低強度等級混凝土的高性能化工程應用的探討論文
【摘要】
高性能化的混凝土在理解上就是通過高強度的技術進行生產的。其實這樣的理解是不全面的，低強度等級的混凝土同樣可以進行高性能化的應用。本文介紹了低強度的高性能混凝土的發展現狀和相關高性能化工程的應用。低強度混凝土的高性能化對傳統的混凝土是一次突破性發展，在環境、經濟上也都有很重大的影響。
【關鍵詞】
高性能化;低強度等級;混凝土
1.引言
高強度混凝土微觀結構比較密實，但是此類混凝土的優良強度和密實性也會帶來脆性大、溫度收縮性大等缺點、導致混凝土開裂。基于應用高強度混凝土帶來的諸多不利因素，在實際的應用中不要求高強度而是在整體性能上表現良好。結構在某些使用情況下，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，這種為特定環境而出現的混凝土應用十分廣泛。隨著低強度等級的混凝土在應用中逐年增加，高性能化的研究也就越來越重要。
2.高強度混凝土的劣勢
(1)高強度混凝土在近幾十年的應用較為廣泛，但是由于其不具有較好的耐久性故其在高性能場合并沒有得到很好的應用。高強混凝土的出現只有幾十年，主要是通過降低水膠比來增加其強度。低水膠比造成了混凝土在微觀結構上易變脆，在混凝土硬化后其強度會隨著時間的推移而變得很差。高強度混凝土建筑在微觀上結構致密，與外界的濕度交換較少，結構內部已產生負壓而被壓縮。
(2)其水膠比的減少也減少了其防火的能力。致密的結構會造成內部的混凝土不能水化，長期吸收外界水分會使體積膨脹。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)高強度混凝土性能轉脆，強度減弱的嚴重問題，成為阻礙高強度混凝土成為高性能混凝土的主要原因。實際應用中，鋼筋的增加雖然能夠改善脆性，但是由于混凝土攪拌技術的不成熟，成效并不明顯。這些缺點在應用中會導致很大的經濟損失，使得人們明白高性能與高強度不能畫上等號。
3.低強度混凝土的高性能化研究現狀
在原材料上保證質量，低強度混凝土在通過一系列的優化，生產出性能良好的'混凝土就叫做低強度混凝土的高性能化。使混凝土結構得到改善，提高了強度等級，增強了耐久性。
3.1高性能的定義。
在過去實際工程的使用上，很多時候會通過增加水泥的用量來增加強度，水和水膠的含有量越來越小。雖然強度是得到了增加，但是由于材質劣化以及周圍環境的變化對于建筑的侵蝕越來越明顯。上個世紀末期增加強度帶來的經濟損失越來越大，讓人們認識到高性能混凝土與高強度混凝土并不能對等。從微觀上看高強度混凝土，在硬化過程中未出現毛細孔水，出現了混凝土顆粒不能水化等等情況，混凝土硬化后，其強度等特性與混凝土中氫氧化鈣的排列有很大的關系。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，而和強度等級并無較大的直接關系。
3.2研究現狀。
(1)高性能混凝土研究應用在我國的起步較晚，近幾年才迅速發展，在很多基礎建筑工程中高性能化的混凝土成為了主力軍。但是對于中低強度混凝土，特別是對于低強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步。
(2)國內對于低強度混凝土高性能化的研究備受關注，在研究中出現了很多的難題。其中最重要的就是在高性能概念的認知上，雖然研究的高性能混凝土采用的是高強度技術，但是并不能很好將低強度混凝土高性能化。在混凝土的強度設計過程中，水膠比和砂率是主要考慮的因素，不僅要通過相關強度公式來計算，還要考慮環境對于混凝土的各種侵蝕作用，這樣才能獲得理想的設計。
4.應用工程范圍
(1)很多基礎設施項目，比如地鐵工程，要求其使用年限要長，因此對于混凝土的要求很高。一旦出現問題維修，則要耗費大量的人力物力，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，若使用的是低強度的混凝土，而混凝土的抗滲等級對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，因此在設計上要求抗滲等級保持在P8～P12等級。實際上抗滲等級是地鐵工程質量的主要考慮因素，混凝土耐久性就體現在混凝土的抗滲等級上。一旦發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，可以認為沒有良好密實度的混凝土在水壓力大時就容易產生滲漏，可以用抗滲等級來評價混凝土的抵抗壓力液體滲漏的能力。還有一個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。控制使用過程中混凝土體積變化成為主要的方法，在選材上也要進行考慮。混凝土一旦發生了開裂現象，就很難通過有效的方法進行定量評價，其形成原因和應用環境是主要的因素。從分析可以看出，地鐵工程中需要的是密實度高和體積穩定性好的混凝土，對于強度的要求并不高。
5.高性能化過程
對于高性能的混凝土，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格。改善低強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。正確地進行配料可以減少成本投入。地下工程中要求的高密實性不能通過加大水泥的用量來實現，這樣雖然可以提高密實度，但是會使體積穩定性降低，且混凝土硬化后水泥體積收縮會產生開裂。提高礦物的摻合量不僅可以提高混凝土的密實度，而且還可以減少水泥的應用成本，不會帶來增加密實度而引起的體積不穩定。
5.1礦物摻和料。
(1)由于鋼筋和混凝土的接觸過渡區狹窄，所以導致了鋼筋和混凝土的接觸面很薄弱，結合面區域強度和耐久性都比較差。混凝土中的氫氧化鈣在結晶后定向排列，形成的多孔結構會導致其界面結合過渡區增大。對于外摻材料，可以加入粉煤灰等礦物材料降低氫氧化鈣的沉淀，在結合處可以減少空隙，從而增加了抗滲漏性提高了耐久性。
(2)常用的高性能化的摻和料有很多，其中粉煤灰、礦渣和硅粉應用較多。增加硅粉用量可以提高混凝土強度，但是由于硅粉價格較貴，在實際使用中較少，故主要是使用粉煤灰、礦渣較多，用來增加混凝土的強度。混凝土水化熱的效果在增加礦渣量摻后會降低，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)混凝土中的相關成分進行的化學反應是活性反應，對于添加有粉煤灰的混凝土中產生的活性反應，主要就是指活性氧化硅、氧化鋁的反應和氫氧化鈣的生成。粉煤灰產生的物理性能來自其形態效應。粉煤灰的活性玻璃態球狀顆粒能改善混凝土的和易性，提高混凝土的密實度，混凝土中的含氣量和泌水性都會因此降低。在選擇粉煤灰時要注意其形狀和成分，其品質主要由它們決定，通過相關的測試來選擇活性高、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性，但是在耐久性上并不能得到保障。在實際配制混凝土時可以保證膠結材料的用量，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致的收縮性，不僅要保證混凝土材質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性，而且不會對混凝土結構造成損害。想要減少混凝土中產生的孔隙可以使用高效減水劑，歐洲國家在很早之前就開始使用，現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可以提高混凝土的流動性，對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生的微氣泡就會均勻分布，不僅改善了混凝土內部的孔結構，而且提高了其密實性。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滲性。
6.結束語
在廣泛應用低強度混凝土的今天，要進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。科學的選材，使用合理的外加劑和外摻材料，改進施工工藝，就可以將低強度等級的混凝土進行高性能化。高性能化的應用可以降低成本，提高資源的合理利用，國內外低強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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