混凝土材料发展方向的探讨

混凝土以其良好的抗水性、优越的可塑性、优良的耐火性以及最具竞争力的经济性而成为目前全世界用量最大(110亿吨/年)和使用范围最广(土木、水利、交通、石油、航运、国防、军工等等)的材料

混凝土材料研究和发展的趋势

新材料技术的发展促使混凝土通过复合走向高性能和智能化

以工业废料代替水泥以实现节能减排

  许多工业废料如煤热电厂排放的粉煤灰、炼钢厂排放的粒化高炉矿渣(磨细)、工业燃煤后留下的未能充分燃烧的煤矸石(磨细),生产硅金属的排放的硅灰等都可以用来部分代替水泥,而不降低混凝土的性能。事实上,这些工业废料等量代替水泥后,如果配料得当,往往能够提高甚至大幅度混凝土的各种性能,如强度和耐久性能。我国的三峡大坝,使用量2800万m3,约合6720万吨,其中的粉煤灰替代水泥的量为40%,既减少了成本,又成功解决了三峡大坝大体积混凝土温升的问题。硅灰已成为现代高强高性能混凝土必不可少的矿物掺合料之一。文献[5],利用56%的矿渣和和30%煤矸石制备无孰料水泥,也就是说用矿渣和煤矸石经过一定处理完全代替水泥,配制低等级的混凝土混凝土,已经成为可能。

高性能化

混凝土的高性能,主要体现在:高的工作性、高强度和高的耐久性(如:水工混凝土的抗渗、寒冷地区的抗冻、机场和公路混凝土路面的抗冲耐磨、海工或化工混凝土工程的抗酸性侵蚀、大体积混凝土的抗裂等)。高的工作性可通过复合超塑化剂来实现,使得混凝土能够无需振捣靠自重流平模板的每一个角落,即自流平混凝土[3].高强可以通过复合各种纤维来实现。法国研究人员通过特殊工业通复合直径0.15mm长度13mm、最大体积掺量为2.5%的钢纤维,在400℃的养护条件下,制备出的超高强混凝土其抗压强度达到800Mpa[1].这种混凝土在韩国得到了商业应用,如图1(Cheong人行桥),跨度120m,拱高130m,其细长比创造了世界纪录。高的耐久性,根据具体要求不同而复合不同的材料,如:复合化学纤维、超细矿物掺合料或引气剂等可提高混凝土抗渗性抗冻性,复合钢纤维和硅灰可以提高路面的抗冲耐磨性能,复合高炉矿渣和粉煤灰可以有效提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力,复合大掺量粉煤(]如图2)和相变材料(如冰)可以减少大体积混凝土内部温升从而控制其开裂等。

绿色技术的发展引导混凝土向节能减排、循环使用的方向发展

  混凝土虽然拥有众多优势,但其对环境的影响却不能忽视。混凝土每年大约消耗15亿吨的水泥和近90亿吨的天然砂石料,可以说是世界上最大的天然资源用户[1],其生产和应用必将给生态环境带来许多不利的影响。所以混凝土就必然面临这一问题所带来的冲击,可持续经济、循环经济、节能减排等一系列国家政策要求混凝土必须走绿色之路。自然就要从水泥和砂石料这两方面着手解决了。

 

 
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