高性能自密实混凝土

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我们或许可以从自然界学到混凝土技术。海贝，既坚硬，又耐久。薄薄的贝壳，具有较高抗拉强度，外表面又不透水。相反，硬化混凝土的抗拉强度较低，抵抗侵蚀性自然环境的能力也很脆弱。
海贝和硬化混凝土的化学组成很相似，都含有大量的碳酸钙。但是，两者的差别在于，海贝碳酸钙原子网状结构的排列很精密，形成纵横交错有序的原子结构，使其具有坚硬性和很高的抗拉强度。换句话说，其纳米级的结构形式与硬化混凝土是不同的。如果一种结构材料在其原子层的构成时利用纳米技术，就能改善该材料的性能。
聚合物基超塑化剂
最近，德固赛公司就是根据这些技术，在应用于混凝土的聚合物型外加剂领域，取得了许多最新的进展。举例来说，目前德固赛公司已研制出应用于预制混凝土的新型聚合物基超塑化剂。这些聚合物的形态或“分子结构”能控制水化机理，而且还可以给水泥提供更多的自由表面进行水化。因此，提高了混凝土的早期强度发展。现已证明实，利用这类技术，可以使目前的混凝土产业有能力为最终用户，定制具有各种特殊性能要求的混凝土。另一种新一代的超塑化剂已被证实能成功地用于预拌混凝土搅拌站，其潜在的优点包括：提高预拌混凝土供货运输半径，更快速的运输车装/卸料和运抵工地现场的周转时间，使预拌混凝土退货风险更小，并且使合理采用低水灰比的高稠度混凝土拌合物的设计更经济。
高性能混凝土
高性能混凝土已被定义为：“一种为预期结构的应用，而专门选择其组分和配合比，使其具有特别合理性能的混凝土。”比如，在进行42层高的高层建筑施工时，特别重要的要求是高早强。自爬升跳模施工工艺要求12小时后，混凝土的强度达到15MPa，以适应4天一层的施工周期。此外，还要求能把混凝土泵送到最高楼层，而坍落度损失又最小。
规定采用C60混凝土，实际记录达到的混凝土强度超过100MPa。配制满足这些要求的混凝土是采用了一种新一代的超塑化剂。
伦敦的一家主要预拌混凝土公司还为维修飞机场道路、出租车车道、停机坪和站台提供早期强度更高的混凝土。所设计的混凝土拌合物在浇筑4小时后，其强度就要达到20PMa。只有这样，才能满足在夜间进行维修，而第二天一早，混凝土地坪就能承受高达400t的荷载。供货时，坍落度在25-100mm范围内的拌合物，还必须适应冬夏季夜间的温度变化，28天强度高达70MPa。
一种混凝土结构的使用寿命已成为日益重要的性能要求。公共建筑使用寿命超过100年已很普通，主要桥梁的使用寿命为120年，通常会外露在侵蚀性环境中的隧道内壁的使用寿命也为120年。目前，合理的混凝土拌合物设计已能使采用低水灰比混凝土的保护层获得相当好的密实效果，从而提高了处于外露侵蚀介质条件下混凝土保护层的抗渗透性能。
在英国肯特郡，有一座1.25 公里预应力桥梁暴露在半海洋环境中。上部结构混凝土的强度规定采用C50，用于悬臂梁和桥台板的混凝土强度为C60。用于平衡悬臂的混凝土需垂直泵送50米，水平泵送100米，而且浇筑部位的钢筋密布。为了满足7天的施工周期，要求该混凝土在浇筑后24-36小时内强度达到34MPa，以适应预应力施工要求。在配制该混凝土拌合物时，也采用了一种新一代的超塑化剂，成功满足了传统混凝土一些不能兼容的性能，诸如：高工作性、初缓凝和高早强。3.2公里的North Downs 隧道是至今为止英国所建造的最大轨道交通隧道。隧道采用湿喷射混凝土为永久性内衬壁，设计使用寿命为120年，混凝土的耐久性要求是最高的，水渗透系数为1 x 10-12 m/s。为了克服混凝土同时具有喷射混凝土施工的高工作性和满足低渗透规范要求的低水灰比的困难，也使用了一种新一超塑化剂。
英国伦敦和泰晤士河CTRL隧道采用的预制混凝土管片，其设计的使用寿命为120年，并且能承受侵蚀性的土质条件。整个工程共要生产160,000块管片。生产工期之短，预制工艺之复杂，在全球屈指可数。每周要生产高达300环预制混凝土管片。为了满足设计寿命的规定，混凝土要达到很低渗透性的耐久性要求，混凝土28天平均强度为70MPa。随着龄期的增长，混凝土的实际最终强度高达90-100MPa。
自密实混凝土
自密实混凝土无需任何振动密实，就能完全灌满模板，且没有明显的离析和泌水。自密实混凝土无需任何机械作用，诸如插入式振动器或外挂式模板振动器，就能使混凝土密实。经合理设计的自密实混凝土，能流过密布的钢筋，且不阻塞。目前，随着通过合理选材和现代化的混凝土拌合物配合比设计，已能成功生产低水灰比混凝土拌合物。高早强的高强自密实混凝土已进入实际应用阶段。
目前，生产结构预制构件的成本已可大幅下降。比如使用自密实混凝土，满足12-18小时时，目标脱模强度达到45MPa。进行预应力混凝土生产已无需辅助加热养护，从而降低了对能源的要求。目前，试验性的混凝土已能无需加热，就可在18小时后，强度达到70MPa。由于这一优点，估计英国大多数预制混凝土厂商都已采用自密实混凝土。但是，与某些国家相比，自密实混凝土在英国的使用比例还比较低。在荷兰，大约75%的预制混凝土产生已采用自密实混凝土。高层建筑使用高强自密实混凝土的势头也很强劲，比如菲律宾的伊顿塔假日旅馆，已浇筑了强度高达105MPa的自密实混凝土立柱和剪力墙。该71层结构已于2004年竣工，是菲律宾最高的建筑。
结论
目前，随着混凝土拌合物设计和外加剂技术的进展，已使新拌混凝土的性能范围大幅度增长，诸如自密实混凝土所显示的有关工作性、稠度保持和可浇筑性保持。高性能混凝土的结构承受能力也大幅度增加，特别是高早强和高最终强度。这些技术创新，也提高了钢筋混凝土结构的耐久性。

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