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淺談高性能混凝土的應用與發展現狀

編輯:看黄软件无限次破解版   發布時間:2019-12-9?

  從1824年波特蘭水泥發明開始,混凝土材料至今已有100多年的歷史,這種以水泥為膠結材的混凝土也取得了具大的發展。20世紀80年代末90年代初,一些發達國家基于混凝土結構耐久性設計提出的一種全新概念的混凝土,它以耐久性為首要設計指標,這種混凝土有可能為基礎設施工程提供100年以上的使用壽命,區別于傳統混凝土,高性能混凝土其以體積穩定性等許多優良特性,被認為是目前全世界性能最為全面的混凝土,至今已在不少重要工程中被采用,特別是在高層建筑、橋梁、海港建筑等工程中顯示出其獨特的優越性,在工程安全使用期、經濟合理性、環境條件的適應性等方面產生了明顯的效益。 


高性能混凝土


  一、什么是高性能混凝土 
  高性能混凝土到目前為止還沒有統一的定義,一般認為高性能混凝土是指用常規的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥、砂石等做原材料,使用常規制作工藝,主要依靠高效減水劑和活性礦物摻合料配制的水泥混凝土。 
  與普通混凝土相比,高性能混凝土具有如下獨特的性能: 
  1.耐久性。高效減水劑和礦物質超細粉的配合使用,能夠有效的減少用水量,減少混凝土內部的空隙,能夠使混凝土結構安全可靠地工作50~100年以上,是高性能混凝土應用的主要目的。 
  2.工作性。坍落度是評價混凝土工作性的主要指標,HPC的坍落度控制功能好,在振搗的過程中,高性能混凝土粘性大,粗骨料的下沉速度慢,在相同振動時間內,下沉距離短,穩定性和均勻性好。同時,由于高性能混凝土的水灰比低,自由水少,且摻入超細粉,基本上無泌水,其水泥漿的粘性大,很少產生離析的現象。 
  3.力學性能。由于混凝土是一種非均質材料,強度受諸多因素的影響,水灰比是影響混凝土強度的主要因素,對于普通混凝土,隨著水灰比的降低,混凝土的抗壓強度增大,高性能混凝土中的高效減水劑對水泥的分散能力強、減水率高,可大幅度降低混凝土單方用水量。在高性能混凝土中摻入礦物超細粉可以填充水泥顆粒之間的空隙,改善界面結構,提高混凝土的密實度,提高強度。 
  4.體積穩定性。高性能混凝土具有較高的體積穩定性,即混凝土在硬化早期應具有較低的水化熱,硬化后期具有較小的收縮變形。 
  二、高性能混凝土的應用 
  從公元前2世紀采用天然火山灰、石灰、碎石拌制天然混凝土開始,用于一般的民用建筑,到1824年,英國人發明了波特蘭水泥,即燒制硅酸鹽水泥、1861年,法國花匠發明了制造鋼筋混凝土結構的方法,1867年出現鋼筋混凝土結構構件,1940年開始采用了預應力混凝土技術,從此混凝土技術有了突飛猛進的發展,為建造高層建筑和大跨度橋梁提供了物質基礎。這個時期的混凝土性能,大多以滿足強度要求和如何獲得較高強度的混凝土,作為科研和生產的主要工作目標。 
  進一步的研究成果表明,如今,尚且沒有能夠完全取代混凝土作為結構材料的其它材料,混凝土材料在今后50年內還將是應用最廣、用量最大的建筑材料。目前,全世界水泥年產量達15億噸以上,我國水泥年產量達5.1億噸,占世界產量的三分之一。 
  混凝土結構的耐久性能與其工作環境有關,工程實踐表明,在長期環境因素作用下,混凝土構件遠低于設計壽命,這不僅是原設計理論估計的不足,也反映了環境變化的復雜性。因此,混凝土構建過早的出現裂縫甚至倒塌。混凝土耐久性達不到要求,要花費大量財力用于工程維修和重建,如在美國,今后混凝土工程維修和重建費用高達3000億美元。配制新的混凝土和拆除建筑廢棄的混凝土,都將增加能源消耗和環境負擔。僅美國每年大約有6000萬噸廢棄混凝土,日本每年約有1600萬噸廢棄混凝土,我國的情況也未必樂觀。可見廢舊建筑材料的數量之大,令人驚嘆。 
  綜上所述,發展高性能混凝土,必須綜合評價和協調混凝土對原材料、土地、水和勞動力等資源消耗、能源消耗和環境付出的代價與經濟社會效益和人類生存的長遠利益,走可持續發展道路。 


高性能混凝土應用


  三、高性能混凝土的可持續發展 
  高性能混凝土可持續發展,是在近幾年始于西方發達國家及日本。首次公開報道是在1981年,到了1990年才得到廣泛關注,國內最早提到是在1992年。由于生產建設的需要,大跨度結構的橋梁、高層鋼筋混凝土結構樓房、海洋鉆井平臺、大型水利工程的堤壩、核反應堆及有毒廢物處理用結構工程等,與一般的工業與民用建筑對混凝土的要求有所不同,除了在惡劣的工作環境下承受外部作用,耐久性能高外,還要求使用壽命達到幾百年。形成高性能混凝土概念初期,不少西方學者認為就是高強度混凝土。因為高強度可以減少構件幾何尺寸,減輕結構自重,從而使結構獲得較大跨度和建筑高度。而混凝土的耐久性不像強度那樣得到重視,一般認為不會有問題。日本學者則認為,混凝土的高性能,應該是包括方便混凝土工程施工在內及混凝土結構使用過程中的高性能。混凝土高空輸送的可泵性、澆注成型過程中的免振搗和試用階段的耐久性能等。 
  四、結語 
  高性能混凝土,其性能與所處時代的發展相適應,又隨著社會生產、生活的發展需要而發展,它有著鮮明的時代特征,即不能超越現實的可能,又必須按照時代的需要而發展。高性能可持續性發展,是人們使生產和生活更加科學化為我們工作提出了一個行為準則。混凝土的高性能不僅是產品自身的高性能,還包括生產的全過程。實現高性能必須有高性能的生產保證。可持續發展的要求要保護資源和環境,這不僅是要求產品自身、同時也要求生產的全過程都需要面臨資源消耗和環境保護的問題,這是一個全行業的系列化問題,也就是關于綠色高性能混凝土的研究、生產與應用。如果說現實的高性能混凝土的自身發展尚存在問題的話,那就是它必須受到可持續發展大前提的約束。


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