淺析高強高性能混凝土的使用和發(fā)展

袁忠利 游東云

中圖分類號:TU528.31 文獻標識碼:A文章編號:1673-0992(2009)12-166-01

摘要:結(jié)合工程實例,針對高強高性能混凝土的主要技術(shù)特點,進行了一些粗淺的分析和探討,便于廣大工程技術(shù)人員更好的了解和應(yīng)用高強高性能混凝土。

關(guān)鍵詞:高強;高性能;混凝土;使用

通常我們把強度等級為C60及其以上的混凝土稱為高強混凝土。它主要是用高強度水泥、砂、石原材料外加減水劑或同時外加粉煤灰、礦粉、礦渣、硅粉等混合料,經(jīng)常規(guī)工藝生產(chǎn)而獲得高強的混凝土。高強混凝土作為一種新的建筑材料,以其抗壓強度高、抗變形能力強、密度大、孔隙率低的優(yōu)越性,在高層建筑結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁結(jié)構(gòu)以及某些特種結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。高強混凝土最大的特點是抗壓強度高,一般為普通強度混凝土的4～6倍,故可減小構(gòu)件的截面,因此最適宜用于高層建筑。試驗表明,在一定的軸壓比和合適的配箍率情況下,高強混凝土框架柱具有較好的抗震性能。而且柱截面尺寸減小,減輕自重,避免短柱,對結(jié)構(gòu)抗震也有利,而且提高了經(jīng)濟效益。高強混凝土材料為預(yù)應(yīng)力技術(shù)提供了有利條件,可采用高強度鋼材和人為控制應(yīng)力,從而大大地提高了受彎構(gòu)件的抗彎剛度和抗裂度。因此世界范圍內(nèi)越來越多地采用施加預(yù)應(yīng)力的高強混凝土結(jié)構(gòu),應(yīng)用于大跨度房屋和橋梁中。此外,利用高強混凝土密度大的特點,可用作建造承受沖擊和爆炸荷載的建(構(gòu))筑物,如原子能反應(yīng)堆基礎(chǔ)等。利用高強混凝土抗?jié)B性能強和抗腐蝕性能強的特點,建造具有高抗?jié)B和高抗腐要求的工業(yè)用水池等。

一、高強高性能混凝土組成

1.水泥

配制高強高性能混凝土選用最多的是硅酸鹽系水泥,其次也可采用普通水或礦渣水泥,強度等級的選擇一般為:C50~C80混凝土宜采用強度等級52.5號水泥,C80以上的混凝土應(yīng)選擇強度62.5號以上的水泥。1立方米混凝土中的水泥含量應(yīng)盡量控制在500Kg以內(nèi),水泥和其他摻和料的總量不應(yīng)超過580Kg/m3。

2.摻和料

(1)硅粉:一種生產(chǎn)硅鐵時產(chǎn)生的煙灰,俗稱“硅灰”,是高強高性能混凝土配制中應(yīng)用時間最早、應(yīng)用次數(shù)最多、應(yīng)用技術(shù)最成熟的一種摻和料。硅粉中含有大量活性SiO2,通常比表面積可以達到15000m2/Kg,其火山灰活性較高,可以填充水泥的空隙,從而大大提高了混凝土的密實度和強度。其摻入量一般為5~10%。

(2)磨細礦渣:磨細礦渣可以提高混凝土的早期強度和耐久性,礦渣的細度越大,其活性就越高,對混凝土強度的提高越有幫助。其摻入量一般為5%~10%。

(3)粉煤灰:配制高強高性能混凝土應(yīng)優(yōu)選使用I級灰,它的主要作用是有效降低混凝土的水灰比,以及細微粉末的填充效應(yīng)和火山灰的活性效應(yīng)相結(jié)合,以達到提高混凝土的強度、和易性的作用。其摻入量一般為15%~20%。

(4)沸石粉:天然沸石含有大量活性SiO2,磨細后作為混凝土摻合料起到火山灰活性功能,能有效改善混凝土的流動性、粘聚性、保水性,從而可以大大提高混凝土的后期強度和耐久性。其摻入量一般為5%~10%。

3.粗、細集料(碎石、砂)

高強高性能混凝土一般采用級配良好的中砂或粗砂,細度模數(shù)應(yīng)超過2.6。其含泥量不超過1.5%,當配制C80及以上的混凝土,其含泥量應(yīng)控制在1.0%以內(nèi)。石子應(yīng)選用碎石,最大骨料粒徑不得超過25毫米。對強度等級大于C80以上的混凝土,最大骨料粒徑不得超過20毫米。其中針片狀碎石不宜超過5%,含泥量不超過1.0%。

二、高強高性能混凝土主要的優(yōu)缺點

1.高強混凝土的早期強度高,但后期強度增長速度比普通混凝土要慢得多;

2.高強混凝土由于強度高,故抗?jié)B、抗凍、抗碳化、抗腐蝕等耐久性指標比普通混凝土都要高,從而可以大大的提高建筑物的使用年限。

3.由于高強混凝土強度高,因此,構(gòu)件截面尺寸可大大縮小,從而可以改變“梁柱肥大”而不美觀的問題,即可以減輕建筑物的自重,還可以增加建筑物的使用面積。

4.由于高強混凝土的密實度好,抗?jié)B、抗凍、抗壓等耐久性指標均優(yōu)于普通混凝土,因此,高強混凝土除高層建筑工程和大跨度工程外,還可以廣泛用在鐵路、公路、橋梁(隧道)、海港、碼頭工程,它耐海水侵蝕和沖刷的能力也大大高于普通混凝土,可以延長使用年限。

5.高強混凝土強度比較高,由于水泥用量大而產(chǎn)生的水化熱急劇加大,使混凝土內(nèi)外溫差過高,容易產(chǎn)生裂縫,其次強度越高,干縮也較大,混凝土易脆、易開裂。

6.高強混凝土在低水灰比的情況下,坍落度很小,有時甚至沒有坍落度,其成型和振搗特別困難,特別是C80等級以上混凝土,無法在現(xiàn)澆混凝土施工中廣泛運用。

7.絕大部分建筑工地離混凝土攪拌站距離很遠,要把混凝土從攪拌站運送到工地上需要很長時間。混凝土在運輸?shù)倪^程中,其坍落度隨時間的增加而減小,如何保證坍落度是發(fā)展和使用高強高性能混凝土的一個障礙。

8.高強度混凝土的可泵性比普通混凝土要差。

9.高強度混凝土的養(yǎng)護時間要比普通養(yǎng)護要長一些,最好7~14天。

三、工程實例:使用高強高性能混凝土的優(yōu)越性

以重慶市某大樓為例,該建筑物總高度為100米,地上30層,地下二層,框架剪力墻結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。原設(shè)計梁柱均采用C40級混凝土,后經(jīng)建設(shè)單位要求請設(shè)計單位核算并出具設(shè)計變更文件,把原來C40級混凝土變更為C60級混凝土,該工程使用C60級混凝土后,經(jīng)過認真核算其底層建筑面積增大約1000平方米,整幢大廈增加面積約3萬平方米。工程質(zhì)量方面:總體質(zhì)量較好,無出現(xiàn)滲漏、露筋、孔洞、麻面、裂縫等質(zhì)量問題,觀感質(zhì)量經(jīng)五方驗收主體一致評價為好。經(jīng)現(xiàn)場回彈檢測,混凝土強度等級符合設(shè)計要求;投資方面:工程投資方面:從原來的1600萬元降至1400萬元,發(fā)揮出了極大的投資效益和經(jīng)濟效益;工程進度方面:原計劃工期從原來的260天縮短至235天竣工,提前25天竣工,其經(jīng)濟效益相當明顯。

四、結(jié)束語

隨著我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展,大力推廣和發(fā)展高強高性能混凝土是建設(shè)工程發(fā)展的必然趨勢,對有效降低工程成本、縮短建設(shè)工程工期、提高建筑物的使用年限等有著重要的意義。

利用高強混凝土密度大、強度高的特點,可用作建造承受沖擊和爆炸荷載的建(構(gòu))筑物,如原子能反應(yīng)堆基礎(chǔ)等。利用高強混凝土抗?jié)B性能強和抗腐蝕性能強的特點,建造具有高抗?jié)B和高抗腐要求的工業(yè)用水池等。高強高性能混凝土逐步將在建筑工程、市政工程、鐵路工程、公路工程、港口、機場、大跨度及預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)、水利等工程中的應(yīng)用將越來越廣泛,隨著混凝土強度等級的不斷提高,我相信在不久的將來C60~C80的混凝土一定將會普遍得到使用,而C80以上的混凝土將在一定的范圍內(nèi)可以得到使用。

參考文獻:

[1]混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范(CECS25:90),中國計劃出版社.1991

[2]卓尚木等,銷筋混凝土結(jié)構(gòu)事故分析及加固,中國建筑工業(yè)出版社.1997

* 作者簡介:袁忠利:男,工程師,畢業(yè)于重慶大學。重慶市渝通公路工程總公司工作,多年從事高速公路工程工程施工管理工作。曾參與高速公路路面施工管理、水泥混凝土配合比設(shè)計等路面材料的研究與推廣工作。

游東云:男,工程師,畢業(yè)于重慶交通大學。重慶市渝通公路工程總公司工作,多年從事高速公路工程試驗檢測、施工工作。曾參與環(huán)氧瀝青、礦物纖維、橡膠瀝青、阻燃瀝青、水泥混凝土配合比設(shè)計等路面材料的研究與推廣工作。