特種混凝土技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

奚健楊 屈帥武 陳成芹

（西北民族大學(xué)土木工程學(xué)院， 甘肅 蘭州 730030）

近年來，工程建設(shè)領(lǐng)域發(fā)展迅猛，且由于我國(guó)自然環(huán)境多樣化，采用具有特殊功能的混凝土來對(duì)抗惡劣的自然環(huán)境、保證工程的施工質(zhì)量、延長(zhǎng)工程的使用壽命是工程中常見的技術(shù)手段。特種混凝土以其在某方面優(yōu)異的性能，成為一些重大工程項(xiàng)目中必不可少的材料。本文對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域的特種混凝土的工作原理與性能做了簡(jiǎn)單介紹。

1 電熱混凝土

電熱混凝土是指在通電作用下利用所摻加的導(dǎo)電相（鋼渣、石墨、碳纖維等）產(chǎn)生熱量的混凝土，由于其早期主要應(yīng)用于電工領(lǐng)域故又稱作為電工混凝土。前蘇聯(lián)是最早進(jìn)行電熱混凝土相關(guān)研究，并且掌握其制作工藝的國(guó)家。

近年來，由于冬季降雪量的增加，道路積雪、結(jié)冰屢見不鮮，從而導(dǎo)致道路結(jié)冰降低了混凝土表面的摩擦因數(shù)，極易發(fā)生交通事故。其次，在混凝土的孔隙中含有部分自由水，當(dāng)溫度的降低時(shí)會(huì)使自由水結(jié)冰體積增大，從而產(chǎn)生冰脹應(yīng)力致使混凝土開裂破壞。傳統(tǒng)的人力除雪、除冰的方法耗時(shí)耗力，而融雪劑的使用，雖能通過降低水的冰點(diǎn)來緩解道路結(jié)冰現(xiàn)象，但其主要成分為氯鹽，這些氯鹽通過車輪的反復(fù)碾壓以及混凝土中的連通空隙繼而進(jìn)入混凝土內(nèi)部腐蝕鋼筋，這會(huì)對(duì)橋梁產(chǎn)生極大的破壞，而對(duì)于道路基層來說危害亦是不小。由此可見，發(fā)展電熱混凝土使其能夠適用于嚴(yán)寒地區(qū)以及應(yīng)對(duì)暴雪等自然災(zāi)害和延長(zhǎng)工程的使用壽命是及其必要的。

電熱混凝土通過摻加導(dǎo)電相中的一種或多種使得自身的導(dǎo)電性得以改善，其電阻率降至為1Ω·m，因此電熱混凝土具有良好的發(fā)熱效果，其除雪融冰的原理是通過對(duì)電熱混凝土通電產(chǎn)生熱量傳遞給混凝土表層來提高雪層的溫度。這種通過物理升溫的方式來使混凝土具有抵抗冰脹應(yīng)力的能力且相較于融雪劑等化學(xué)方法更環(huán)保，對(duì)混凝土的損耗更小。張永健等，在應(yīng)對(duì)矮寨特大橋的融雪、防冰中采用電熱瀝青混凝土，其實(shí)驗(yàn)研究表明電熱瀝青混凝土具有良好的發(fā)熱效果[1]。

2 輕質(zhì)微孔混凝土

輕質(zhì)微孔混凝土是指采用特殊的工藝使混凝土內(nèi)部存在大量分散均勻穩(wěn)定的獨(dú)立微孔結(jié)構(gòu)，與輕集料相適應(yīng)（如橡膠顆粒、膨脹珍珠巖和陶土等），以短纖維為增強(qiáng)材料，與攪拌后的快硬水泥膠凝材料漿體，攪拌混合均勻成料漿硬化后形成微孔混凝水泥石基體[2]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)上述定義的輕質(zhì)微孔混凝土的性能研究并不多。

現(xiàn)代建材工業(yè)發(fā)展的基本原則是安全、環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)。鋼框架和普通砌塊相結(jié)合的傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)已無法滿足國(guó)家現(xiàn)代化發(fā)展的需求，因此為響應(yīng)國(guó)家的號(hào)召，研究一種集合輕集料混凝土和泡沫混凝土特點(diǎn)為一體的輕集料微孔混凝土非常必要，使其能夠成為輕密度、強(qiáng)度高、抗裂性好、保溫性及抗凍性好并且具有一定施工性能的新型混凝土材料。應(yīng)用該制品不但可墻體的維護(hù)結(jié)構(gòu)，還可成為支撐主體。最大優(yōu)點(diǎn)在于自重減輕，材料使用減少，并提高了普通混凝土所少有的熱工性能，起到節(jié)能減排，成本降低的效果[3]。

輕質(zhì)微孔混凝土的特殊性能的產(chǎn)生機(jī)理主要是微孔的存在，微孔在該混凝土中主要是獨(dú)立封閉微小氣孔，也可認(rèn)為是該混凝土中的一種缺陷，聲子容易因物質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部不連續(xù)而在此缺陷處發(fā)生散射，微小氣孔的存在限制氣體分子熱運(yùn)動(dòng)今人使其平均自由程減小，這直接使氣孔在該混凝土中充分發(fā)揮熱工性能進(jìn)而影響整體。曹萬智等人[4]利用輕質(zhì)微孔混凝土的這些特性并與保溫聚苯板結(jié)合開發(fā)出纖維增強(qiáng)微孔輕質(zhì)混凝土夾芯砌塊產(chǎn)品，并設(shè)置了生產(chǎn)線，現(xiàn)已應(yīng)用到大量的房建工程中。

3 彩色透水混凝土

彩色透水混凝土是由水泥膠結(jié)料、集料、外加劑、水、一定量彩色顏料等，按照一定的配合比計(jì)算調(diào)制而成的一種多孔輕質(zhì)的新型綠色地面鋪裝制品[5]，并能廣泛應(yīng)用于道路來裝點(diǎn)城市景觀。目前透水混凝土是城市內(nèi)澇的主要解決手段之一，是國(guó)內(nèi)外專家研究的熱點(diǎn)，而彩色透水混凝土的彩色用途也被經(jīng)常性用于斑馬線、人行道和警示線等，極大擴(kuò)展了彩色透水混泥土在未來的使用范圍。

彩色透水混凝土的工作原理主要影響因素是骨料級(jí)配和彩色顏料種類。該混凝土一般采用單粒徑的顆粒級(jí)配，集料粒徑選用的越小，集料顆粒之間接觸面積也越大，越容易形成封閉孔隙，使其強(qiáng)度得到一定提高，但這往往會(huì)使貫穿型的有效孔隙率降低，進(jìn)而使透水系數(shù)減少[6]，該混泥土的透水性能也會(huì)受到影響，因此要選擇合適集料級(jí)配是制透水混凝土的關(guān)鍵。范超群等[7]在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)無機(jī)顏料較有機(jī)顏料更適合制作彩色透水混凝土，其中無機(jī)氧化鐵類顏料的摻加能提高路面透水性、抗滑性和耐久性。并且還得出結(jié)論顏色摻量與顏色種類有關(guān)，顏色越鮮艷摻量越高。

彩色透水混凝土的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在有極強(qiáng)的水循環(huán)能力，能夠優(yōu)化城市的生態(tài)環(huán)境、凈化城市地下水以及高透水性、施工簡(jiǎn)化等，并利用彩色去鋪筑功能性路面如警戒線、斑馬線等。目前其主要被應(yīng)用用到對(duì)道路、園林以及室外工程的廣場(chǎng)。其應(yīng)用實(shí)例有廈門市翔安新城洪鐘大道、太倉(cāng)市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)景區(qū)。

4 納米材料改性混凝土

納米材料改性混凝土作為傳統(tǒng)材料與現(xiàn)代材料的碰撞結(jié)合，既提高了原始水泥基混凝土的強(qiáng)度與耐久性，又具備了納米材料一些特殊的功能。

納米二氧化硅（NS）與納米二氧化鈦（NT）因其較低的經(jīng)濟(jì)成本廣泛應(yīng)用于納米改性材料研究和工程應(yīng)用當(dāng)中。就目前而言，針對(duì)NS 的研究與工程應(yīng)用主要集中在兩個(gè)方向：一是利用內(nèi)摻NS 在水泥水化過程中的加速效應(yīng)來提高水化速度；二是水泥基表面覆蓋NS 進(jìn)行表面處理，從而增強(qiáng)混凝土的耐久性。然而納米二氧化硅的作用效果對(duì)其在基體的分散程度具有很強(qiáng)的依賴性，因此提升NS 在基體中的分散程度能夠提高NS 的有效利用率。對(duì)于NT 來說，由于其具有光催化分解廢氣與PM2.5 的作用已在很多復(fù)合材料中得到應(yīng)用，但對(duì)于水泥基混凝土來說還未找到先進(jìn)的工藝使其能夠在混凝土拌合時(shí)摻入其中并能浮于混凝土表面從而最大程度的利用其光催化效應(yīng)改善環(huán)境，故經(jīng)常將NT 與高分子材料配制成涂料，涂抹在混凝土表面，通過涂料與混凝土表面形成較強(qiáng)的摩擦力以達(dá)到增強(qiáng)涂料的耐磨性，因此NT 涂料與混凝土具有很好的協(xié)同工作能力并達(dá)到降解廢氣與細(xì)顆粒物的目的。 凝土與砌體結(jié)構(gòu)》中選取工程實(shí)例可以注意三點(diǎn)要求：第一，適當(dāng)引入民族文化特色建筑的工程實(shí)例，可以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。例如：在藏漢混合班里進(jìn)行砌體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值計(jì)算和一般構(gòu)造要求的教學(xué)時(shí)，可以適當(dāng)引入藏式民居石材砌體結(jié)構(gòu)，了解藏式建筑的一般構(gòu)造特征，對(duì)比與普通民居建筑的區(qū)別。第二：難度要適中。例如：在進(jìn)行樓蓋設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)時(shí)，優(yōu)先引入結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的框架宿舍樓、辦公樓等，這樣在進(jìn)行梁柱布置時(shí)學(xué)生可以參考教材和課堂內(nèi)容，有利于對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行加強(qiáng)。第三：以對(duì)知識(shí)的應(yīng)用訓(xùn)練為目的。所選工程實(shí)例應(yīng)該具有典型性，注重完成質(zhì)量。由于學(xué)時(shí)有限，旨在對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)用訓(xùn)練，不能直接和實(shí)際設(shè)計(jì)院成果等同。例如：在進(jìn)行樓蓋設(shè)計(jì)時(shí)，主要看學(xué)生的“布結(jié)構(gòu)、算荷載、定簡(jiǎn)圖、求內(nèi)力、配鋼筋”各部分計(jì)算是否正確完整，對(duì)于結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性及其他的輔助性要求應(yīng)該淡化，可以去建立這方面的思想，但不作為該課程中的要求。

2.4 分析學(xué)生完成作業(yè)情況，進(jìn)行綜合改進(jìn)

批閱作業(yè)是教師對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)情況的主要手段，針對(duì)教學(xué)效果作出教學(xué)措施。教師批閱學(xué)生作業(yè)需要細(xì)致、全面，不僅對(duì)各個(gè)學(xué)生在作業(yè)中表現(xiàn)出來的問題進(jìn)行糾正，同時(shí)需要多角度進(jìn)行分析比較，如：不同類型題目的正確率、不同層次學(xué)生的正確率，不同知識(shí)點(diǎn)的正確率等，針對(duì)數(shù)據(jù)制定具體的教學(xué)措施進(jìn)行糾偏處理。

3 展望

民族類混合班教學(xué)效果差異性較大的問題是當(dāng)下民族類高校高度重視的問題[3]。如何高效達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果，培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)發(fā)展、專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)的新工科人才也是多數(shù)學(xué)者關(guān)注的問題?？偟膩碚f，民族類高校的專業(yè)課教學(xué)工作普遍存在課時(shí)較少的問題，而《混凝土與砌體結(jié)構(gòu)》課程中抽象知識(shí)點(diǎn)較多，教改力度根據(jù)不同學(xué)校的培養(yǎng)需求有所不同，教改的方向還需從實(shí)際出來，在傳統(tǒng)的教法上去粗取精，適應(yīng)當(dāng)下的專業(yè)發(fā)展要求。