国内外对粗骨料嵌锁型混凝土力学性能的研究现状

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	国内外对粗骨料嵌锁型混凝土力学性能的研究现状

发布时间：2014.11.11 新闻来源： 浏览次数：

混凝土是由粗骨料、砂浆和处于两者之间的界面过渡区所组成的多相人造材料，粗骨料作为混凝土的强度骨架，通常是混凝土中强度最高、体积稳定性最好且耐久性最好的结构单元[27-28]。Mohammed Seddik Meddah[29]等人研究得出粗骨料含量对普通混凝土和高强混凝土抗压强度均有很大影响：普通混凝土抗压强度随着粗骨料含量增加而增大；而对于高强混凝土，粗骨料含量达到某一最佳值时其抗压强度才达到最大值。而且，Stock[30]等人研究表明，粗骨料体积含量为20%时，混凝土的抗压和抗拉强度均低于水泥砂浆强度，当该含量达到40%时，混凝土抗压强度与抗拉强度达到最低值，之后随着粗骨料体积含量的增加混凝土抗压强度随之越来越高，而直至该值达到60%时混凝土抗拉强度开始有明显提高。增加粗骨料含量除了能提高混凝土强度以外，还能改善混凝土的其他性能。Counto U J，Hirsch T J 及Tasdemir M A[31-33]等人通过试验得出随着粗骨料含量的增加，混凝土的弹性模量、有效应力强度因子（Effective Stress Intensity Factor，ESIF）、断裂能（FractureEnergy）以及劈拉强度都随之提高。同时，粗骨料骨架的增强作用以及胶凝材料用量的相对降低使得混凝土收缩变形减小，有效改善混凝土的早期开裂问题，从而提高了混凝土的耐久性。此外，粗骨料是混凝土中除水之外最便宜的组分，增加粗骨料用量在一定条件下可以降低混凝土单位立方米成本。
    除了以上提到的四种粗骨料嵌锁型混凝土施工工艺以外，近年来，国内学者又提出一种抛填工艺，即在混凝土泵送到位、浇筑前均匀抛入不同级配的粗骨料。粗骨料自身强度比砂浆强度高很多，在一定体积含量范围内能相应提高混凝土强度。沈卫国[34-35]等人的研究试验中仅用440 kg/m3胶凝材料即可制备出抗压强度为94 MPa 的混凝土；利用360 kg/m3 水泥和120 kg/m3 粉煤灰就可制备82 MPa 的自密实抛填骨料混凝土。然而，骨料含量也不能太高，否则会使砂浆、骨料界面黏结质量降低，混凝土工作性降低，从而降低混凝土强度与耐久性能。无论是高强混凝土还是自密实混凝土都可得出结论：抛填骨料工艺能制备骨料之间相互嵌锁的混凝土，随着抛填骨料对初始混凝土的体积取代率由10%~30%的增加，混凝土的强度和弹性模量均在体积取代率为20%时达到最大，随后有所降低；混凝土的氯离子渗透系数和干缩系数随着取代率的增加而降低。研究表明[36]：抛填骨料混凝土中粗骨料能充分接触并有效嵌锁，从而使骨料能在混凝土中充分发挥强度骨架作用，骨料在这种混凝土中总体积分数达到了74%，较常规混凝土高出8%，骨料体积分数的增加不仅降低了混凝土的造价同时大幅度提高混凝土强度和弹性模量并改善混凝土的体积稳定性和抗渗性。此外，SEM 观察表明[36]：抛填骨料与水泥石的界面黏结比普通混凝土中的集料与水泥石界面黏结要紧密。因为，抛填的碎石表面干燥，可以将水分吸附到集料孔隙中，降低界面过渡区的水灰比，增加界面过渡区的密实程度，因而提高了混凝土的强度，这跟造壳混凝土的原理相似。
    迄今为止，关于抛填骨料混凝土的所有研究表明：除了路面混凝土粗骨料体积抛填率一般控制在基准混凝土的8%~10%范围内以外[37]，其他普通混凝土或高强混凝土粗骨料体积抛填率一般控制在基准混凝土的10%~20%，即为抛填骨料工艺的最佳抛填量。
    为了突出体现抛填骨料混凝土的力学性能优势，沈卫国和马威[38]等人对比了不同施工工艺制备的混凝土材料组成与技术经济指标，得出结论：抛填工艺制备的混凝土具有最高的强度，较常规工艺制备的混凝土有很明显的提高，而采用预置集料方式制备的混凝土强度较常规工艺制备的混凝土略有提高；在强度提高的前提下，抛填骨料混凝土的骨料体积分数和预置集料混凝土相似，但大于常规混凝土，而水泥用量和用水量远低于常规混凝土，密实度则介于常规混凝土和预置集料混凝土之间；早期时抛填骨料混凝土的收缩率和常规混凝土相近，后期时则和预置集料混凝土相近并远低于常规混凝土；采用抛填工艺制备的混凝土成本和环境负荷大幅度降低，其工艺和普通的混凝土工艺相似，不影响混凝土工作性，只是稍微增加了振捣时间，易于推广。此外，采用抛填工艺的高性能混凝土可节约20%~25%左右的水泥，克服了当前高强高性能混凝土普遍存在的浆体富余过多带来的成本过高和性能劣化等弊病。
    抛填骨料工艺不仅实现了混凝土的绿色高性能化，并且显著降低了混凝土的成本，减少了排放，是实现水泥混凝土低碳排放的经济有效的途径之一[39]。而且，近年来，国家大力提倡节能减排，发展绿色建筑。显然，在未来混凝土的发展道路上，包括抛填骨料混凝土在内的新工艺混凝土将会成为环保建筑时代的主流。