新型混凝土材料的特性研究与应用

(成都理工大学 四川 成都 610059)

引言

钢筋混凝土结构自诞生以来，经历了两个世纪的发展，已经成为当今世界土木工程领域主要的结构形式。混凝土作为其中主要的抗压材料和填充材料，起着保护钢筋、提高结构耐久性、提升构件抗压承载力、调节结构整体周期频率指标的重要作用，其各方面特性直接影响到结构的安全性、可靠性、适用性以及经济性。

一、混凝土的概念

混凝土又称“砼”，这个字由人、工、石组成，形象地说明了混凝土就是一种人工建筑材料。实际上，混凝土材料就是胶结材料、粗细骨料和水按照一定得比例经过振捣和搅拌成型，并在特定的条件下对其进行养护后形成的人工建筑材料，这种人工复合材料不仅具备一定的强度，制作成本也相对较低。

二、几种新型混凝土材料的出现及在工程中的应用

随着人们对工程质量要求越来越高，传统的混凝土材料很难满足高质量工程的需求。相关技术人员根据这种现状研发出高强度、耐磨、抗腐蚀的新型混凝土材料，并且取得良好的成效。常见的新型混凝土主要有以下几种：

(一)高性能混凝土

很多国家早在上世纪八十年代就研发出高性能的混凝土，高性能混凝土包括粗细骨料、水泥、超塑化剂、多种矿物掺合料和水，这种组成配制出来的高性能混凝土在耐久性、高强度、稳定性、低水化热等多方面都有显著的优势和性能。高性能混凝土不仅能降低工程造价、增加使用空间、节约施工能耗，还能在极端环境下提升其抵御能力。高性能混凝土工作性能好，耐久性好，所以其成本与同级高强混凝土相比，直接节约32—58.8元/每平方米。因此高性能混凝土的优越性与经济，使其用途不断扩大，在不少工程中得以推广应用。

(二)彩色混凝土

这种混凝土颜色能根据空气湿度产生变化，这种混凝土在干燥的空气中，彩色混凝土会呈现蔚蓝色。下雨时，又会变成玫瑰色，在潮湿的天气则呈现漂亮的紫色，该混凝土也被称作“天气混凝土”。彩色透水混凝土是由特定级配的骨料、胶凝材料、水、添加剂等按特定比例经特殊工艺制成的具有连续孔隙的多孔混凝土，能够很好的解决目前城市建设过程带来的诸多城市环境问题。其表观密度一般为1600-2100kg/m3，28d抗压强度10-40MPa，抗折强度2-7MPa，透水系数0.5-10mm/s，有效目标孔隙率为18%～22%。彩色混凝土因其特性可广泛应用于人行道、步行街、轻量级道路、公园小区内道路、大型广场、各种新型体育场地、停车场、地下建筑工程，构筑堤坝、护岸及高速公路路肩护坡等工程项目中。

(三)生态型混凝土

建筑业是传统高耗能产业，烧结砖、水泥、石灰等建筑材料在制作过程中会消耗大量的自然资源，随着低碳环保和构建环境友好型社会理念的逐步推广，一种可减少环境负荷的生物相容型混凝土应运而生，即为生态型混凝土。生态型混凝土是指能与动植物等生物和谐共存的混凝土。根据用途，这类混凝土可分为植物相容型生态混凝土、海洋生物相容型生态混凝土、淡水生物相容型生态混凝土以及净化水质用混凝土等。将足够强度的混凝土作为受力骨架，骨架内空隙中填充植物或海水、淡水生物生存所需的营养物质。在浇筑成型和以后的使用过程中可以实现自身强度的增长和植被与水生物繁衍生息的同步进行。同时，多孔的微观特性还使其具有了良好的透水性与吸音性，衍生出透水混凝土、吸音混凝土等不同种类。生态型混凝土在沿海环境、山坡绿化环境中，起到调节生态平衡、美化环境、净化水质、实现共生发展等作用

(四)泡沫混凝土

泡沫混凝土是将泡沫剂水溶液加入到由粉煤灰等硅酸盐物质、波特兰水泥或碳酸钙、水及外加剂组成的混合物中，经一系列物理与化学综合作用形成的轻质多孔建筑结构建材。由于此类混凝土中未添加大粒石子的粗骨料，且在制拌过程中通过为人工控制形成了较多的内部空隙气泡，故其有着独特的物理指标性能。在密度方面最低可低至普通混凝土的1/5左右，抗压抗弯能力明显较低，但变现出良好的保温隔热性能和隔音耐火性能，独特的内部结构使得构件在地震波作用下自振周期被拉长，外部激励得到了较为充分的吸收。因此当采用泡沫混凝土作为墙体或屋面材料时，产生了隔震作用，减少不利荷载，是优质的抗震建材。从经济层面讲，泡沫混凝土可大量利用工业废渣作为原材料，成本可控。

(五)纤维混凝土

由于传统混凝土的延展性和抗拉性不足，因此研究人员借助传统的钢筋混凝土的理论基础通过将传统混凝土中的钢筋材料换为由钢纤维、玻璃纤维、碳纤维等纤维类材料组成的相应的纤维束，制作出纤维混凝土。因为钢筋被替换为不同的材料。所以纤维混凝土又被分类为钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土、碳纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土等多种类型。由于传统混凝土中添加纤维，混凝土的性能被有效改善。有关科研人员通过实验在抗压强度方面将传统混凝土和纤维混凝土进行对比，发现纤维混凝土在抗压强度方面比传统混凝土高出五倍以上，而纤维混凝土的造价成本比传统混凝土低。

三、结语

以高性能混凝土、彩色混凝土、生态型混凝土、纤维混凝土和泡沫混凝土为代表的新型混凝土都各自具备鲜明的特点，例如高强度耐热性、装饰功能、调节生态、环保、低成本等性能。可以肯定的是，随着我国科学技术以及经济的快速发展，对工程建设项目质量的要求越来越高，各种新型混凝土也将不断地应用到各项工程中，新型混凝土材料会更好的满足工程的要求，获得较好的经济效益、社会效益和环境效益，实现建筑行业的和谐发展，这对于构建和谐社会也是非常有利的。我国经济发展进入新常态，资源产能、社会认知、科研发展、行业变革等方面也面临新的环境形势，新型混凝土材料的应用将是推动建筑工程领域开拓创新必不可少的积极因素，可以预见，新型混凝土材料在未来肯定会有巨大的发展空间。