂涂敷鋼筋表面,形成防銹的涂層,以防止鋼筋生銹,這種方法在日本、美國應(yīng)用較多。鋼筋在工廠中校直、加熱、噴涂樹脂粉末,形成防護薄膜,冷卻后經(jīng)檢驗合格,用于有嚴(yán)格防銹蝕要求的工程,可使結(jié)構(gòu)的耐久性大大提高。

        2.5 預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒、預(yù)應(yīng)力混凝土用螺旋肋鋼絲

        在傳統(tǒng)用于預(yù)應(yīng)力混凝土的鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋的基礎(chǔ)上,從國外引進生產(chǎn)線,己生產(chǎn)出直徑達(dá)12.6mm、抗拉強度達(dá)1570MPa的預(yù)應(yīng)力混凝土用的帶螺旋肋的鋼棒,及直徑達(dá)12.0mm、抗拉強度達(dá)1570MPa的帶螺旋肋的鋼絲。這種新產(chǎn)品的特點是:高強度、低松弛,與混凝土的粘結(jié)強度好,易墩粗,可點焊,可盤卷等。

        [1]趙國藩.高等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)[M].北京:中國電力出版社。1999

        [2]陳本沛.混凝土結(jié)構(gòu)理論和應(yīng)用研究的理論與發(fā)展[M].大連理工大學(xué)出版社.1994.

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