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對高性能混凝土的幾點(diǎn)認(rèn)識

2010-05-25 00:00

  1 引言
  隨著世界科技的迅猛發(fā)展,各國對建筑物的功能、外觀、耐久性等多方面提出了更為苛刻的要求,促進(jìn)了建材行業(yè)許多高新技術(shù)的出現(xiàn)。為了弄清當(dāng)時(shí)混凝土在不同用途中存在的缺點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié),美國于80 年代曾對很多土建工程單位進(jìn)行了調(diào)查。從調(diào)查結(jié)果可知,在眾所關(guān)注的抗壓強(qiáng)度以外,亟待改進(jìn)提高的混凝土性能,依次為體積穩(wěn)定性、抗?jié)B性、流動性、抗折(拉)強(qiáng)度、護(hù)筋性、線膨脹系數(shù)等,當(dāng)然還須降低成本。上述各種性能歸納起來就是強(qiáng)度、工作性和耐久性3 大類,這基本符合十幾年來幾個(gè)發(fā)達(dá)國家所研究開發(fā)的高性能混凝土(HPC)的特性。這也就是HPC 的最初起源。1992 年,吳中偉院士首次將“HPC”介紹到中國,從此人們逐漸開始接觸到HPC一詞。但由于HPC 這一概念在業(yè)界一直沒有一個(gè)較為明確、詳盡的定義,并且在混凝土的實(shí)際使用中,HPC 往往用于具有某些特殊要求的大型工程中,所以人們對它的認(rèn)識仍非常模糊。

  2 高強(qiáng)度混凝土與高性能混凝土的區(qū)別
  在HPC 傳入中國十多年間,建筑行業(yè)對它的關(guān)注程度不斷提高,但針對HPC是否必需具有高強(qiáng)度這一問題一直存在爭議。關(guān)于高強(qiáng)度混凝土(HSC),其實(shí)在約40 年前就有28d 抗壓強(qiáng)度超過50MPa 的HSC較多地在工程上應(yīng)用,當(dāng)時(shí)部分具有前瞻意識的專家提出,未來建筑對混凝土的要求將不僅僅是強(qiáng)度上的,而應(yīng)該有對耐久性和工作性更高的要求。但當(dāng)時(shí)對這一意義上的混凝土并沒有一個(gè)被大家所接受的名稱,更沒有定出指標(biāo)和規(guī)程。只是在十多年前才出現(xiàn)了在此基礎(chǔ)之上發(fā)展而來的“HPC”一詞。另一方面,由于近些年,在HSC的配制中不僅加入了高效減水劑,往往也摻入了一些活性磨細(xì)礦物摻合料,以此增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度,但這些組分也常用在HPC的配制當(dāng)中,所以造成了人們對這兩種混凝土意義上的混淆。美國教授P.K.Mehta 早在1990 年就提出:“把高強(qiáng)混凝土假定為高性能混凝土,嚴(yán)格地說,這種假定是錯(cuò)誤的?!?/P>

  美國學(xué)者Virendra K.Varma 最近也撰文認(rèn)為,應(yīng)該把高性能混凝土與高強(qiáng)混凝土有所區(qū)分。

  我國吳中偉院士在1999 年提出:“單純的高強(qiáng)度不一定具有高性能。如果強(qiáng)調(diào)高性能混凝土必須在C50 以上,大量處于嚴(yán)酷環(huán)境中的海工、水工建筑對混凝土強(qiáng)度要求并不高(C30 左右) ,但對耐久性要求卻很高,而高性能混凝土恰能滿足此要求?!鼻迦A大學(xué)教授廉慧珍在文獻(xiàn)指出:大多數(shù)把“高性能混凝土”理解為“高強(qiáng)”、“高流動性”、“摻用礦物摻和料”等是不正確的。

  針對高性能混凝土與高強(qiáng)度混凝土,筆者的觀點(diǎn)是:高性能混凝土應(yīng)該看作是在高強(qiáng)度混凝土基礎(chǔ)上的提高和范圍上的擴(kuò)大,高性能混凝土是高強(qiáng)度混凝土在功能、性質(zhì)上的進(jìn)步,因此高強(qiáng)度混凝土應(yīng)該在定義上被高性能混凝土所包含,但并不是其性能上的必須。

  3 高強(qiáng)度與高耐久性的關(guān)系
  對于高性能混凝土應(yīng)該具有的性能當(dāng)中,高耐久性已經(jīng)被絕大部分學(xué)者所認(rèn)同,但對于高耐久性與高強(qiáng)度的關(guān)系卻存在著相互矛盾的觀點(diǎn)。一種觀點(diǎn)是:混凝土的高強(qiáng)度必然形成其高耐久性。如在文獻(xiàn)前言中提到:“抗壓強(qiáng)度是混凝土的基本性能,為了提高耐久性,混凝土必須具有高的強(qiáng)度。故本書編者F.H.Wittmann和P.Cchwesinger 把高強(qiáng)混凝土列入HPC的范疇?!绷硪环N觀點(diǎn)是:在達(dá)到混凝土的高強(qiáng)度目的的時(shí)候,其中的某些途徑是對達(dá)到耐久性不利的。如吳中偉院士在1996 年曾提出:“有人認(rèn)為混凝土高強(qiáng)度必然是高耐久性,這是不全面的,因?yàn)楦邚?qiáng)混凝土?xí)硪恍┎焕谀途眯缘囊蛩亍备咝阅芑炷吝€應(yīng)包括中等強(qiáng)度混凝土,如C30 混凝土。以上兩種相互矛盾觀點(diǎn)的提出自然也是有各自的根據(jù)。認(rèn)為高強(qiáng)度必然引起高耐久性的依據(jù)是:按材料學(xué)基本定律來看,通過適當(dāng)?shù)姆椒ń档筒牧峡紫堵适强梢蕴岣卟牧蠌?qiáng)度的。而混凝土的耐久性明顯取決于微觀結(jié)構(gòu),尤其是漿體的孔隙率,正是因?yàn)镠SC的孔隙率很低,因此與漿體中水或侵蝕性介質(zhì)輸送過程有關(guān)物理和化學(xué)侵蝕作用便削弱。這樣便提高了混凝土的耐久性。但這種觀點(diǎn)似乎只適合已經(jīng)達(dá)到高強(qiáng)度的結(jié)果以后,HSC 的孔隙率確實(shí)很低,但從整個(gè)形成過程來看,其高強(qiáng)度的實(shí)現(xiàn)是對高耐久性存在著不利因素的。

  首先,粉煤灰作為HSC 普遍使用的礦物外加劑,其對混凝土內(nèi)部空隙確實(shí)有較強(qiáng)填充作用,并且其長期火山灰效應(yīng)也可提高混凝土強(qiáng)度。但是,粉煤灰混凝土的水化反應(yīng)慢,水分蒸發(fā)快,所以粉煤灰混凝土的早期干縮較大,極易造成其早期收縮開裂。如果一旦開裂,這無疑是對整個(gè)結(jié)構(gòu)耐久性致命的危害。另外,粉煤灰也有其組分的區(qū)別。大多數(shù)美國學(xué)者研究認(rèn)為,一些高鈣粉煤灰中含有大量的硫酸鹽堿類,摻用這類粉煤灰就象使用高堿波特蘭水泥一樣,反而會促進(jìn)堿—集料反應(yīng)。

  另一方面,要實(shí)現(xiàn)混凝土的高強(qiáng)度就必須加大水泥用量、提高水泥標(biāo)號,從而引起劇烈的水化反應(yīng),水化放熱多而快,混凝土自生收縮、干燥收縮、溫度收縮作用強(qiáng)烈,由此產(chǎn)生的拉應(yīng)力足以導(dǎo)致混凝土開裂?;炷两Y(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)裂縫(紋),必將加快侵蝕作用對其耐久性的影響。

  由此可見,單純從材料結(jié)構(gòu)方面來分析混凝土高強(qiáng)度與高耐久性之間關(guān)系的方法是不全面的,我們必須從其組分入手,充分考慮各種配料對其性能的影響。

  4 結(jié)語
  本文就HPC與HSC的關(guān)系及高強(qiáng)度與高耐久性之間的關(guān)系,兩個(gè)問題給出了自己的看法。認(rèn)為高強(qiáng)度不是高性能的必須要求,但高性能混凝土可以包含高強(qiáng)度這一性能。而高強(qiáng)度并不一定是高耐久性的充分條件,高強(qiáng)度的達(dá)到對高耐久性存在不利的因素。

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