0引言作为传统硅酸盐材料之一，水泥混凝土诞生至今已有年历史。从年英国工程师JosephAspdin获得硅酸盐水泥的授权专利起，硅酸盐水泥制备的混凝土由于具有优于普通钢材与木材的耐久性能、不同结构尺寸与形状的施工便捷性、原材料易于获得且成本低廉等突出优点，已成为土木工程大量使用的主体建筑材料。尽管如此，考虑到混凝土作为一种脆性大、抗拉强度低的材料，如何提升抗裂性能是混凝土实现大规模应用的关键难题。针对上述问题，法国人JosephLouisLambot申请了使用钢筋提高混凝土构件抗拉强度的发明专利，随后年瑞士Wiggen市则修建了第一座钢筋混凝土桥梁，年法国工程师EugèneFreyssinet申请了控制钢筋混凝土开裂的预应力混凝土专利。上述钢筋和预应力的使用均改善了混凝土构件的性能，但并没有提升混凝土材料自身的性能，于是引入纤维材料提升基体抗拉强度与断裂能，将混凝土的研究与应用推向了一个新高度。其中，年诞生了石棉纤维混凝土的第一项专利申请，年左右引入钢纤维，年耐碱玻璃纤维被开发并用于消除石棉的有害特性，而聚合物纤维则在玻璃纤维出现之后产生。伴随上述纤维材料在混凝土中应用，减水剂的发明降低了混凝土用水量且同时增大了混凝土工作性，被公认为是继钢筋和预应力混凝土技术之后混凝土领域的第三次技术飞跃。混凝土基体微结构调控与性能提升是未来混凝土技术第四次飞跃的主要驱动力。与硅酸盐材料的研究方法相同，调控材料组成与优化微观结构是实现混凝土性能提升的关键思路。混凝土中硬化水泥浆体的水化过程、水化产物胶凝特性以及微结构形成与演变，直接决定其宏观性能，例如工作性能、力学性能、裂缝控制与耐久性。通过掺加外加剂、矿物掺合料等功能性组分，优化养护制度可以调控混凝土水化产物组成、结构和形貌，抑制各尺度孔、界面过渡区和微细裂缝产生，从而实现混凝土工作性能、力学性能、裂缝控制与耐久性的提升。接下来，本文将从近年来混凝土技术发展现状与趋势两个方面入手，重点围绕混凝土上述四个方面性能进行介绍。1混凝土技术发展现状1.1工作性调控技术工作性好坏直接影响混凝土内部微结构形成。分析混凝土开裂与耐久性差的主要原因是，微结构形成过程中产生明显的缺陷。明显缺陷处引起的应力应变集中，很容易诱导混凝土有害裂缝形成。由此可见，混凝土的微结构均匀性很重要。工作性优异的混凝土，其均匀性良好。现阶段混凝土工作性调控要求主要体现为强分散、高保坍、低粘度与高适应性，具体表现在混凝土拌合物包裹性好、不分层、不离析、不泌水。经过数十年发展，基于有机聚合物的化学外加剂发展较为成熟，已成为混凝土实现强分散的关键技术。梳型结构的聚羧酸超塑化剂大幅取代传统缩聚型(脂肪族、萘系、三聚氰胺类等)高效减水剂，成为混凝土工作性调控的核心材料。其聚合物主链富含带电官能团，可通过静电作用或Ca2+络合吸附于胶凝材料界面，附着的水溶性长侧链阻止颗粒相互靠近，削弱相互吸引的范德华相互作用，释放絮凝结构中的自由水，增强水泥基材料流动性。目前对于此种材料的构效关系(官能团种类、比例、链长度、拓扑结构)及其作用机制研究较为全面，得到了全面发展，采用长侧链、强络合基团促进在水泥界面的吸附可以进一步提高聚合物分散能力，有效降低混凝土水胶比，超高性能混凝土(UHPC)的水胶比甚至可降低至0.18乃至0.15，混凝土强度可提高至MPa以上。由于胶凝材料水化消耗自由水，导致混凝土流动性随着时间延长不断损失。此外，在水化历程中聚羧酸减水剂与早期水化产物(C3A，钙矾石)相互作用被不断消耗，导致混凝土的分散能力逐步降低，保坍性能降低。基于上述分析，控制吸附基团比例、降低其吸附速率，或者聚合物主链引入具有碱响应特性的酯型小分子，逐步吸附于胶凝材料界面，补充水化历程中界面减水剂分子的消耗，可以有效解决水泥基材料流动性损失的问题。调节聚羧酸减水剂分子缓释官能团的释放速度与比例，可有效调节吸附过程，实现混凝土流动性长时间保持。目前上述技术已在实际工程应用，可以保障混凝土在常温施工条件下的流动性保持3～5h基本无变化，在35℃高温条件下流动性保持不少于2h(图1)。C60以上高强混凝土配合比具有水胶比低与矿物掺合料用量较大的特征，导致新拌混凝土粘度大、泵送阻力高，通过设计聚羧酸减水剂聚合物结构可有效改善混凝土工作性。通过原位引发制备超支化聚合物、基于马来酸酐-环氧丙烷嵌段聚醚聚合等制备的梳型聚合物减水剂均具有良好的改善新拌高强混凝土粘度的特性。此外，向聚合物中引入具有强吸附特性的磷酸官能团，同样可以降低水泥基材料粘度。上述方案协同混凝土配合比设计等技术，提升高强混凝土泵送性能，已在超高层建筑施工中得到广泛应用（如图2）.近年来，由于砂石材料、矿物掺合料中可溶性硫酸盐、具有层状结构的黏土颗粒会使得减水剂有效吸附被大幅削弱或大量消耗减水剂，从而使得水泥基材料流动性降低。因此，发展具有高原材料适应性的聚合物超塑化剂及其应用技术也受到广泛

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkzp/7051.html