特种混凝土
1.高性能混凝土
高性能混凝土(High Performance Concrete，简称HPC)是一种新型高技术混凝土。《高性能混凝土应用技术规程》(CECS207-2006)对高性能混凝土的定义为：采用常规材料和工艺生产，具有混凝土结构所要求的各项力学性能，具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。这种混凝土特别适用于高层建筑，桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑物。
(1)特性
1)自密实性好。高性能混凝土的用水量较低，流动性好，抗离析性高，具有较优异的填充性。因此，配合比恰当的大流动性高性能混凝土有较好的自密实性。
2)体积稳定性。高性能混凝土的体积稳定性较高，具有高弹性模量、低收缩与徐变、低温度变形。普通混凝土的弹性模量为20～25GPa，采用适宜的材料与配合比的高性能混凝土弹性模可达40～50GPa.采用高弹性模量、高强度的粗集料并降低混凝土中水泥浆体的含量，选用合理的配合比配制的高性能混凝土90天龄期的干缩值低于0.04%。
3)强度高。高性能混凝土的抗压强度已超过200MPa。28d平均强度介于100～120MPa的高性能混凝土已在工程中应用。高性能混凝土抗拉强度与抗压强度值比较高强混凝土有明显增加，高性能混凝土的早期强度发展较快，而后期强度的增长率却低于普通强度混凝土。
4)水化热低。由于高性能混凝土的水灰比较低，会较早的终止水化反应，因此，水化热相应的降低。
5)收缩量小。高性能混凝土的总收缩量与其强度成反比，强度越高总收缩量越小。但高性能混凝土的早期收缩率，随着早期强度的提高而增大。相对湿度和环境温度仍然是影响高性能混凝土收缩性能的两个主要因素。
6)徐变少。高性能混凝土的徐变变形显著低于普通混凝土，高性能混凝土与普通强度混凝土相比较，高性能混凝土的徐变总量(基本徐变与干燥徐变之和)有显著减少。
7)耐久性好。高性能混凝土除通常的抗冻性、抗渗性明显高于普通混凝土之外，高性能混凝土的Cl—渗透率明显低于普通混凝土。高性能混凝土具有较高的密实性和抗渗性，其抗化学腐蚀性能显著优于普通强度混凝土。
8)耐高温(火)差。高性能混凝土在高温作用下会产生爆裂、剥落。为克服这一性能缺陷，可在高性能混凝土中掺入有机纤维，在高温下混凝土中的纤维能熔解、挥发，形成许多连通的孔隙，使高温作用产生的蒸汽压力得以释放，从而改善高性能混凝土的耐高温性能。
高性能混凝土是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。
(2)制备高性能混凝土的技术途径
单方高性能混凝土用水量不宜大于175kg/m3。胶凝材料总量宜为450～600kg/m3，其中矿物微细粉用量不宜超过胶凝材料总量的30%。水胶比不宜大于0.38.砂率宜为37～44%。高效减水剂掺量根据坍落度要求而定。
1)选用优质的、符合要求的水泥和粗细集料。水泥应选用不低于42.5MPa的硅酸盐水泥或普硅酸盐水泥。水泥中C3A含量应不大于8%，细度控制在10%以内，碱含量小于0.8%，氯离子含量小于0.1%。
高性能混凝土应选择级配良好的石灰岩、花岗岩、辉绿岩等碎石，岩石的抗压强度与混凝土的抗压强度等级之比不低于1.5，其压碎值应小于10%，粗骨料中针片状颗粒含量应小于5%，最大粒径宜小于或等于25mm，宜采用10～25mm及5～10mm两级粗骨料配合。细骨料应选用处于级配区的中粗河砂，砂的细度模数要求为2.6～3.7。
2)选用高效减水剂。高性能混凝土中使用的外加剂必须符合GB8076《混凝土外加剂》和GB50119《混凝土外加剂应用技术规程》的规定，并对混凝土及钢筋无害。所使用的减水剂必须是高效减水剂，其减水率应不低于20%.
3)选用微细粉。选用具有一定潜在活性或者火山灰活性的矿物掺合料，如硅粉、粉煤灰、磨细矿渣粉、天然沸石粉、偏高岭土粉及复合微细粉等。所选用矿物微细粉必须对混凝土及钢筋无害并满足相关质量标准与技术规程的要求。
4)改善混凝土的施工工艺。目前效果比较显著的有以下几种：
①水泥裹砂混凝土搅拌工艺。裹砂混凝土搅拌工艺与普通搅拌工艺的主要区别是搅拌原料的投料顺序不同。普通搅拌工艺是水泥、砂、石一次配好加入搅拌机后，加上应配的水量拌和，而水泥裹砂搅拌工艺的投料方法如下：细骨材、水泥、微细粉投入加少量水(搅拌约0.5分钟)→粗骨料投入(搅拌约0.5分钟)→加入拌合水(搅拌约1分钟)→加入减水剂(搅拌约0.5分钟)→出料。
②采用超声波振动或高频振动密实，采用振动频率≥2万次/min的高频振动器，也可以取得一定的改善效果。
③对浇筑成型的新拌混凝土进行真空吸水。
④在真空吸水的同时，最好采用适当的机械振动从而促使新拌混凝土的“液化”而降低脱水阻力，有利于同相颗粒位置的调整，有利于气泡的排出。
2.高强混凝土
高强度混凝土是用普通水泥、砂石作为原料，采用常规制作工艺，主要依靠高效减水剂，或同时外加一定数量的活性矿物掺和料，使硬化后强度等级不低于C60的混凝土。
1)高强混凝土的优点
①高强混凝土可减少结构断面，降低钢筋用量，增加房屋使用面积和有效空间，减轻地基负荷。
②高强混凝土致密坚硬，其抗渗性、抗冻性、耐蚀性、抗冲击性等诸方面性能均优于普通混凝土。
③对预应力钢筋混凝土构件，高强混凝土由于刚度大、变形小，故可以施加更大的预应力和更早地施加预应力，以及减少因徐变而导致的预应力损失。
2)高强混凝土的不利条件
①高强混凝土容易受到施工各环节中环境条件的影响，所以对其施工过程的质量管理水平要求高。
②高强混凝土的延性比普通混凝土差。
(2)高强混凝土的物理力学性能
1)抗压性能。与中、低强度混凝土相比密实的多，高强混凝土的抗压性能与普通混凝土相比有相当大的差别。
2)早期与后期强度。高强混凝土的水泥用量大，早期强度发展较快，特别是加入高效减水剂促进水化，早期强度更高，早期强度高的后期增长较小，掺高效减水剂的混凝土后期强度增长幅度要低于没有掺减水剂的混凝土。
3)抗拉强度。混凝土的抗拉强度虽然随着抗压强度的提高而提高，但它们之间的比值却随着强度的增加而降低。劈拉强度为立方体的抗压强度fcu的1/15～1/18，抗折强度约为fcu的1/8～1/12，而轴拉强度约为fcu的1/20～1/24。在低强混凝土中，这些比值均要大得多。
4)收缩。高强混凝土的初期收缩大，但最终收缩量与普通混凝土大体相同，用活性矿物拌和料代替部分水泥还可进一步减小混凝土的收缩。
5)耐久性。混凝土的耐久性包括抗渗性、抗冻性、耐磨性及抗侵蚀性等。高强混凝土在这些方面的性能均明显优于普通混凝土，尤其是外加矿物掺和料的高强度混凝土，其耐久性进一步提高。
(3)对高强混凝土组成材料的要求
①应选用质量稳定的硅酸盐或普通硅酸盐水泥;
②粗骨料应采用连续级配，其最大公称粒径不应大于25.0mm;
③细骨料的细度模数2.6～3.0，含泥量不大于2.0%;
④髙强度混凝土的水泥用量不应大于550kg/m3。
3.轻骨料混凝土
轻骨料混凝土是用轻粗骨料、轻细骨料(或普通砂)和水泥配制而成的干表观密度小于1950kg/m3的混凝土。节约能源。
(1)轻骨料混凝土的分类
1)按干表观密度及用途分为：保温轻骨料混凝土，干表观密度等级≤0.8t/m3;结构保温轻骨料混凝土，干表观密度等级为0.8～1.4t/m3;结构轻骨料混凝土，干表观密度等级为1.4～2.0t/m3。
(2)轻骨料混凝土的物理力学性质。不同的轻骨料，其堆积密度相差悬殊，常按其堆积密度分为8个等级(0.3～1.2t/m3)。轻骨料本身强度较低，结构多孔，表面粗糙，具有较高吸水率，故轻骨料混凝土的性质在很大程度上受轻骨料性能的制约。
①强度等级。强度等级划分的方法同普通混凝土，按立方体抗压标准强度分为13个强度等级：CL5、CL7.5、CL10、CL15、CL20、CL25、CL30、CL35、CL40、CL45、CL50、CL55和CL60。
②表观密度。按干表观密度分为12个密度等级(0.8～2.0t/m3)。在抗压强度相同条件下，其于表观密度比普通混凝土低25%～50%。
③耐久性。因轻骨料混凝土中的水泥水化充分，毛细孔少，与同强度等级的普通混凝土相比，耐久性明显改善，如抗渗等级可达SD25、抗冻等级可达Dl50。
④轻骨料混凝土的弹性模量比普通混凝土低20%～50%，保温隔热性能较好，导热系数相当于烧结普通砖的导热系数，约0.28～0.87W/(m·K)。
4.多孔混凝土
(1)加气混凝土
加气混凝土是以硅质材料(砂、粉煤灰及含硅尾矿等)和钙质材料(石灰、水泥)为主要原料，掺加发气剂(铝粉)，通过配料、搅拌、浇注、预养、切割、蒸压、养护等工艺过程制成的轻质多孔硅酸盐制品。因其经发气后含有大量均匀而细小的气孔，故名加气混凝土。
加气混凝土按用途可分为非承重砌块、承重砌块、保温块、墙板与屋面板五种。
加气混凝土具有如下优点：
1)质轻：孔隙达70%～85%，体积密度一般为500～900kg/m3，为普通混凝土的1/5，黏土砖的1/4，空心砖的1/3，与木质差不多，能浮于水。可减轻建筑物自重，大幅度降低建筑物的综合造价。
2)保温、隔音：由于材料内部具有大量的气孔和微孔，因而有良好的保温隔热性能。导热系数为0.11～0.16W/MK，是粘土砖的1/4～1/5.通常200mm厚的加气混凝土墙的保温隔热效果，相当于490mm厚的普通实心粘土砖墙。加气混凝土的多孔结构，具有一定的吸声能力。
3)抗震、耐久：加气混凝土耐久性和抗震性能优于普通混凝土。
由于加气混凝土具有容重轻、保温性能高、吸音效果好，具有一定的强度和可加工性等优点，是我国推广应用最早，使用最广泛的轻质墙体材料之一。
(2)泡沫混凝土
凡在配制好的含有胶凝物质的料浆中加入泡沫而形成多孔的坯体，并经养护形成的多孔混凝土，称为泡沫混凝土。泡沫的形成可以通过化学发泡剂发泡，压缩空气弥散及天然沸石粉吸附空气(载气)等方法来完成。其中压缩空气弥散形成气泡制得的泡沫混凝土可称为充气型泡沫混凝土，天然沸石吸附空气形成气泡制得的混凝土可称为载气型泡沫混凝土。松香皂发泡剂是目前最常用的发泡剂。
目前，我国泡沫混凝土生产采用平模或立模浇筑、带模进行蒸压养护的生产方式。这种生产工艺，浇筑高度较低，生产效率不高，工艺比较落后，一直制约泡沫混凝土的推广应用。泡沫混凝土的生产工艺，除了发泡和搅拌与加气混凝土不同外，其他工序和加气混凝土大体相同。泡沫混凝土的应用范围及有关注意事项与加气混凝土基本相同，但由于其强度低，所以只能作为围护材料和隔热保温材料。
(3)大孔混凝土
大孔混凝土指无细骨料的混凝土，按其粗骨料的种类，可分为普通无砂大孔混凝土和轻骨料大孔混凝土两类。普通大孔混凝土是用碎石、卵石、重矿渣等配制而成。轻骨料大孔混凝土则是用陶粒、浮石、碎砖、煤渣等配制而成。有时为了提高大孔混凝土的强度，也可掺入少量细骨料，这种混凝土称为少砂混凝土。大孔混凝土中大孔的形成是因为配制混凝土时不加细集料(或细集料)，如果对水泥浆体量加以控制，水泥浆体只作为粗集料之间的胶结料而没有多余的料浆对粗集料之间的孔隙进行填充，粗集料之间的孔隙就成为混凝土的大孔。大孔混凝土的孔隙率和孔尺寸与粗集料的粒径与级配有关。级配越均匀，即级配越少，孔越多，孔隙率也就越高。孔径尺寸从理论上说应接近粗集料的粒径。
大孔混凝土的表观密度取决于所选用的集料表观密度、粒径和级配。一般情况下普通大孔混凝土的表观密度在1500～1900kg/m3之间，轻骨料大孔混凝土的表现密度在500～1500kg/m3之间。大孔混凝土的抗压强度一般可达3.5～5.0MPa，适当增加水泥用量，可以达到7.5～10MPa。大孔混凝土的导热系数小，热导率一般在0.2～1.0W/(m.K)之间。大孔混凝土的收缩较小，一般为0.2～0.3mm/m，在某些情况下仅为普通混凝土的一半，抗冻性优良。
大孔混凝土适用于制做墙体小型空心砌块、砖和各种板材，也可用于现浇墙体。普通大孔混凝土还可制成滤水管、滤水板等，广泛用于市政工程。
5.防水混凝土
实现混凝土自防水的技术途径有以下几个方面：
(1)提高混凝土的密实度
①调整混凝土的配合比提高密实度。减少水灰比;提高水泥用量、砂率、灰砂比。
②掺入化学外加剂提高密实度，在混凝土中掺入适量减水剂、三乙醇胺早强剂或氯化铁防水剂均可提高密实度，增加抗渗性。
③使用膨胀水泥(或掺用膨胀剂)提高混凝土密实度，提高抗渗性。
(2)改善混凝土内部孔隙结构。在混凝土中掺入适量引气剂或引气减水剂，可以形成大量封闭微小气泡，这些气泡相互独立，既不渗水，又使水路变得曲折、细小、分散，可显著提高混凝土的抗渗性。
防水混凝土施工技术要求较高，施工中应尽量少留或不留施工缝，必须留施工缝时需设止水带;模板不得漏浆;原材料质量应严加控制;加强搅拌、振捣和养护工序等。
6.碾压混凝土
碾压混凝土是由级配良好的骨料、较低的水泥用量和用水量、较多的混合材料制成的超干硬性混凝土拌和物，经振动碾压等工艺达到高密度、高强度的混凝土，是道路工程、机场工程和水利工程中性能好、成本低的新型混凝土材料。
(1)对碾压混凝土组成材料的要求
①骨料。最大粒径以20mm为宜，当碾压混凝土分两层摊铺时，其下层集料最大粒径采用40mm。
②混合材料。碾压混凝土施工操作时间长，碾压成形后还可能承受上层或附近振动的扰动，为此常加入缓凝剂。为使混凝土在水泥浆用量较少的情况下取得较好的和易性，可加入适量的减水剂;为改善混凝土的抗渗性和抗冻性可加入适量的引气剂。
③水泥。当混合材料掺量较高时宜选用普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，以便混凝土尽早获得强度;当不用混合材料或用量很少时，宜选用矿渣水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥，使混凝土取得良好的耐久性。
(2)碾压混凝土的特点
①内部结构密实、强度高。
②干缩性小、耐久性好。
③节约水泥、水化热低。特别适用于大体积混凝土工程。
7.纤维混凝土
纤维混凝土是以混凝土为基体，外掺各种纤维材料而成，掺入纤维的目的是提高混凝土的抗拉强度与降低其脆性。纤维的品种有高弹性模量纤维(如钢纤维、碳纤维、玻璃纤维等)和低弹性模量纤维(如尼龙纤维、聚丙烯纤维)两类。纤维混凝土目前已逐渐地应用在高层建筑楼面，高速公路路面，荷载较大的仓库地面、停车场、贮水池等处。
大量材料性能和工程结构试验证明，纤维混凝土对增强混凝土早期抗拉强度，防止早期由沉陷、水化热、干缩而产生的内蕴微裂纹，减少表现裂缝和开裂宽度，增强混凝土的防渗性能、抗磨损抗冲击性能及增强结构整体性有显著作用。纤维混凝土的作用如下：
(1)很好地控制混凝土的非结构性裂缝。
(2)对混凝土具有微观补强的作用。
(3)利用纤维束减少塑性裂缝和混凝土的渗透性。
(4)增强混凝土的抗磨损能力。
(5)静载试验表明纤维混凝土可替代焊接钢丝网。
(6)增加混凝土的抗破损能力。
(7)增加混凝土的抗冲击能力。
8.聚合物混凝土
聚合物混凝土是由有机聚合物、无机胶凝材料、集料有效结合而形成的一种新型混凝土材料的总称。它是混凝土与聚合物的复合材料，克服了普通混凝土抗拉强度低、脆性大、易开裂、耐化学腐蚀性差等缺点，扩大了混凝土的使用范围，是国内大力研究和发展的新型混凝土。聚合物混凝土主要分为：聚合物浸渍混凝土、聚合物水泥混凝土和聚合物胶结混凝土(树脂混凝土)三类。
聚合物浸渍混凝土可作为高效能结构材料应用于特种工程，例如腐蚀介质中的管、桩、柱、地面砖、海洋构筑物和路面、桥面板，以及水利工程中对抗冲、耐磨、抗冻要求高的部位。也可应用于现场修补构筑物的表面和缺陷，以提高其使用性能。
聚合物水泥混凝土可应用于现场灌筑构筑物、路面及桥面修补，混凝土储罐的耐蚀面层，新老混凝土的粘结以及其他特殊用途的预制品。
聚合物胶结混凝土(树脂混凝土)可在工厂预制。与水泥混凝土相比，具有快硬、高强和显著改善抗渗、耐蚀、耐磨、抗冻融以及粘结等性能，可现场应用于混凝土工程快速修补、地下管线工程快速修建、隧道衬里等。
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