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1、浅析国外特种混凝土的发展应用随着现代技术工业化的迅猛发展，混凝土的种类得到了不断细化。在建筑成品技术的不 断扩展前提下，我国及国外逐渐发展出了适应不同环境和目的要求的特种混凝土，笔者以在 德国建筑材料研究所（IBMB）工作的亲身经历争取以较短的篇幅向广大读者介绍国外特种混 凝土的主要分类、组成结构、力学特征、优缺点以及主要应用前景。在现代混凝土技术中已经形成了一支以不同的目的被发展的独特的混凝土行列特 种混凝土。在这些不同的目的要求下导致了混凝土的加工方式、建筑方法以及达到强度后凝 固混凝土的特性发生了变化。对于特种混凝土一般被分为以下八大类别：高强度混凝土；纤维混凝土；轻型混凝土；自密实式混
2、凝土；外观混凝土；防辐射混凝 土（重混凝土）；湿地混凝土；水下混凝土。由于篇幅有限在这里将着重介绍高强度混凝土 （high-strength concrete）、纤维混凝土 （fiber concrete）和轻型混凝土（lightweight concrete），其他特种混凝土作简略介绍。1. 高强度混凝土由来1.1按照德国工业规范的定义（DIN1045）强度等级在C60/75至C100/115的混凝土被 视为高强度混凝土，（对于轻型混凝土强度等级在LC55/60至LC80/88的轻型混凝土也视为 高强度轻型混凝土。）高强度混凝土首先被采用由于那些经济性的考虑，比如可以节省在高 强度要求下的压
3、应力分布钢筋等。随着时间的发展混凝土强度的发展得到了长足的进步。在 德国高强度混凝度1990年被首次应用在高层建筑上。高强度混凝土的应用首先是为了满足 高标准要求下的压力分布，像高层建筑的支撑和墙或者是大门的转接部位，其他应用的高强 度混凝土在桥梁中也有涉及。1.2组成成分高强度混凝土的强度从60N/mm2到100 N/mm2被标记，为了能达到这样的强度必须使水 灰比（W/Z）保持在0.4以下并且加入火山灰附加物、飞灰、二氧化硅微粒以及流动介质。 所有符合要求的水泥应优先考虑强度等级在C42.5至C52.5的水泥，具体要求可参看（DIN EN 197）欧洲工业标准197款执行。1.2.1二氧化
4、硅粉末二氧化硅粉末的加入保证了混凝土强度等级高于C70/85 .然而却加大了加工的难度并 提高了混凝土的收缩范围。二氧化硅作为悬浮物被加入，其质量占水泥含量最大不超过的 11%。微粒的大小大约在0.05-0.5m，其大小比水泥颗粒精细50到100倍。二氧化硅粉末 不仅提高了混凝土的密度而且也提高了混凝土的极终强度。高精的二氧化硅微粒降低了可渗 透性，但对于它的大表面积也提高了水的需求量。1.2.2飞灰飞灰的颗粒大小是与水泥大小相当（1-100m）。与水泥相比飞灰有理想的颗粒级配分 布，颗粒大多是圆球形。它的存在改善了和易性并且降低了水化热的发展。虽然它的加入对 于混凝土极终强度的提高不如二氧化
5、硅微粒那样明显。1.2.3骨料相关骨料应该选用哪些圆形的、有很高颗粒强度的、吸水性低的，有粘性的最精细 的成分来应用，其中沙子的选择应该选用颗粒直径低于0.25mm的品种，1.2.4流动介质流动介质。一般流动介质的原材料成分有主要四种，磺化木浆、磺化萘、磺化三聚氰胺 和聚合羧酸盐。它的主要作用是：降低水需求量在相同水含量下改善和易性减少了稠度下降的影响降低了拌和水量改善了混凝土的内聚力高性能的流动介质在高强度混凝土生产中是不可或缺的。其投入数量被限制在70g/kg 水泥。为了延长其较好的和易性，流动介质在添加时必须被准确计量并且在投入的时间点上 也分为在成品混合时马上添加和现场工地预制时后添加
6、两种情况。除了在高强度混凝土用流 动介质外，在制造流动混凝土和自密实式混凝土时也会用到流动介质。它的投入使混凝土的 水灰比（W/Z）下降，并且增加了高强度混凝土的所追求的强度等级。1.2.5塑料纤维塑料纤维的使用原则上不会增加混凝土的强度但是会降低在火灾中高强度混凝土的破 损风险，从而降低其防火等级。目前在实验中被确认的塑料纤维物质中主要有聚丙烯（PP）。 加入占体积0.1%0.3%的聚丙烯。聚丙烯的作用方式是当温度从87摄氏度开始聚丙烯体积 收缩至原来的42%。通过体积的缩小在混凝土缝隙中就形成了中空的空间，进而使保证了蒸 发的水在火灾中有足够的空间膨胀，从而在火灾中降低了孔隙水压力并避免了
7、大面积的混凝 土错位。然而纤维的投入改变了混凝土的稠度，降低了混凝土的稠度等级。不但如此纤维还 使强度等级下降了 5%。因此它也要在实际应用中提前计算出来。1.3高强度混凝土特性的变化除了强度有别于普通混凝土，高强度混凝土在下列特性下也有所区别：高强度混凝土：和易性减弱、水化热发展降低、收缩度减小、密度增强、抗化学腐蚀 能力增强、防腐蚀性加强、抵抗霜露增强、抗磨损性减弱。高强混凝土的承载能力显著区别于普通混凝土，通过加入二氧化硅粉末和流动介质使它 产生了很高的包装密度，它主要通过二氧化硅的反应展示出很高的强度。它的断裂主要来自 骨料的断裂并且突然发生。高强度混凝土是没有断裂征兆的近脆性物质，当
8、然在追求高强度 的同时也牺牲了混凝土的韧性。1.4高强度混凝土的成本建筑设施的经济性和可持续性在今天扮演者十分重要的角色。在高强度混凝土中材料成 本占去了总成本的30%-60%。与普通混凝土相比高强度混凝土提高了本身价格。因为在高强 度混凝土生产中高标准的水泥以及二氧化硅粉末和流动介质的添加甚至到纤维和特殊骨料 的投入都是必不可少的。其他提高高强度混凝土成本的因素还有复杂的现场加工和为保证质 量的加强措施等。尽管提高了成本但是依靠出色性能高强混凝土还是有很强的可替代性，在 工业建筑和基础设施中正扮演者越来越多的角色。2. 纤维混凝土2.1纤维混凝土的历史在混凝土和砂浆中加入纤维的这种想法不是从
9、最近20年才开始的。早在古埃及时就使 用一种纤维筋，在这里面被绞碎的秸秆被放入到被风干的粘土中，以致于易脆的粘土具有了 一定的拉力强度。中世纪在建筑烟囱时砂浆放入了动物毛发，目的是用以防止温度起伏时而 产生相应的裂缝。在20世纪初很多抹灰中被加入了小牛毛发用以防止收缩裂缝。在1918 年通过掺入长钢纤维用以改善混凝土拉应力强度的方法被申报了专利。自从九十年代开始纤 维混凝土在所有领域广泛得到应用。纤维混凝土应该服务于影响和改善以加筋或不加筋的混凝土为目标的混凝土技术特性 的增强，他的任务不是取代钢筋混凝土，纤维混凝土的技术特性主要依赖于以下因素：纤维的拉应力强度纤维的长度和形式纤维的定向和相同
10、的分布混凝土的组成成分纤维的含量2.2纤维分类和特性纤维基本上被分为有机纤维和无机纤维，对于无机纤维主要有钢、玻璃、碳、碳化硅、 和硅酸铝。对于有机纤维的生产主要涉及多种塑料比如像聚丙烯(PP)、聚乙烯醇、聚酯、 聚芳酰胺和天然纤维比如大麻、剑麻和羊毛等。脆性纤维在裂缝的连续发展上易带来缺陷， 特别是在弯矩不能够画出完整的应力分布的区域。因此尽量避免使用。在表格2.2中不同纤 维混凝土类型的各种特性值被详细介绍。Tab 2.2不同纤维混凝土类型的各种特性值纤维类型密度(g/mm2)拉力强度(N/mm2)弹性模量(N/mm2)断裂膨胀(%。)抗碱性最大温度(C)截面尺寸(mm)钢纤维7.8500
11、-26002000005-35明显改善100-500一般玻璃纤维2. 62000-40007500020-358008-15碳纤维1.6550-75030000-3200020明显改善300015高强碳纤维1.9260023000010明显改善30009聚丙烯0.98450-7007500-1200060-90明显改善聚芳酰胺1.42700-360070000-13000021-40无改变400-600122.3纤维混凝土的组分纤维混凝土区别于素混凝土原因在于加入了相对短小的纤维物质。由于纤维的掺入而使 混凝土的力学性质发生改变。通过应用合适的纤维种类可以达到如下效果：提升抗拉和抗弯强度提升延
12、展性避免裂缝产生提升打击强度提高断裂膨胀度增强耐久性提升抵抗动力荷载的能力经试验测定。在纤维混凝土应用上含量在总体积中0.5-2.5%的(最少质量在20kg/m3) 钢纤维与水灰比(W/Z)在0.4-0.5还有同大颗粒在16mm的一般混凝土以及颗粒在8mm的喷 射混凝土一起在工程中得到使用。玻璃纤维混凝土的含量被控制在总体积的2-5%与水灰比 (W/Z)在0.35-0.5以及与4mm骨料一起使用可以很好的提高抗拉和抗拉强度。对于塑料纤 维混凝土可以按照追求的某一特性要求改善纤维的含量。碳纤维混凝土含量在0.1-1.0%可 以有效的降低收缩裂缝倾向，在含量1.0-3.5%可以提高抗拉和抗弯强度，
13、含量在1.0-2.0% 可以提高抗冲击能力，含量在0.5-3.5%可以改善基本强度。2.4硬化后混凝土的基本属性表格2.4列举了经试验测试的钢纤维、玻璃纤维和塑料纤维混凝土的特性改变Tab.2.4由于投入纤维而发生改变的混凝土特性纤维混凝土的力学特性钢纤维混凝土玻璃纤维混凝土塑料纤维混凝土生混凝土密度无变化变小无变化空气孔隙含量轻微提高提高提高稠度变硬变硬变稠压力强度无变化无变化无变化抗拉强度无变化提高无变化分裂拉力强度提高提高提高后期裂缝拉力强提高提高提高度抗冲击能力提高提高提高裂缝形成提高提高提高收缩和徐变无变化无变化无变化抗霜冻能力无变化提高提高耐久性提高提高提高火灾抑制无变化提高提高3
14、. 轻混凝土3.1何为轻型混凝土一般来说，当它的干燥密度低于2000 kg/m3时就被叫做轻混凝土了。轻混凝土的问世 弥补了一般混凝度的缺点，具有较低的密度和较好的隔热性。与一般混凝土相比显著减少的 密度通过有目的地在混凝土中带入了很多的空隙作用的结果。这要么是加入了多孔性轻辅料 的结果要么就是通过在水泥排列矩阵中使其产生中空的结果。3.2结构一般轻型混凝土有三种空隙结构，分别是：(1) 颗粒空隙结构一一般混凝土的闭合缝隙被保留致使大密度颗粒被多空的轻型附加 颗粒代替。(2) 矩阵排列空隙结构一一矩阵型粘合物被吹泡或吹涨。(3) 蜂窝状空隙结构一一闭合的缝隙通过降低精细颗粒并加入多空性的结合物。多孔性直接影响着混凝土的密度和热传导性，孔隙度越高，混凝土就越轻并且热传导性 就越低。3.3分类应用轻型混凝土从承载的材料到有微小强度的轻型元素在建筑领域可以看到不同的应用。原 则上轻型混凝土按照其密度被分为结构型轻混凝土、隔热结构型轻混凝土、超轻型混凝土。 见图表3.3给出了这三种轻质混凝土及其简单特性的概况表Tab.3.3三种轻型混凝土的分类及概况轻混凝土类应用举例添加形式粗密度抗压强度热传导系型kg/m3(N/mm2)数(W/mK)结构型轻混凝土钢筋混凝土和应力混凝土膨胀陶土膨胀石板1300-200015-550.50-1.30隔热结构型轻混凝土高层建筑的墙和屋顶
