高性能自密實混凝土

我們或許可以從自然界學(xué)到混凝土技術(shù)。海貝，既堅硬，又耐久。薄薄的貝殼，具有較高抗拉強度，外表面又不透水。相反，硬化混凝土的抗拉強度較低，抵抗侵蝕性自然環(huán)境的能力也很脆弱。
海貝和硬化混凝土的化學(xué)組成很相似，都含有大量的碳酸鈣。但是，兩者的差別在于，海貝碳酸鈣原子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的排列很精密，形成縱橫交錯有序的原子結(jié)構(gòu)，使其具有堅硬性和很高的抗拉強度。換句話說，其納米級的結(jié)構(gòu)形式與硬化混凝土是不同的。如果一種結(jié)構(gòu)材料在其原子層的構(gòu)成時利用納米技術(shù)，就能改善該材料的性能。
聚合物基超塑化劑
最近，德固賽公司就是根據(jù)這些技術(shù)，在應(yīng)用于混凝土的聚合物型外加劑領(lǐng)域，取得了許多最新的進展。舉例來說，目前德固賽公司已研制出應(yīng)用于預(yù)制混凝土的新型聚合物基超塑化劑。這些聚合物的形態(tài)或“分子結(jié)構(gòu)”能控制水化機理，而且還可以給水泥提供更多的自由表面進行水化。因此，提高了混凝土的早期強度發(fā)展?，F(xiàn)已證明實，利用這類技術(shù)，可以使目前的混凝土產(chǎn)業(yè)有能力為最終用戶，定制具有各種特殊性能要求的混凝土。另一種新一代的超塑化劑已被證實能成功地用于預(yù)拌混凝土攪拌站，其潛在的優(yōu)點包括：提高預(yù)拌混凝土供貨運輸半徑，更快速的運輸車裝/卸料和運抵工地現(xiàn)場的周轉(zhuǎn)時間，使預(yù)拌混凝土退貨風(fēng)險更小，并且使合理采用低水灰比的高稠度混凝土拌合物的設(shè)計更經(jīng)濟。
高性能混凝土
高性能混凝土已被定義為：“一種為預(yù)期結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，而專門選擇其組分和配合比，使其具有特別合理性能的混凝土?！北热?，在進行42層高的高層建筑施工時，特別重要的要求是高早強。自爬升跳模施工工藝要求12小時后，混凝土的強度達(dá)到15MPa，以適應(yīng)4天一層的施工周期。此外，還要求能把混凝土泵送到最高樓層，而坍落度損失又最小。
規(guī)定采用C60混凝土，實際記錄達(dá)到的混凝土強度超過100MPa。配制滿足這些要求的混凝土是采用了一種新一代的超塑化劑。
倫敦的一家主要預(yù)拌混凝土公司還為維修飛機場道路、出租車車道、停機坪和站臺提供早期強度更高的混凝土。所設(shè)計的混凝土拌合物在澆筑4小時后，其強度就要達(dá)到20PMa。只有這樣，才能滿足在夜間進行維修，而第二天一早，混凝土地坪就能承受高達(dá)400t的荷載。供貨時，坍落度在25-100mm范圍內(nèi)的拌合物，還必須適應(yīng)冬夏季夜間的溫度變化，28天強度高達(dá)70MPa。
一種混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命已成為日益重要的性能要求。公共建筑使用壽命超過100年已很普通，主要橋梁的使用壽命為120年，通常會外露在侵蝕性環(huán)境中的隧道內(nèi)壁的使用壽命也為120年。目前，合理的混凝土拌合物設(shè)計已能使采用低水灰比混凝土的保護層獲得相當(dāng)好的密實效果，從而提高了處于外露侵蝕介質(zhì)條件下混凝土保護層的抗?jié)B透性能。
在英國肯特郡，有一座1.25 公里預(yù)應(yīng)力橋梁暴露在半海洋環(huán)境中。上部結(jié)構(gòu)混凝土的強度規(guī)定采用C50，用于懸臂梁和橋臺板的混凝土強度為C60。用于平衡懸臂的混凝土需垂直泵送50米，水平泵送100米，而且澆筑部位的鋼筋密布。為了滿足7天的施工周期，要求該混凝土在澆筑后24-36小時內(nèi)強度達(dá)到34MPa，以適應(yīng)預(yù)應(yīng)力施工要求。在配制該混凝土拌合物時，也采用了一種新一代的超塑化劑，成功滿足了傳統(tǒng)混凝土一些不能兼容的性能，諸如：高工作性、初緩凝和高早強。3.2公里的North Downs 隧道是至今為止英國所建造的最大軌道交通隧道。隧道采用濕噴射混凝土為永久性內(nèi)襯壁，設(shè)計使用壽命為120年，混凝土的耐久性要求是最高的，水滲透系數(shù)為1 x 10-12 m/s。為了克服混凝土同時具有噴射混凝土施工的高工作性和滿足低滲透規(guī)范要求的低水灰比的困難，也使用了一種新一超塑化劑。
英國倫敦和泰晤士河CTRL隧道采用的預(yù)制混凝土管片，其設(shè)計的使用壽命為120年，并且能承受侵蝕性的土質(zhì)條件。整個工程共要生產(chǎn)160,000塊管片。生產(chǎn)工期之短，預(yù)制工藝之復(fù)雜，在全球屈指可數(shù)。每周要生產(chǎn)高達(dá)300環(huán)預(yù)制混凝土管片。為了滿足設(shè)計壽命的規(guī)定，混凝土要達(dá)到很低滲透性的耐久性要求，混凝土28天平均強度為70MPa。隨著齡期的增長，混凝土的實際最終強度高達(dá)90-100MPa。
自密實混凝土
自密實混凝土無需任何振動密實，就能完全灌滿模板，且沒有明顯的離析和泌水。自密實混凝土無需任何機械作用，諸如插入式振動器或外掛式模板振動器，就能使混凝土密實。經(jīng)合理設(shè)計的自密實混凝土，能流過密布的鋼筋，且不阻塞。目前，隨著通過合理選材和現(xiàn)代化的混凝土拌合物配合比設(shè)計，已能成功生產(chǎn)低水灰比混凝土拌合物。高早強的高強自密實混凝土已進入實際應(yīng)用階段。
目前，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件的成本已可大幅下降。比如使用自密實混凝土，滿足12-18小時時，目標(biāo)脫模強度達(dá)到45MPa。進行預(yù)應(yīng)力混凝土生產(chǎn)已無需輔助加熱養(yǎng)護，從而降低了對能源的要求。目前，試驗性的混凝土已能無需加熱，就可在18小時后，強度達(dá)到70MPa。由于這一優(yōu)點，估計英國大多數(shù)預(yù)制混凝土廠商都已采用自密實混凝土。但是，與某些國家相比，自密實混凝土在英國的使用比例還比較低。在荷蘭，大約75%的預(yù)制混凝土產(chǎn)生已采用自密實混凝土。高層建筑使用高強自密實混凝土的勢頭也很強勁，比如菲律賓的伊頓塔假日旅館，已澆筑了強度高達(dá)105MPa的自密實混凝土立柱和剪力墻。該71層結(jié)構(gòu)已于2004年竣工，是菲律賓最高的建筑。
結(jié)論
目前，隨著混凝土拌合物設(shè)計和外加劑技術(shù)的進展，已使新拌混凝土的性能范圍大幅度增長，諸如自密實混凝土所顯示的有關(guān)工作性、稠度保持和可澆筑性保持。高性能混凝土的結(jié)構(gòu)承受能力也大幅度增加，特別是高早強和高最終強度。這些技術(shù)創(chuàng)新，也提高了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。