新型混凝土材料的特性研究與應用

(成都理工大學 四川 成都 610059)

引言

鋼筋混凝土結構自誕生以來，經歷了兩個世紀的發展，已經成為當今世界土木工程領域主要的結構形式。混凝土作為其中主要的抗壓材料和填充材料，起著保護鋼筋、提高結構耐久性、提升構件抗壓承載力、調節結構整體周期頻率指標的重要作用，其各方面特性直接影響到結構的安全性、可靠性、適用性以及經濟性。

一、混凝土的概念

混凝土又稱“砼”，這個字由人、工、石組成，形象地說明了混凝土就是一種人工建筑材料。實際上，混凝土材料就是膠結材料、粗細骨料和水按照一定得比例經過振搗和攪拌成型，并在特定的條件下對其進行養護后形成的人工建筑材料，這種人工復合材料不僅具備一定的強度，制作成本也相對較低。

二、幾種新型混凝土材料的出現及在工程中的應用

隨著人們對工程質量要求越來越高，傳統的混凝土材料很難滿足高質量工程的需求。相關技術人員根據這種現狀研發出高強度、耐磨、抗腐蝕的新型混凝土材料，并且取得良好的成效。常見的新型混凝土主要有以下幾種：

(一)高性能混凝土

很多國家早在上世紀八十年代就研發出高性能的混凝土，高性能混凝土包括粗細骨料、水泥、超塑化劑、多種礦物摻合料和水，這種組成配制出來的高性能混凝土在耐久性、高強度、穩定性、低水化熱等多方面都有顯著的優勢和性能。高性能混凝土不僅能降低工程造價、增加使用空間、節約施工能耗，還能在極端環境下提升其抵御能力。高性能混凝土工作性能好，耐久性好，所以其成本與同級高強混凝土相比，直接節約32—58.8元/每平方米。因此高性能混凝土的優越性與經濟，使其用途不斷擴大，在不少工程中得以推廣應用。

(二)彩色混凝土

這種混凝土顏色能根據空氣濕度產生變化，這種混凝土在干燥的空氣中，彩色混凝土會呈現蔚藍色。下雨時，又會變成玫瑰色，在潮濕的天氣則呈現漂亮的紫色，該混凝土也被稱作“天氣混凝土”。彩色透水混凝土是由特定級配的骨料、膠凝材料、水、添加劑等按特定比例經特殊工藝制成的具有連續孔隙的多孔混凝土，能夠很好的解決目前城市建設過程帶來的諸多城市環境問題。其表觀密度一般為1600-2100kg/m3，28d抗壓強度10-40MPa，抗折強度2-7MPa，透水系數0.5-10mm/s，有效目標孔隙率為18%～22%。彩色混凝土因其特性可廣泛應用于人行道、步行街、輕量級道路、公園小區內道路、大型廣場、各種新型體育場地、停車場、地下建筑工程，構筑堤壩、護岸及高速公路路肩護坡等工程項目中。

(三)生態型混凝土

建筑業是傳統高耗能產業，燒結磚、水泥、石灰等建筑材料在制作過程中會消耗大量的自然資源，隨著低碳環保和構建環境友好型社會理念的逐步推廣，一種可減少環境負荷的生物相容型混凝土應運而生，即為生態型混凝土。生態型混凝土是指能與動植物等生物和諧共存的混凝土。根據用途，這類混凝土可分為植物相容型生態混凝土、海洋生物相容型生態混凝土、淡水生物相容型生態混凝土以及凈化水質用混凝土等。將足夠強度的混凝土作為受力骨架，骨架內空隙中填充植物或海水、淡水生物生存所需的營養物質。在澆筑成型和以后的使用過程中可以實現自身強度的增長和植被與水生物繁衍生息的同步進行。同時，多孔的微觀特性還使其具有了良好的透水性與吸音性，衍生出透水混凝土、吸音混凝土等不同種類。生態型混凝土在沿海環境、山坡綠化環境中，起到調節生態平衡、美化環境、凈化水質、實現共生發展等作用

(四)泡沫混凝土

泡沫混凝土是將泡沫劑水溶液加入到由粉煤灰等硅酸鹽物質、波特蘭水泥或碳酸鈣、水及外加劑組成的混合物中，經一系列物理與化學綜合作用形成的輕質多孔建筑結構建材。由于此類混凝土中未添加大粒石子的粗骨料，且在制拌過程中通過為人工控制形成了較多的內部空隙氣泡，故其有著獨特的物理指標性能。在密度方面最低可低至普通混凝土的1/5左右，抗壓抗彎能力明顯較低，但變現出良好的保溫隔熱性能和隔音耐火性能，獨特的內部結構使得構件在地震波作用下自振周期被拉長，外部激勵得到了較為充分的吸收。因此當采用泡沫混凝土作為墻體或屋面材料時，產生了隔震作用，減少不利荷載，是優質的抗震建材。從經濟層面講，泡沫混凝土可大量利用工業廢渣作為原材料，成本可控。

(五)纖維混凝土

由于傳統混凝土的延展性和抗拉性不足，因此研究人員借助傳統的鋼筋混凝土的理論基礎通過將傳統混凝土中的鋼筋材料換為由鋼纖維、玻璃纖維、碳纖維等纖維類材料組成的相應的纖維束，制作出纖維混凝土。因為鋼筋被替換為不同的材料。所以纖維混凝土又被分類為鋼纖維混凝土、玻璃纖維混凝土、碳纖維混凝土、聚丙烯纖維混凝土等多種類型。由于傳統混凝土中添加纖維，混凝土的性能被有效改善。有關科研人員通過實驗在抗壓強度方面將傳統混凝土和纖維混凝土進行對比，發現纖維混凝土在抗壓強度方面比傳統混凝土高出五倍以上，而纖維混凝土的造價成本比傳統混凝土低。

三、結語

以高性能混凝土、彩色混凝土、生態型混凝土、纖維混凝土和泡沫混凝土為代表的新型混凝土都各自具備鮮明的特點，例如高強度耐熱性、裝飾功能、調節生態、環保、低成本等性能。可以肯定的是，隨著我國科學技術以及經濟的快速發展，對工程建設項目質量的要求越來越高，各種新型混凝土也將不斷地應用到各項工程中，新型混凝土材料會更好的滿足工程的要求，獲得較好的經濟效益、社會效益和環境效益，實現建筑行業的和諧發展，這對于構建和諧社會也是非常有利的。我國經濟發展進入新常態，資源產能、社會認知、科研發展、行業變革等方面也面臨新的環境形勢，新型混凝土材料的應用將是推動建筑工程領域開拓創新必不可少的積極因素，可以預見，新型混凝土材料在未來肯定會有巨大的發展空間。