集料(也称骨料)占混凝土体积的60%一80%。粗集料一般比较便宜而且稳定性好,普通塑性混凝土所采用的骨料悬浮型结构削弱了集料对混凝土的作用,粗集料的体积分数较低,混凝土中浆体占据较大比例,粗骨料之间呈现分散的、没有搭接或搭接嵌锁很少的空间分布,没用充分体现粗骨料重要作用。这样的混凝土在振捣过程中很容易产生离析、浮浆和泌水等问题。特别是在高强度混凝土中,骨料含量更低,大量的浆体富余容易引起混凝土工程普遍的早期开裂,甚至成为混凝土工程质量事故的隐患,同时也带来了水泥的大量浪费。
集料对混凝土的许多重要性能如强度、体积稳定性以及耐久性等都会产生影响,甚至起着决定性的作用,同时集料在混凝土的成本构成与工作性中也扮演重要角色,包括:形成强度骨架作用,体积稳定作用,降低成本作用,降低混凝土硬化过程中的水化放热。
骨料嵌锁型混凝土充分挖掘了集料在混凝土中的重要性,在硬化后混凝土承受荷载环境下,集料之间相互咬合,这种集料与集料之间的接触能够承受部分内力,相比传统的集料与砂浆之间的接触,不仅提高材料内力的承受能力,而且提高了混凝土裂缝扩展的耗能,无论对材料韧度还是变形都起到积极的改善作用。
如何提高将这种骨料嵌锁型混凝土广泛应用呢?武汉理工大学沈卫国教授提出了一种创新性的施工方式,如在混凝土现场施工中,将泵送的塑性混凝土浇筑一定量后,铺筑一定量的集料,再进行振捣,然后浇筑塑性混凝土、布料、振捣,由此往复,增加集料在混凝土中作用。而在混凝土预制构件生产中,如混凝土管桩、排水管、电线杆、混凝土管廊均可实现骨料嵌锁混凝土的材料组织结构形式。
骨料嵌锁型混凝土发展潜力巨大,顺应目前我国混凝土行业高速的发展潮流,为提高材料性能、降低成本、减少碳排放都起到较大的作用,极具推广应用价值。
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