新型结构材料一高特性混凝土（上）

侯霭发

(广东省建筑科学研究院)          下一页      

1  何谓高特设混凝土

混凝土材料自从l 9世纪30年代问世以来，尽管它的发展极其缓慢，但技术性能的改进亦有过三次重大的飞跃，第一次是上世纪中叶钢筋混凝土的出现；第二次是本世纪30年代预应刀混凝土的发明；‘第三次是本世纪60年代混凝土高效减水剂的使用；现在正面临着第四次飞跃，即开展高特性混凝土研究。根据国外文献报导：它是在一些发达国家推广应用高强混凝土时遇到施工问题或引起混凝土结构损坏的环境条件下而提出来的。例如：在挪威。开发北海油田所采用的钻探平台，尽管使用了高强轻骨料混凝土，但仍遇到海水中含有腐蚀性介质的侵蚀破坏，为此，在国际上首次将硅铁合金冶炼过程中排出的粉尘——硅灰掺入到混凝土中，从而改善了高强轻骨料混凝土的耐腐蚀性能。由于高特性混凝土是在推广应用高强混凝土基础上而提出来的，以往高强混凝土就是高特性混凝土一说，观已为国外工程3技术界所否定。到底高特性混凝土的准确涵义是什么，它具有那些性能？一些工业发达国家仍在探讨之中。下面列举出二个实例加以说明。美国联邦公路管理局制定的战略性公路研究计划对高特性混凝土作出如下描述：混凝土最大的水灰比为9．35；按照ASTMC666方法A测定的最小耐久性系数为80％；最小的强度准则2浇注后四小时为2lMPa，二十四小时为34MPa，二十八于为69MFa。表1列出了四个耐久性和四个强度参数指标来衡量高特性混凝土长期特性准则和试验方法以及有害的现场条件下使用所推荐的相关性能。

美国混凝土协会对高特性混凝土给出的定义是2使用传统的组份，正常的搅拌程序和典型的养护实践一般不能取得符合特殊性能和统一要求的混凝土o这些要求包括2不影响强度的情况下容易浇注和固结；长期力学性能；高早期强度；韧性；体积稳定性；在恶劣的环境下使用有较长的寿命。按照上述要求，下面列出了具体性能指标：二十八天或五十六天龄期砼的抗压强度为42一70 MPa，五十六天以上龄期砼的抗压强度为70  一l 26MPa，18—24小时龄期砼抗压强度为l 7．5—28MFa；大于45。5×103MPa的弹性  模量；能防护钢材不被腐蚀，在其它恶劣的环境下使用具有防护能力；高工作度，可泵性和可修整性，中等范围的流动度，其坍落度为l 5．2—29．3cm，流态砼其坍落度大于20．3cm而不离析，可降低泵送压力，容易修整，冷天浇注具有正常的凝结时间，加速强度增长，低温下不冰冻，热天浇注能保持正常的坍落度并可控制水化；按照工程施工要求可延长凝结时间。

尽管上述二个机构提出的定义和性能指标有所差异，但归纳起来大体上可分为三类。第一类是材料本身的特性，如早期、后期强度，弹性模量等；第三类是不影响质量情况下的施工性能，如流动性、可浇、可泵性等；第三类是在恶劣环境下的使用性能，如抗冻触循环，耐剥落等。笔者认为；混凝土材料能预期达到三者兼得的良好性能，才是当今工程技术界所追求的全新概念，亦是的年代末期许多工业发达．国家，如英国、日本、加拿大等国开展高特性混凝土研究的根本所在o

2  粗骨料在配制高特性混凝土中的作用及其检测方法

 一般来说，由于粗骨料占混凝土的体积为30—70％，它的特性对硬化混凝土将起到重要作用。然而，在配制普通混凝土时，人们为了满足施工需要，采用超过水泥水化所需的理论水灰比，其结果混凝土内部的游离水份在毛细管孔的作用—厂蒸发，从而在骨料之间形成薄弱的过渡界面区，加之骨料的强度远远大十水泥砂浆，在外力作用下，容易在此薄弱的过渡界面区破坏，因此，对于粗骨料的强度很少检测。从一些工业发达国家所走的技术路线分析，在配制高特性混凝土时，无一不加入俗称为第五组份的高效化学外加剂和活性sio 2含量(98％)很高的矿物附加剂。例如：冶炼硅铁合金或金属硅排出的粉尘，或磨细粉煤灰，．粒状高炉矿渣。前者可将拌制混凝土的用水量降到接近或低于水泥水化理论水灰比范围，后者由于其活性Si9。含量很高，在碱性激发条件下，能与水泥水化析出的Ca(oH)2起反应，生成具有水硬1性质的硅酸盐胶体，降低了骨料颗粒邻接界面的氢氧化钙晶体的原度和空间排列，加之其颗粒粒径非常细(o．1一o．5LLm)，比水泥颗粒小1—2个数量，它的加入填充了水泥颗粒之间的间隙，起到填充致密作用，改善了水泥石的微观组织结构，从而提高了混凝土材料的宏观物理——力学性能(强度、弹性模量、抗渗性、耐久性等)o由于骨料之间界面性能的改善并能与粗骨科强度相匹配，当混凝上棱柱体抗压强度高于C80时，粗骨料强度将起到控制混凝土强度的关键作用，这已为国外不少试验研究工作所证实。为此，一方面人们仿效人造轻骨料配制轻混凝土的技术路线，用人造方法生严高强骨料取代天然骨料配制高特性混凝土；另一方面探索粗骨料强度检测方法。从理论上说，粗骨料的抗压强度可直接从整块岩石切取的立方体或圆柱体试件进行检测。因为送到预拌混凝土工厂的粗骨料是堆聚粒状颗粒，未必能获取特定的立方体或圆柱体试件。此外，大多数岩石均具有本身的特征J而且由单一或多种矿物组成，知道了某种岩石的强度未必能很好地评定骨料强度。从国内外有关标准分析，目前采用的均属定性检测方法。例如：采用比重、吸水率、硬度、磨损率等，如果骨料的吸水率很高或比重很低，表明此种骨料有很高的渗透性空洞，因而其抗压强度很差。定性方法只说明总的趋势，未必能反映出这些物理量与骨料的强度之间有很好的相关性。另一种方法是由台湾学者张太朋(T a—Pe．ng Cha．ng)提出的定量简单评估法。此种方法是建立在颗粒力学理论基础上并通过平均应力矢量推导出适用于粗骨料强度计算的通用公式：

ð₂₂=PH/V 

F——作用在垂直方向上的集中荷载

k一一作用力二点之间的距离

V——颗粒的体积

如果颗粒是不规则的形状或箱形棱柱体、圆桂体，上式可改写成下式，如果颗粒是不规则的外形，只要定出荷载作用平面的距离(可用金刚锯切取)，用阿基米德原理(Archi medef s Prin ciple)测出颗粒的体积，即可通过上式计算出抗压强度值。为了验证上述公式的可靠性，他还选择了四种不问矿场的骨料TA(破碎砾石)，TB(破碎砾石)，TC(破碎砾石)，TD(破碎建筑砖)进行定性分析和混凝土强度检测，其结果见表2—4。

表2列出的四种骨科抗压强度值是通过公式计算所得(二个相对加荷点之间的高度定为16mm，体积用阿基米德原理测出，全部骨料在5吨的压力机上完成抗压强度试验)。这一结果说明：TA和TB是质量等级最好的粗骨科。从混凝土抗压强度试验结果亦说明；用质量等级最好的粗骨科TA和TB配制的混凝土，其抗压强度也越高，相比之下，骨科强度提高大约55％，混凝土强度也相应提高47％。张氏所提出的颗粒平均应力概念能定量地评定任意多角型骨料，包括尖角棱边的破碎碎石抗压强度，这将为今后发展高强或高特性混凝土提供了直观、省时有效的方法o

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