淺談混凝土技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展
2005-06-16 00:00
摘 要：混凝土是當(dāng)代最主要建筑材料， 我國(guó)混凝土攪拌站建設(shè)與國(guó)外相比尚屬起步階段， 雖然有些地區(qū)發(fā)展較快， 但就全國(guó)而言， 預(yù)拌混凝土的發(fā)展是不平衡的， 在其發(fā)展的同時(shí)， 暴露出不少問題。目前， 高性能混凝(HPC) 發(fā)展迅速， 其先進(jìn)性使混凝土的應(yīng)用范圍得到擴(kuò)大， 使混凝土的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益不斷增長(zhǎng)， 在我國(guó)當(dāng)前條件下HPC 可采用下列原材料： 水泥、集料、活性細(xì)摻料、外加劑， 在原材料的現(xiàn)狀和發(fā)展方面應(yīng)有明確認(rèn)識(shí)， 加以重視。HPC 復(fù)合化將為提高混凝土的性能， 取得多方面效益開闊新途徑。
關(guān)鍵詞：混凝土技術(shù)，現(xiàn)狀，發(fā)展
混凝土是當(dāng)代最大宗的人造材料， 也是最主要建筑材料。目前， 世界水泥年產(chǎn)量已超過12 億t， 我國(guó)在數(shù)量上占居首位， 其產(chǎn)量約為世界總產(chǎn)量的三分之一?；炷聊晔褂昧侩m未見準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)資料， 但如以水泥產(chǎn)量推測(cè)， 估計(jì)在我國(guó)混凝土年使用量可達(dá)6 億m3 以上， 其工程量之多， 社會(huì)與經(jīng)濟(jì)意義之大， 是人所共知的。針對(duì)我國(guó)今后發(fā)展的需要， 本文擬在三個(gè)方面予以論述。
1 預(yù)拌混凝土的現(xiàn)狀與發(fā)展
混凝土的集中攪拌是建筑工程生產(chǎn)管理方面一項(xiàng)意義重大的改革。預(yù)拌混凝土應(yīng)用量比重的大小，標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的混凝土生產(chǎn)工業(yè)化程度的高低。國(guó)外實(shí)踐表明， 采用預(yù)拌混凝土之后， 一般可提高勞動(dòng)率200 %～ 250 % ， 節(jié)約水泥10 %～ 15 % ， 降低生產(chǎn)成本5 % 左右， 還具有保證質(zhì)量、節(jié)約施工用地、實(shí)現(xiàn)文明施工等方面的優(yōu)越性。世界上第一座預(yù)拌混凝土工廠出現(xiàn)在德國(guó)， 建造于1903 年， 以后受到各國(guó)的重視， 得到迅速發(fā)展。到20 世紀(jì)80 年代初， 統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明， 在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家里， 預(yù)拌混凝土的供應(yīng)量， 已達(dá)到全部混凝土生產(chǎn)量的60 %～ 80%。
在我國(guó)混凝土攪拌站始建于80 年代初的上海、常州兩城市。20 年來，由于建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大， 尤其是北京和東南沿海地區(qū)一些城市建設(shè)的高速發(fā)展，各級(jí)建設(shè)行政主管部門采取了一些扶植政策和措施，使城市的預(yù)拌混凝土產(chǎn)量每年以12 %～ 15 %幅度遞增。上海、北京、廣州、大連、常州等城市應(yīng)用預(yù)拌混凝土量已達(dá)到該城市混凝土總用量的80 %以上，接近經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家的水平。但是，預(yù)拌混凝土的發(fā)展是不平衡的，就全國(guó)而言，預(yù)拌混凝土占現(xiàn)澆混凝土量的比重還不到30 % ，有的地方甚至還沒有預(yù)拌混凝土站，與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)預(yù)拌混凝土尚屬起步階段。而且我國(guó)已建成的預(yù)拌混凝土站，多屬建筑企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)管理，而經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家預(yù)拌混凝土已成為獨(dú)立的新興行業(yè)， 有許多專業(yè)公司專門生產(chǎn)和供應(yīng)預(yù)拌混凝土。
在預(yù)拌混凝土行業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)，也暴露出不少需要重視的問題。如： 混凝土定價(jià)不合理以及混凝土供需雙方配合不密切， 出現(xiàn)供大于求而導(dǎo)致降低價(jià)格出售，因而無法保證預(yù)拌混凝土的質(zhì)量。這樣惡性循環(huán)不利于預(yù)拌混凝土的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。
為了保證預(yù)拌混凝土的健康發(fā)展，必須注意以下幾點(diǎn)：
1) 加強(qiáng)預(yù)拌混凝土廠的合理規(guī)劃和布置，預(yù)拌混凝土的生產(chǎn)規(guī)模應(yīng)與當(dāng)?shù)氐慕ㄖ褪袌?chǎng)需求相匹配， 避免盲目發(fā)展，過度集中。
2) 有計(jì)劃的組織在職人員培訓(xùn)，提高人員素質(zhì)及企業(yè)的技術(shù)和管理水平，加強(qiáng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的宣傳貫徹力度。
3) 規(guī)范市場(chǎng)，加強(qiáng)有關(guān)部門的監(jiān)督，使供需雙方必須遵守合同， 增強(qiáng)合同的法律效力; 并制定出合理的預(yù)拌混凝土價(jià)格體系。使預(yù)拌混凝土能在正常的競(jìng)爭(zhēng)條件下得到發(fā)展。
2 高性能混凝土的現(xiàn)狀和發(fā)展
為了弄清當(dāng)前混凝土在不同用途中存在的缺點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié)，美國(guó)于80 年代曾對(duì)很多土建工程單位進(jìn)行了廣泛的調(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(dòng)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， 這正符合十幾年來幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家正在研究開發(fā)中的高性能混凝土(HPC)。
HPC 的誕生與發(fā)展是近代工程發(fā)展的需要。例如高層、大跨度、大荷載、特殊使用條件和嚴(yán)酷的環(huán)境(如海上石油鉆采平臺(tái)、海底隧道等) 以及對(duì)建設(shè)速度、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能等有更高要求; 同時(shí)也由于混凝土技術(shù)的提高使HPC 成為可行。HPC 的先進(jìn)性使混凝土的應(yīng)用范圍得到擴(kuò)大， 使混凝土的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益得到不斷增長(zhǎng)。
發(fā)展HPC 的主要途徑有：
1) 高性能的原材料以及與之相適應(yīng)的工藝。2)復(fù)合化： 混凝土本身是水泥基復(fù)合材料。HPC 必須有活性細(xì)摻料和外加劑特別是高效減水劑的加入，常常不僅需要二者同摻， 有時(shí)還必須同時(shí)采用幾種外加劑以取得要求的性能， 充分發(fā)揮復(fù)合化的作用，將是HPC 取得更大效益的努力方向。
在我國(guó)當(dāng)前條件下， HPC 可采用下列原材料：
a) 水泥。以42. 5# 或42. 5 R 硅酸鹽水泥為主，也可選用某些特種水泥如鐵鋁酸鹽水泥， 堿—礦渣水泥等， 但水泥用量過大或細(xì)度過細(xì)均不利于耐久性。
b) 集料。必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)， 要求堅(jiān)潔， 粒徑、粒形、級(jí)配和強(qiáng)度與工作性有關(guān)， 宜先經(jīng)過試驗(yàn)。工地必須改變不重視集料的壞習(xí)慣。
c) 活性細(xì)摻料。不僅為了節(jié)省水泥更重要的是為了滿足工作性(如易泵性) 與耐久性的要求。因此，優(yōu)質(zhì)活性細(xì)摻料如硅灰或粉煤灰、沸石粉以及磨細(xì)礦渣已成為HPC 的必需組分。二種細(xì)摻料復(fù)合作用， 有時(shí)能帶來很好的效果。
d) 外加劑。首先是高效減水劑， 是HPC 的必需組分。為的是大幅度減水以提高強(qiáng)度與耐久性。使HPC 有足夠的流動(dòng)性、易泵性和填充性， 也使是泌水減到最小。摻加活性細(xì)摻料時(shí)必須摻加足夠的減水劑或高效減水劑；為了減少坍落度損失還必須摻加緩凝劑與引氣劑；為了早強(qiáng)，可摻加早強(qiáng)劑或采用早強(qiáng)減水劑；為了預(yù)防早期收縮可摻加適量膨脹劑。所以，外加劑的復(fù)合作用對(duì)HPC 滿足各種功能要求是十分重要的。
HPC 的復(fù)合化途徑除已用得很多的活性細(xì)摻料與高效減水劑的復(fù)合使用外，還有優(yōu)質(zhì)粉煤灰與磨細(xì)礦渣的復(fù)合，硅灰與粉煤灰或稻殼灰的復(fù)合，沸石粉與粉煤灰的復(fù)合等。加入多種外加劑的復(fù)合在國(guó)內(nèi)也愈來愈普遍。
我國(guó)現(xiàn)在已有條件在不同用途上采用HPC。如世界跨度最長(zhǎng)斜拉橋—楊浦大橋和亞洲最高的建筑—東方明珠電視塔， 以及龍羊峽、葛洲壩等水電站建設(shè)。只要我們掌握好混凝土的基本原理， 運(yùn)用已有的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過試驗(yàn)，重視質(zhì)量， 我們完全有能力做好和用好不同用途的混凝土， 滿足各種工程和制品的要求。在此基礎(chǔ)上繼續(xù)改進(jìn)提高、不斷創(chuàng)新， 在混凝土技術(shù)上、數(shù)量上和質(zhì)量上走在世界前列。
此外，美英日等國(guó)近幾年在研究開發(fā)幾種特高性能水泥基新材料。其主要力學(xué)指標(biāo)， 大大超過高強(qiáng)度混凝土，而可與陶瓷、鋁、鋼等相比擬。例如抗壓強(qiáng)度可達(dá)300M Pa，抗折強(qiáng)度可達(dá)150M Pa，彈性模量可達(dá)50 GPa。從這些新的發(fā)展，可以說明混凝土性能還有很大潛力，混凝土技術(shù)應(yīng)用方面還有很大開發(fā)的余地， 有待我們?nèi)ヅΑ?/DIV>
3 原材料的現(xiàn)狀和發(fā)展
3 原材料的現(xiàn)狀和發(fā)展
1) 水泥。由于我國(guó)水泥工業(yè)發(fā)展太快，粗放型帶來了嚴(yán)重后果，其中經(jīng)過認(rèn)證可用于結(jié)構(gòu)工程的不到三分之一，小水泥廠水泥性較差，且不穩(wěn)定，通過提出“限制、淘汰、改造、提高”八字方針， 改變檢驗(yàn)方法與ISO 接軌。增產(chǎn)42. 5# 水泥和某些特種水泥，來滿足工程需要。
水泥摻加混合材是正確的、必要的，對(duì)性能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保均有利。礦渣由于細(xì)度不足，活性未充分利用，應(yīng)研究超細(xì)磨， 將能夠節(jié)約更多水泥熟料，用作高性能混凝土。
其他如粉煤灰、磚灰、沸石巖、稻殼灰等活性細(xì)摻料均有利于混凝土性能的提高和經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)正大力開發(fā)節(jié)能水泥、堿—礦渣水泥， 低需水量水泥等，也將取得巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。
2) 集料。集料質(zhì)量對(duì)混凝土的性能與經(jīng)濟(jì)十分重要， 我國(guó)混凝土質(zhì)量不高、不穩(wěn)定， 影響工程質(zhì)量與安全使用， 這與集料的現(xiàn)狀有一定的關(guān)系。我國(guó)除少數(shù)大工地與大城市外， 均以分散無計(jì)劃開采為主。
優(yōu)良天然集料來源日蹙，資源浪費(fèi)，環(huán)境破壞。因此必須重視集料的計(jì)劃生產(chǎn)加強(qiáng)質(zhì)量控制與供應(yīng)工作。否則要普遍提高混凝土工程質(zhì)量與水平是不可能的。我國(guó)堿活性集料分布范圍較大， 水泥含堿量也高， 必須檢驗(yàn)集料堿活性， 及早預(yù)防堿集料反應(yīng)的破壞， 對(duì)于輕集料、人工集料， 再生集料以及海砂利用也應(yīng)重視。
3) 外加劑。半個(gè)世紀(jì)以來，外加劑用得愈來愈普遍，我國(guó)在解放初即創(chuàng)造引氣劑與減水劑。到如今已發(fā)展到20 類幾百個(gè)品種的外加劑。主要有減水劑系列、泵送劑、速凝劑、早強(qiáng)劑、緩凝劑、防凍劑、膨脹劑、防水劑、阻銹劑、引氣劑、消泡劑、著色劑等等。
在混凝土應(yīng)用中，減水劑尤為重要， 減水劑又分為普通型和高效型， 高效減水劑具有以下特性：
1) 減水率高，可減水18 %～ 20 %。
2) 減少坍落度損失。
3) 在保持強(qiáng)度恒定值時(shí)，則能節(jié)約水泥10 %以上。
4) 不含氯離子，對(duì)鋼筋無銹蝕作用。
外加劑在混凝土應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)對(duì)混凝土的要求， 選擇合適的外加劑， 外加劑使用中應(yīng)注意摻量以及與水泥的匹配問題，必須先行試驗(yàn)。
外加劑復(fù)合使用常取得良好效果，不僅二種以上外加劑復(fù)合， 還有外加劑與活性細(xì)摻料的復(fù)合， 以及細(xì)摻料之間的復(fù)合， 都將為提高混凝土性能， 取得多方面效益開闊新途徑。
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