浅谈混凝土及其增强材料的应用

摘要：钢筋混凝土在过去或今后相当长时期内，将扔然是一种重要的工程结构材料，但是增强材料是对钢筋混凝土结构的设计方法、施工技术、试验技术以至维护管理起着决定性的作用。本文从工程应用角度对混凝土及其增强材料的技术作探讨。

关键词：混凝土，增强材料，高性能，钢纤维

Abstract: the reinforced concrete in the past or future a quite long period of time, will throw however is a kind of important engineering structure material, but enhance materials are reinforced concrete structure design method, construction technology, test technology and maintenance management play a decisive role. This paper, from the Angle of concrete and its engineering application reinforced materials technology is discussed.

Keywords: of concrete, reinforced materials, high performance, steel fiber

中图分类号：TU528文献标识码：A 文章编号：

混凝土是现代工程结构的主要材料。随着新技术、新材料的不断涌现，对钢筋混凝土结构的设计方法、施工技术、试验技术以至维护管理都提出了新的要求。

一、高性能混凝土（简称HPC）

HPC是近年来混凝土材料发展的一个重要方向，所谓高性能：是指混凝土具有高强度、高耐久性、高流动性等多方面的优越性能。从强度而言，抗压强度大于C50的混凝土即属于高强混凝土，提高混凝土的强度是发展高层建筑、高耸结构、大跨度结构的重要措施。采用高强混凝土，可以减小截面尺寸，减轻自重，因而可获得较大的经济效益，而且，高强混凝土一般也具有良好的耐久性。

在我国为提高温凝土强度采用的主要措施有：1.合理利用高效减水剂，采用优质骨料、优质水泥，利用优质掺合料,如优质磨细粉煤灰、硅灰、天然沸石或超细矿渣。采用高效减水剂以降低水灰比是获得高强及高流动性混凝土的主要技术措施；2.采用525,625,725号的硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥及相应的外加剂 3.以矿渣、碱组分及骨料制备碱矿渣高强度混凝土 4.采用复合高效减水剂，用525号水泥320kg／m3，水灰比0.43，和425号水泥480kg／m3，水灰比0.32，在试验室中制成了抗压强度分别为68MPa和65MPa的高强混凝土。5采用某些金属矿石粗骨料如赤铁矿石、钛铁矿石等，可以比用普通石料作粗骨料获得强度更高、耐久性和延性更好的高性能混凝土。

高强混凝土具有优良的物理力学性能及良好的耐久性，其主要缺点是延性较差。而在高强混凝土中加入适量钢纤维后制成的纤维增强高强混凝土，其抗拉、抗弯、抗剪强度均有提高，其韧性（延性）和抗疲劳、抗冲击等性能则能有大幅度提高。二、活性微粉混凝土（简称RPC）

RPC是一种超高强混凝土，其立方体抗压强度可达200-800MPa，抗拉强度可达25～150MPa，断裂能可达30KJ／m2，单位体积质量为2.5-3.0t／m3。制成这种混凝土的主要措施是：1.小颗粒的最大尺寸，改善混凝土的均匀性；2.使用微粉及极微粉材料，以达到最优堆积密度；3.减少混凝土用水量，使非水化水泥颗粒作为填料，以增大堆积密度；4.增放钢纤维以改善其延性；5.在硬化过程中加压及加温，使其达到很高的强度。普通混凝土的级配曲线是连续的，而RPC的级配曲线是不连续的台阶形曲线，其骨料粒径很小，接近于水泥颗粒的尺寸。RPC的水灰比可低到0.15，需加入大量的超塑化剂，以改善其工作度。RPC的价格比常用混凝土稍高，但大大低于钢材，可将其设计成细长或薄壁的结构，以扩大建筑使用的自由度。

三、钢纤维混凝土在承重结构中，发展较快、应用较广的是钢纤维混凝土。而钢纤维主要有用于土木建筑工程的碳素钢纤维和用于耐火材料工业中的不锈钢纤维。用于土木建筑工程的钢纤维主要有以下几种生产方法：1.钢丝切断法；2.薄板剪切法；3.钢锭（厚板）铣削法；4.熔钢抽丝法。 当纤维长度及长径比在常用范围，纤维掺量在1％到2％（体积分数，本文中的掺量均指体积分数）的范围内，与基体混凝土相比，钢纤维混凝土的抗拉强度可提高40％~80％，抗弯强度提高50％~120％，抗剪强度提高50％~100％，抗压强度提高较小，在0~25％之间，弹性阶段的变形与基体混凝土性能相比没有显著差别，但可大幅度提高衡量钢纤维混凝土塑性变形性能的韧性。 钢纤维混凝土采用常规的施工技术，其钢纤维掺量一般为0.6％～2.0％。再高的掺量，将容易使钢纤维在施工搅拌过程中结团成球，影响钢纤维混凝土的质量。但是国内外正在研究一种钢纤维掺量达5％～27%的砂浆渗浇钢纤维混凝土，其施工技术不同于一般的搅拌浇筑成型的钢纤维混凝土，它是先将钢纤维松散填放在模具内，然后灌注水泥浆或砂浆，使其硬化成型，与普通钢纤维混凝土相比，其特点是抗压强度比基体材料有大幅度提高，可达100~200MPa，其抗拉、抗弯、抗剪强度以及延性、韧性等也比普通掺量的钢纤维混凝土有更大的提高。 在砂浆中铺设钢丝网及网与网之间的骨架钢筋（简称钢丝网水泥）所做成的薄壁结构，具有良好的抗裂能力和变形能力，在国内外造船、水利、建筑工程中应用较为广泛。近年来，在钢丝网水泥中又掺入钢纤维来建造公路路面、渔船、农船等，取得了更好的双重增韧、增强效果。 四、自密实混凝土自密实混凝土不需机械振捣，而是依靠自重使混凝土密实。混凝土的流动度虽然高，但仍可以防止离析。配制这种混凝土的方法有：1.粗骨料的体积为固体混凝土体积的50％；2.细骨料的体积为砂浆体积的40%；3.水灰比为0.9-1.0；4.进行流动性试验，确定超塑化剂用量及最终的水灰比，使材料获得最优的组成。 这种混凝土的优点有：在施工现场无振动噪音；可进行夜间施工，不扰民；对工人健康无害；混凝土质量均匀、耐久；钢筋布置较密或构件体型复杂时也易于浇筑；施工速度快，现场劳动量小。 五、配筋及增强材料 1.纤维筋钢筋混凝土结构的配筋材料，主要是钢筋最近在国际上研究较多的是树脂粘结的纤维筋，作混凝土及预应力混凝土结构的非金属配筋，常用的纤维筋有树脂粘结的碳纤维筋、玻璃纤维筋及芳纶纤维筋国外研究指出，这几种纤维筋的强度都很高，只是玻璃纤维筋的抗碱化性能较差。纤维筋的突出优点是抗腐蚀、高强度，此外，还具有良好的抗疲劳性能、大的弹性变形能力、高电阻及低磁导性，其缺点是断裂应变性能较差、较脆、徐变（松弛）值较大，热膨胀系数较大。 2.双钢筋 为了减小裂缝宽度和构件的变形，国内在一些工程中，采用焊成梯格形的双钢筋，在构件内平放或竖放布置。 3.冷轧变形钢筋为了节约钢材用量，用光圆钢筋，经过冷轧，轧成带肋的直径小于母材直径的钢筋，称为冷轧带肋钢筋。另一种类似的钢筋，是用I级光圆用筋冷轧扭转成型，称为冷轧变形用筋或冷轧扭钢筋。这两种冷轧钢筋的抗拉强度标准值（极限抗拉强度）及设计值都比母材大大提高，与混凝土的粘结强度也得到提高，但直径较小。它们主要用作板式构件的受力钢筋或梁、柱构件的箍筋或作预应力筋。由于强度提高，可以节约材料用量，获得经济效益。

结束语 混凝土是水泥、砂、石、水、外加剂、掺合料等多组分构成的一种性能多样化的材料，其性能不仅与组成材料的性能有直接关系，而且还与施工技术、所处环境及维护条件等有关；以上只是介绍了一些较新材料，今后必然会有更多的更好的材料开发出来，使工程造价降下来，功能提高上去。