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提高混凝土技術經濟性的有效途徑

2006-02-28 00:00  留言

摘　要：從各種技術角度介紹了提高混凝土技術經濟性的切實可行的方法。

關鍵詞：混凝土；技術經濟性；單摻；雙摻

從1824 年約瑟夫·阿斯帕丁(J·Aspdin) 發明波特蘭水泥后，混凝土的生產技術迅速發展，混凝土的用量急劇增加，廣泛應用于國民經濟的各個部門。至今，混凝土已成為世界上用量最多的人造材料。因此，有效地降低混凝土的成本，提高混凝土的各項技術性能，對于充分利用有限的投資，延長混凝土結構物的使用壽命，減少自然資源的消耗，保護生態平衡，有著非常巨大的技術經濟效益和社會效益。

在混凝土的基本組成材料中，水泥的價格最貴。因此，在滿足對混凝土質量要求的前提下，單位體積混凝土的水泥用量愈少愈經濟。減少水泥用量不僅能提高經濟性，而且還會帶來技術上的優勢。例如:對于大體積混凝土，水泥用量少可能減少由于水化熱過大引起裂縫的危險性；在結構用混凝土中水泥用量的增大會導致干縮的增大和開裂。

1 　提高混凝土技術經濟性的有效途徑

1.1 　合理設計混凝土配合比

混凝土拌合物的需水性主要取決于兩個方面：(1) 骨料的品種、最大粒徑和級配； (2) 水泥品質。在保持水灰比不變的情況下，需水性愈大，水泥用量也必然增大。因此，原材料的選擇合理與否對混凝土的技術經濟性有很大影響。

骨料的最大粒徑越大，需水性越小，水泥用量也將越少。因此，在條件許可的情況下，粗骨料的最大粒徑應盡可能選得大些。對于水泥用量少的貧混凝土(每1m³混凝土的水泥用量≯170kg) ，采用大骨料更為有利。粗骨料最大粒徑(DM)對用水量(W0) 和水泥用量(Co) 的影響如表1 所示。

粗骨料的級配對混凝土拌合物需水性的影響也很大，選擇合理的骨料級配，可以降低水泥用量。試驗采用級配良好的細度模數為2.65 的河砂，粗骨料分別采用最大粒徑均為40mm的單粒級和連續粒級碎石，試驗結果如表2 所示。

由于細骨料(砂) 的粒徑較小，其空隙率和總表面積均比較大，因此砂率的變動會使骨料的空隙率和總表面積有顯著改變，對混凝土拌合物的用水量和水泥用量也均有較大影響(如圖1 所示) 。

由圖1 可以看出，采用最佳砂率時，能使混凝土拌合物獲得所要求的和易性和強度，而水泥用量最少。因此，在工程實踐中，在條件許可的情況下，應盡可能通過試驗找出最佳砂率。

實驗表明，不同品種的水泥或不同廠家生產的同一品種的水泥，其標準稠度用水量有時有較大不同。因此用具有不同標準稠度用水量的水泥配制具有相同流動性和W/C的混凝土，其用水量是不同的，同樣水泥用量也不同，其影響如表3 所示。

上述試驗分析表明，如果原材料選擇合理，通過精心設計混凝土配合比，就會以最少的用水量和水泥用量獲得混凝土拌合物所需要的和易性，并且在運輸和澆筑過程中保持均勻一致而不出現分層離析現象，密實成型后能保持體積穩定而不產生嚴重的泌水現象，從而使硬化混凝土獲得所要求的強度、良好的結構連續性和密實性。

1.2 　單摻磨細粉煤灰

在混凝土中摻入一定量的粉煤灰后，除了粉煤灰本身的火山灰活性作用，生成硅酸鈣凝膠，作為膠凝材料一部分起增強作用，并消除使水泥漿體中物理力學性質脆弱和化學性質不穩定的Ca(OH)₂外，粉煤灰在新拌混凝土中，粉煤灰微珠既有獨特的“滾珠軸承”和“解絮”擴散的行為，又能與水泥和細砂共同發揮混凝土顆粒級配中的微集料作用，從而改善新拌混凝土和硬化混凝土的均勻性，最終使水泥漿體形成高度致密的“微混凝土”。

摻磨細粉煤灰混凝土的技術性能試驗結果如表4 所示。

試驗結果表明，用適量磨細粉煤灰取代一定數量的水泥后，不但能保持和易性和28d 強度與基準混凝土等效，而且粉煤灰的增密作用使粉煤灰混凝土的抗滲性和后期強度顯著提高。同時有研究資料表明，粉煤灰還可以從化學上穩定Ca OH)₂，從物理上細化毛細孔，大大改善混凝土的抗化學侵蝕能力，有效降低水化熱，并使混凝土的抗拉應變能力和彈性模量提高，收縮性減小。

盡管在混凝土中摻入一定量的粉煤灰有降低混凝土的堿度，削弱對鋼筋的保護之虞，但美國混凝土學會的研究表明，粉煤灰混凝土能保持較高的堿度，粉煤灰與Ca(OH)₂的作用實質上并沒有改變堿性條件，近年的許多研究也都證實了這一點。另外，粉煤灰能改善混凝土的體積變化，避免混凝土出現微裂縫，提高氣密性，從而顯著增強抗碳化能力。亦即粉煤灰混凝土對于保持鋼筋表面鈍化膜是有保障的。

1.3 　單摻高效減水劑

目前世界各國對混凝土減水劑的研究和應用，已越來越廣，而成為混凝土不可缺少的第五組分，尤其是高效減水劑的開發應用是現代混凝土技術的重大發展。實踐證明，在現代混凝土材料與技術領域里，欲生產高質量的混凝土，已幾乎沒有不使用高效減水劑的。在混凝土中摻加高效減水劑的技術經濟性如表5 所示。

試驗結果(表5) 表明，在混凝土中摻入高效減水劑可取得如下技術經濟效果：①保持和易性不變，可減水25% ，28天強度提高90% ，抗滲性提高4 - 5 倍； ②保持和易性不變，在節約25 %水泥的情況下，28 天強度仍可提高26 % ，抗滲性提高2 倍多； ③保持用水量和水泥用量不變，坍落度可提高17cm ，28 天強度提高27 % ，抗滲性提高3 倍。

1.4 　雙摻磨細粉煤灰和高效減水劑

在混凝土中雙摻磨細粉煤灰和高效減水劑，能使粉煤灰的物理效應和高效減水劑的化學效能協同作用，相得益彰，充分發揮其潛能，顯著提高混凝土的技術經濟性。試驗結果如表6。