淺析高強(qiáng)度高性能混凝土的優(yōu)勢(shì)及配比

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一、高強(qiáng)度高性能混凝土概念

　　對(duì)于高強(qiáng)混凝土, 各國(guó)沒(méi)有準(zhǔn)確的定義, 同時(shí)各國(guó)的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土強(qiáng)度等級(jí)大量低于C30, 預(yù)制混凝土構(gòu)件普遍低于C40:同時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的計(jì)算公式大部分是根據(jù)較低強(qiáng)度混凝土構(gòu)件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出, 對(duì)于強(qiáng)度較高的C50 或更高等級(jí)的混凝土明顯不適用; 另外從混凝土的制作技術(shù)來(lái)看, C50 及更高等級(jí)的混凝土在施工時(shí)需要嚴(yán)格的質(zhì)量管理制度和較高的施工水平。考慮到我國(guó)目前的施工水平和質(zhì)量管理制度現(xiàn)狀, 以C50 作為劃分高強(qiáng)混凝土的指標(biāo), 強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到或超過(guò)C50 的混凝土為高強(qiáng)混凝土。高性能混凝土概念的提出至今也只有10 多年的時(shí)間, 它是伴隨著高強(qiáng)混凝土而問(wèn)世的。

　　高性能混凝土不僅滿足工業(yè)化預(yù)拌生產(chǎn)和機(jī)械化泵送施工、具有足夠的強(qiáng)度,而且是一種耐久性優(yōu)異的混凝土。與傳統(tǒng)的混凝土相比, 高性能混凝土在配合比上的特點(diǎn)是低用水量、較低的水泥用量, 并以化學(xué)外加劑與粉煤灰作為水泥、砂石之外的基本組成成分。這些使硬化混凝土內(nèi)部的孔隙少, 具有致密的微觀和細(xì)觀結(jié)構(gòu), 抗?jié)B性能優(yōu)良, 因此高性能混凝土的耐久性很好。高性能混凝土在硬化過(guò)程中體積穩(wěn)定、水化熱低、溫升小, 冷卻時(shí)的溫度收縮小, 干燥收縮也小, 所以硬化后不易產(chǎn)生宏觀和微觀裂縫。我國(guó)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范組1978 年的一項(xiàng)調(diào)查表明, 在一般環(huán)境下有40% 工業(yè)民用建筑結(jié)構(gòu)的混凝土已碳化到鋼筋表面, 而在較潮濕的環(huán)境下90% 構(gòu)件已經(jīng)銹蝕。因此在混凝土的耐久性問(wèn)題受到普遍重視的今天, 高性能混凝土無(wú)疑是解決結(jié)構(gòu)耐久性最有效和最經(jīng)濟(jì)的途徑。

　　二、高強(qiáng)混凝土有三大優(yōu)越性

　　1. 在一般情況下,混凝土強(qiáng)度等級(jí)從C30提高到C60,對(duì)受壓構(gòu)件可節(jié)省混凝土30-40%;受彎構(gòu)件可節(jié)省混凝土10-20%。

　　2. 凝土比普通混凝土成本上要高一些,但由于減少了截面,結(jié)構(gòu)自重減輕,這對(duì)自重占荷載主要部分的建筑物具有特別重要意義。再者,由于梁柱截面縮小,不但在建筑上改變了肥梁胖柱的不美觀的問(wèn)題,而且可增加使用面積。以深圳賢成大廈為例,該建筑原設(shè)計(jì)用C40級(jí)混凝土,改用C60級(jí)混凝土后,其底層面積可增大1060平方米,經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

　　3. 由于高強(qiáng)混凝土的密實(shí)性能好,抗?jié)B、抗凍性能均優(yōu)于普通混凝土。因此,國(guó)外高強(qiáng)混凝土除高層和大跨度工程外,還大量用于海洋和港口工程,它們耐海水侵蝕和海浪沖刷的能力大大優(yōu)于普通混凝土,可以提高工程使用壽命。

　　4. 高強(qiáng)混凝土變形小,從而使構(gòu)件的剛度得以提高,大大改善了建筑物的變形性能。

　　三、高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)的一般原則

　　1、高強(qiáng)混凝土的用水量低,水灰比一般小于0135;對(duì)80MPa的混凝土,水灰比小于0130;對(duì)100MPa的混凝土, 水灰比小于0126; 更高強(qiáng)度時(shí)水灰比取0122 左右。

　　2、水泥用量一般為400～450kg/m³,對(duì)80MPa的混凝土可為500kg/m³,更高強(qiáng)度時(shí)也不能超過(guò)550kg/m³。應(yīng)該通過(guò)外加礦物混合料來(lái)控制和降低水泥用量。高強(qiáng)混凝土必須采用優(yōu)質(zhì)水泥。

　　3、集料應(yīng)挑選強(qiáng)度高、吸水率低的碎石, 最大粒徑不超過(guò)15～20, 如混凝土強(qiáng)度等級(jí)不是很高可以放寬到25。盡量排除片狀和針狀石子。

　　4、砂率可為013甚至更低。但過(guò)低砂率會(huì)影響工作度,所以一般可取013～0135, 尤其是泵送時(shí)不宜取較低砂率。

　　5、當(dāng)水灰比很低時(shí), 工作度彈性彎曲變形, 預(yù)彎集中力釋放后利用鋼梁的彈性恢復(fù)變形使下緣混凝土產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。

　　四、高強(qiáng)混凝土技術(shù)需要解決的幾個(gè)問(wèn)題

　　以前高強(qiáng)混凝土一般是指強(qiáng)度等級(jí)在C45級(jí)以上的混凝土。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,高強(qiáng)混凝土是指強(qiáng)度等級(jí)在C60級(jí)以上的混凝土。高強(qiáng)混凝土技術(shù)通常包括以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù):高性能的混凝土外加劑現(xiàn)代高強(qiáng)混凝土在施工中要解決下列技術(shù)問(wèn)題:

　　1. 低水灰比,大坍落度 高強(qiáng)混凝土一般要求低水灰比,這種低水灰比的混凝土早在20世紀(jì)60年代末,我國(guó)就有過(guò)研究與應(yīng)用,但由于混凝土在低水灰比的情況下,坍落度很小,甚至沒(méi)有坍落度,其成型和搗實(shí)都很困難,無(wú)法在現(xiàn)澆混凝土施工中應(yīng)用。

　　2. 坍落度損失問(wèn)題 現(xiàn)代城市混凝土施工,一般采用預(yù)攪或商品混凝土。施工工地往往與攪拌站相距很遠(yuǎn),要把混凝土從攪拌站運(yùn)到工地需用較長(zhǎng)的時(shí)間。混凝土在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中,其坍落度隨時(shí)間的增加而減小,這對(duì)高強(qiáng)混凝土來(lái)說(shuō)無(wú)疑又增加了難度。

　　3. 混凝土可泵性問(wèn)題 泵送混凝土幾乎是高層建筑施工的唯一方法。所以高強(qiáng)和泵送幾乎是不可分割的。所以對(duì)高強(qiáng)混凝土要解決混凝土可泵送的要求。要解決這一系列技術(shù)難題,關(guān)鍵是研制一種高性能的外加劑。

　　五、具體的施工控制方法

　　1、對(duì)原材料的選擇

　　配置C60級(jí)高強(qiáng)混凝土,不需要用特殊的材料,但必須對(duì)本地區(qū)所能得到的所有原材料進(jìn)行優(yōu)選,它們除了要有比較好的性能指標(biāo)外,還必須質(zhì)量穩(wěn)定,即在施工期內(nèi)主要性能不能有太大的變化。

　　2、工時(shí)的質(zhì)量控制和管理

　　一般來(lái)說(shuō),在試驗(yàn)室配置符合要求的高強(qiáng)混凝土相對(duì)比較容易,但是要在整個(gè)施工過(guò)程中,混凝土都要穩(wěn)定在要求的質(zhì)量水平功能上就比較困難了。一些在普通情況下不太敏感的因素,在低水灰比的情況下會(huì)變得相當(dāng)敏感,而對(duì)高強(qiáng)混凝土,設(shè)計(jì)時(shí)所留的強(qiáng)度富余度又不可能太大,可供調(diào)節(jié)的余量較小,這就要求在整個(gè)施工過(guò)程中必須注意各種條件、因素的變化,并且要根據(jù)這些變化隨時(shí)調(diào)整配合比和各種工藝參數(shù)。

　　3、超細(xì)活性摻合料的應(yīng)用

　　對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)為C80或更高的混凝土需要采取一些特殊的技術(shù)措施-摻入超細(xì)活性摻合料。

　　混凝土強(qiáng)度達(dá)到一定極限后就不可能再增加了,因?yàn)榛炷翉?qiáng)度在水化時(shí)不可避免地會(huì)在其內(nèi)部形成一些細(xì)微的毛細(xì)孔。如果要使其強(qiáng)度進(jìn)一步提高,就必須采取措施把這些孔隙填滿,進(jìn)一步增加混凝土的密實(shí)性。最常用的方法是用極細(xì)(微米級(jí))的活性顆粒摻入混凝土,使它們?cè)谒疂{中的細(xì)微孔隙中水化,減少和填充混凝土中的毛細(xì)孔,達(dá)到增密和增強(qiáng)的作用。