CPD 2012模块1:混凝土创新

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简介

自罗马时代起，混凝土就是一种重要的建筑材料。它的吸引力之所以经久不衰，有很多原因，尤其是它的抗压强度和对天气和火灾的抵御能力。近年来，人们的注意力也转向了它的高热质量，当外部温度发生变化时，它可以代替机械加热和通风来平衡室内温度。这使得混凝土成为创造低碳建筑环境的重要材料。

最近的创新进一步提高了混凝土的可持续性——例如，通过减少结构所需的材料数量，或水泥生产中所包含的能源。与此同时，其他创新提高了混凝土的性能和美观，并有助于使施工过程更快、更便宜。这个持续专业发展模块将考虑这些最近的发展。

视觉混凝土

由David Chipperfield设计的Hepworth Wakefield艺术画廊(如图)等引人注目的开发项目，展示了近年来在混凝土美学应用方面所取得的进步。暴露骨料越来越受欢迎，现代混凝土现在有各种各样的纹理和效果。它们也可以着色，这样成品就不会褪色或磨损。装饰混凝土饰面比传统的硬质景观饰面更具成本效益。树脂结合溶液与暴露骨料的相对价格就是一个例子。外露骨料混凝土也更耐用。

另一个导致混凝土更有创造性使用的发展是自密实混凝土(SCC)的出现——就像Hepworth画廊使用的那样。SCC是一种流体混凝土，可以复制复杂模板的形状，并通过拥挤的钢筋流动，完全压缩而不需要机械振动压实。这使得更复杂的设计和更高质量的饰面成为可能，同时减少了传统混凝土可能会留下缺陷和“爆破孔”的补救工作。SCC的好处不仅仅在于它的美学品质:

• 它的流体性质意味着它可以在拥挤的钢筋周围自由流动
• 通过消除对压实设备的需求，减少了放置时间，并且可以更大程度地重复使用模板，因为对饰面的损坏更少
• 消除振动白指的风险，减少噪音污染
• 完全压实的混凝土导致更好的结构完整性。

绝缘混凝土模板

混凝土技术的另一项重大创新是绝缘混凝土模板(ICF)，这是一种使用膨胀(或挤压)聚苯乙烯模板来创建原位混凝土结构的建筑系统。ICF生产坚固的砖石墙，不需要空腔，模板永久留在原地作为保温。

ICF安装使用面板或块系统。面板系统由一系列轨道和交叉纽带组成，它们围绕聚苯乙烯绝缘板组合在一起，形成模板的空心核心。然后通过泵或箕斗使用减量喷嘴将混凝土放入模板中。底板系统常用于地下室施工。砌块系统由开放式中空聚苯乙烯砌块组成，这些砌块紧密地贴合在一起，形成一个百叶窗系统。混凝土被浇入空心空间，形成连续的墙体，支撑来自地板和屋顶的结构荷载。ICF的优点包括:

• 速度每倒一层，在周边分层工作。可以将地板和墙壁与某些系统一起铸造。一栋三居室平房的墙壁，包括混凝土浇筑，一天就能完工
• 膨胀聚苯乙烯隔热材料和现用混凝土的结合，产生了一个坚固的建筑，其u值低于0.20 W/m2K，远远低于现行建筑法规L部分的要求
• ICF可与各种外部饰面一起使用。传统的砖外观可以通过在载体衬底上使用砖片或直接粘结到模板上来创建。整块砖也可以用带腔或不带腔。

无缝混凝土

无缝混凝土具有可控收缩，这意味着锯切可以放置到20m x 20m的距离。在温度20℃、相对湿度60%的条件下，56天的收缩值为250 ~ 350微米/米(m/m)。它在工业、零售和商业应用中提供了钢网和钢纤维地板的替代方案，并通过传统方法铺设-表面振动是强制性的，可以使用激光平整或振动光束。

典型的无接缝混凝土一天后的抗压强度为20N/mm2;7天后50N/mm2;28天后达到70N/mm2。28天后抗弯强度为6N。与传统地板相比，这提供了许多优势:

• 更薄的部分为设计师提供了更大的灵活性，更容易安装。对于典型的无接缝混凝土，承重板的最低厚度需要150mm;加铺板的最小厚度为100mm
• 无缝混凝土不需要在承重板上添加任何钢材，这降低了成本，并消除了腐蚀的可能性——承重板和悬空板内的结构钢无法移除
• 荷载可以在14天内施加，这可能会减少施工计划
• 它产生了高度耐用的表面，从而降低了维护成本
• 所需材料数量的减少也有明显的环境效益。普华永道(PriceWaterhouseCoopers)的一份报告《可持续商业解决方案》(Sustainable Business Solutions)发现，一块典型的无缝楼板比传统的钢网或钢纤维混凝土少排放20%的二氧化碳。

可持续性:低碳水泥

水泥是混凝土的基本粘合剂，但传统上，水泥的生产是能源密集型的。越来越多的减碳水泥是使用其他行业的副产品来生产的，这些副产品不能用于其他地方，从而减少了其隐含的能量。这些成分与传统的波特兰水泥或波特兰水泥熟料混合。减碳水泥主要有三种类型:

• 粉煤灰也称为燃料灰或燃料灰粉(PFA)。它是煤在高温高压下燃烧时产生的细灰。硅酸盐粉煤灰水泥由BS EN 197-1规定，分为两种类型，分别含有6-20%和21-35%的硅质粉煤灰。在水泥产品中，每使用一吨粉煤灰，平均可减少900公斤二氧化碳排放。粉煤灰作为水泥增强剂的优点包括提高强度和耐久性，改善可泵送性和减少收缩
• 石灰石是一种在世界各地都很容易获得的原材料。与波特兰水泥熟料混合后，其性能与传统波特兰水泥相似，但颜色较浅。与波特兰粉煤灰水泥一样，BS EN 197-1将波特兰-石灰石水泥分为两种类型，分别含有6-20%和21-35%的石灰石细粉
• 高炉粉粒矿渣(GGBS)是生产铁的副产品。铁矿石、焦炭和石灰石被送入熔炉，铁矿石被转化为下沉到底部的熔融铁。剩余的材料形成浮在顶部的矿渣。矿渣在水中迅速淬灭，产生玻璃状颗粒。然后将其干燥并研磨到与波特兰水泥类似的细度。然后将磨碎的矿渣与硅酸盐水泥或磨碎的熟料和石膏混合，制成最终的水泥。BS EN 197-1规定了三种矿渣BS，矿渣含量分别为36-65%、66-80%和81-95%。用一吨GGBS代替一吨传统水泥可以减少约90%的二氧化碳排放。GGBS的好处包括提高工作性能和更浅的颜色。