不同质量密度混凝土的特色与应用

不同质量密度混凝土的特色与应用 刘才林，胡小亮，杨军校 (西南科技大学材料科学与工程学院，绵阳621010) 摘要:混凝土是现代建筑工程中最重要的基本建筑材料。介绍了混凝土的特点及分类，并结合其相关应用背景对重混凝土、普通混凝土、轻混凝土以及特(超)轻混凝土等不同质量密度混凝土的结构特点、材料组成和质量控制进行了评述。 关键词:混凝土质量密度混凝土外加剂混凝土发泡剂 Characteristics and Application of the Different Mass Density Concrete LIU Cailin，HU Xiaoliang，YANG J unxiao (School of Materials Science and Engineering，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010) Abstract Concrete is the most important and basic building materials in the modern architecture project(In this paper，the characteristics and types of concrete are introduced，and the structure feature，composition and quality control of variant concrete including heavy concrete，normal concrete，light concrete and super_light concrete are pres— ented and commented in combination with its relevant application background( Key words concrete，mass density，concrete admixtures，concrete foaming agent 混凝土是水泥基材料经过水化硬化而形成的一种“人造石材”，简称“砼”，是现代建筑工程中最重要的基本建筑材料。由于其自身的优点，在民用建筑、路桥工程、水电工程、防辐射工程，以及工业、农业中得到了十分广泛的应用。本文结合其应用背景介绍了不同质量密度的混凝土的发展概况、结构特点、材料组成和质量控制。 1、混凝土的特点及分类 混凝土的特点:原材料来源广且造价低，具有良好可塑性，可调配性好，抗压强度高，与钢筋的共同工作性好，耐久性好，耐火性优异，生产工艺简单、能耗低，可以整体浇注，也可以预制成各种构件后再进行装配。 混凝土配制的技术包括:材料的选择、配合比的设计和搅拌工艺。在材料方面，水泥品种的选择通常根据工程的性质及其所处的环境进行，水泥强度等级应与混凝土强度等级相匹配。砂:含杂质量少，有良好的级配。石:要有良好的级配且杂质含量少，要求石子的强度应为混凝土的1(5倍以上，且针、片状石子含量不得超过1(5,。水:混凝土的拌和及养护用水应符合规定，要求不含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质、油脂和糖类等等。外加剂:掺量一般不大于水泥质量的5,。 混凝土通常可按照胶凝材料、质量密度、使用功能、施工工艺、配筋情况和拌合料的流动度等进行分类[1]。(1)按质量密度的差异可分为:重混凝土(密度大于 2700kg,m3，含有重骨料如钢屑、重晶石等)、普通混凝土(密度1900,2500 kg,m3，以普通砂石为骨料)、轻混凝土(密度1000,1900 kg,m3)、特轻混凝土(密度小于1000 kg,m3，如泡沫混凝土、加气混凝土等)。(2)按混凝土使用功能可分为:结构混凝土、保温混凝土、耐酸混凝土、耐碱混凝土、耐硫酸盐混凝土、耐热混凝土、耐火混凝土、防水混凝土、水工混凝土、海洋混凝土、防辐射混凝土等。(3)按混凝土施工工艺可分为:普通浇筑混凝土、离心成型混凝土、喷射混凝土、泵送混凝土等。 、重混凝土 2 重混凝土又称防射线混凝土、原子能防护混凝土、屏蔽混凝土、核反应堆混凝土或防辐射混凝土，能有效地屏蔽原子能反应堆、粒子加速器及含放射源装置等产生的原子核辐射。由于a、G射线穿透能力低，易被吸收，很小厚度的防护材料即能完全阻挡，因此，原子反应堆和加速器等核设施的防护问题主要归结为对7射线和中子射线的防护。 2(1 技术要求 作为防辐射混凝土材料，一般情况下，必须满足以下的要求:(1)要有较大的容量，以便有效地吸收7射线和屏蔽层中由于吸收中子所引起的次级7射线;(2)应具有优良的均匀性、导热性和尽可能小的收缩率;(3)须有足够的含氢量(一般 ，因为氢能慢化中子然后予以吸收，同时希望建筑材料中氢在材料化合的水中) 的含量与材料的温度关系不大;(4)中子被建筑材料慢化或吸收时，要求该建筑材料能使可能产生的次级丫射线的能量最小;(5)在射线的作用下，建筑材料应有优良的稳定性;(6)应具有优良的结构强度，不准有可能透过射线的穿透缝隙、孔洞、蜂窝和裂缝，此外还要求该建筑材料有较低的弹性模量;(7)应不透水、不透气，具有良好的耐热性及尽可能小的热膨胀系数;(8)应经济耐用，对金属(钢、铅、铝)无腐蚀作用(中性的)，对屏蔽层的成形和施工简便。 2(2应用事例 山西省运城地区医院放疗中心建筑面积1220(95m2，混凝土浇筑总量为1398m3，强度等级为C20。该工程楼内安装1台C060直线加速器，为减少对人体的危害，设备周围及上顶板、下面筏板基础均采用屏蔽混凝土进行防护，混凝土采用泵送。综合多方面的因素，最终确定水灰比为0(64，混凝土施工配合比为:水泥315kg,m3，水190kg,ms，砂918kg,m3，石1077kg,m3，UNF-3A为2(36kg,m3，UEA_H为31(5kg,m3。混凝土坍落度为150mm。经质量检验，采用上述技术措施，该防辐射混凝结构表面未出现裂纹、断层现象。混凝土28d强度满足要求，抗渗等级达P10以上。超声检测密实度也符合要求。 重晶石在防辐射工程中具有重要的应用价值，如浙江衢化医院伽玛刀肿瘤治疗研究中心，最终重晶石混凝土的密度达到3200 kg,m3以上，且满足各项质量要求。 在国外，Komura K等研究了钢筋混凝土对反应碓中197Au(n，7)198 Au的热中子辐射屏蔽能力的影响。 3、普通混凝土 普通混凝土是由水泥、粗骨料(碎石或卵石)、细骨料(砂)、掺合料、外加剂和水拌合而成，要求新拌混凝土须具有良好的工作性能。一般的建筑物采用普通混凝土即可达到强度和耐久性的要求。其中，具有高流动性、高强度和高耐久性的高性能混凝土已成为混凝土发展的重要方向。 20世纪60年代，由于高效减水剂的诞生和应用，国际混凝土技术有了迅猛发 展和重大突破。目前高效减水剂主要品种包括:(1)萘磺酸盐甲醛缩合物(卧皿)，国内该品种代号为(H)N);(2)三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物(SMF);(3)改性木质素磺酸盐(SL);(4)反应性高分子(AE);(5)氨基磺酸盐系(As);(6)聚羧酸系(PC)等，由它们进一步派生出了一大批具有高减水性及保坍性的泵送剂。随着建筑物向高层、大跨度的发展，以及城市建设中文明施工与质量保证的需要，干硬性混凝土正逐步被塑性混凝土及大流动性混凝土取代。混凝土的集中搅拌与商品化生产，要求新拌混凝土具有更高的流动性保持能力，高品质的混凝土泵送剂则起到了关键作用。混凝土质量控制的主要指标包括:(1)和易性(工作性);(2)坍落度;(3)泌水率;(4)减水率;(5)凝结时间;(6)含气量;(7)水化热;(8)强度;(9)抗渗性;(10)收缩;(11)抗冻性;(12)炭化等，尤其须强调混凝土体积稳定性及耐久性的重要性。 4、轻混凝土以及特(超)轻混凝土轻混凝土是用轻的粗、细骨料和水泥配制成的混凝土。特(超)轻混凝土与轻混凝土相比，选用更轻的粗细骨料，且在混凝中加入其他的物质，使得混凝土质量密度进一步降低，如泡沫混凝土、引气混凝土。近年来，美国、英国、荷兰、加拿大等欧美国家以及日本、韩国等亚洲国家，充分利用发泡混凝土的良好特性，不断扩大它们在建筑工程中的应用领域，不仅加快了工程进度，而且提高了工程质量。 作为多孔材料的泡沫混凝土，在屋面、非承重墙及热力管道的保温层中发挥着重要作用。其中，泡沫混凝土砌块在非承重墙体选用材料中占有重要的地位。目前我国正处于墙体改革时期，泡沫混凝土制品以其轻质、保温隔热、节能等优良特性已成为可以替代粘土砖的材料之一。 4(1轻混凝土 轻混凝土，或称为轻集料混凝土，按照其主要用途可分为:保温轻集料混凝土、结构保温轻集料混凝土和结构轻集料混凝土。轻集料混凝土具有以下主要特性:(1)轻质高强。集料中孔隙的存在降低了轻集料的容重，从而降低了轻集料混凝土的容重，其容重一般为800,1950 kg,m3。作承重结构用的轻集料的容重为1400,1950 kg,m3，比普通混凝土约低20,,30,，而相应抗压强度可达到3(5,40 MPa。轻集料混凝土强度一般可达到C，s级,C。。级，最高可达C7。级。国外已经获得28d强度达到55(5 MPa，而容重只有1660 kg,m3的结构轻集料混凝土。(2)保温隔热性能好。多孔轻集料内部的孔隙，还使其导热系数降低，保温性能更好。人造轻集料混凝土干燥状态时的导热系数一般为0(21,o(81 w,(m?K)，远低于普通混凝土的1(86,2(09W,(m?K)和砖砌体的0(81W,(m?K)，与普通粘土砖相比，不仅强度高，整体性好，而且保温性能良好。用它制作墙体时，在同等的保温要求下，可使墙体的厚度减少40,以上，自重可减轻50,以上。(3)抗震性能好。轻集料混凝土由于自重轻、弹性模量低、变形性能好，用它建造的建筑物，在地震荷载作用下，所承受的地震力小，对冲击波能量吸收快，且轻集料混凝土自振性能比普通混凝土要好，因而抗震性能好。(4)耐火性能好、抗渗性优异、施工适应性强等。 我国对轻骨料混凝土材料的生产和应用仅有40多年的历史。梁邦河研究了黏土及粉煤灰陶粒轻骨料混凝土的主要物理力学特性。邓宗才等对轻骨料钢纤维混凝土的研究表明，在轻骨料混凝土中掺入钢纤维，可有效地提高混凝土基体的抗裂强度、弹性模量和变形性能等[1“。叶家军等研究了轻骨料混凝土材料在相对湿度下的自收缩性。虽然一些研究成果在工程中已得到应用，但是与发达国家相比，我国在轻骨料混凝土材料的应用方面还有很大的差距。 4(2特(超)轻混凝土 近年来，我国的发泡混凝土已用于节能墙体材料中，如:发泡混凝土砌块、发泡混凝土轻质墙板、发泡混凝土补偿地基等。而国外发泡混凝土应用更为广泛，以用作挡土墙、修建运动场及田竞跑道、夹芯构件、复合墙板、管线回填、贫混凝土的填充层、屋面边坡、储罐底部支撑、防火墙的绝缘填充、隔声楼面填充、隧道衬管的回填、供电及供水管线的隔离等。 泡沫混凝土的产品质量主要受发泡剂性能影响。混凝土发泡剂经历了松香树脂类发泡剂、各种合成表面活性剂类发泡剂、蛋白型发泡剂、复合型发泡剂的发展历程，通过多元复合改性以提升其发泡能力及稳泡性能是混凝土发泡剂发展的主流方向。泡沫的质量通常以坚韧性、发泡倍数、泌水量等指标来 鉴定。 泡沫混凝土是用机械方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，然后将其加入到水泥、掺合料、水及各种外加剂等组成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、养护而成的一种内部含有大量封闭气孔的“密孔”混凝土，这种混凝土材料在建筑保温等方面有极大的作用。在国内，大掺量粉煤灰泡沫混凝土的砌块容重500,700kg,m3，导热系数0(14,o(21w,(m?K)，容重为700kg,m3时，抗压强度2(5,4(5MPa;而国外，德国采用废玻璃制造的膨胀玻璃特轻骨料，配制出了干燥密 ,1200kg,m3、28d强度6,25MPa的超轻骨料混凝土，特别适合于生产预 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 80 隔墙板。 5、结语 我国正处于经济的快速增长期，混凝土用量与日俱增，不同质量密度的混凝土有其各自的特色和应用领域。其中，混凝土化学外加剂对混凝土发展起到了十分重要的推动作用。经济快速发展的同时，也给资源与环保带来很大压力，未来的“绿色化混凝土”还要求尽可能利用工业废弃物和生活垃圾，以最大限度地节约天然资源和能源。 参考文献 1、张虎(山西建筑，2002，28(9):71 2、丁庆军，张立华，胡曙光，等(武汉理工大学学报，2002，24(2):16 3、解永成(广州建筑，2000，3:28 4、程建民，赵德胜，王怀军，等(建筑技术，2001，32(5):330 5、顾红祥(嘉应大学学报，2003，21(3):97 6、谢咸颂(建筑技术开发，2003，30(7):67 7、Komura K，et a1(Nuclear Science and Techniques，2004，15(6):365 8、刘红飞，蒋元海，叶蓓红(建筑外加剂(北京:中国建筑工业出版社，2006 9、 蒋冬青(中国水泥，2003，3:46 10、 Jones MR，et a1(Cement and Concrete Research，2006，36:1032 11、王洪镇(混凝土与水泥制品，2000，1:44 12、 Juryievich A Method of producing foam concrete using aprotein Foamer(WO，9962842(1999—12—09 13、周杰，安风华，凌天清(山西建筑，2006，32(13):137 14、石建军，王学东，杨建明(科技情报开发与经济，2004，14(4):112 15、 Ye Jiajun，et a1(J Wuhan Univ Techn Mater Sci，2006，21(1):134 16、 Pang ZengbirL Animal ingredient concrete foaming agent(CN Pat，1736956(2006-02-22 17、高波，王群力，周孝德(粉煤灰综合利用，2003，4:39 18、高波，王群力，周孝德(粉煤灰综合利用，2004，1:13 19、肖力光，王宵彪(吉林建筑工程学院学报，2002，19(2):1 20、刘国光，董志成(材料与应用，2006，34(186):儿 21、钟海英，贾淑明(甘肃科技，2004，20(10):97