混凝土及混凝土結(jié)構(gòu)探討

趙潤潮

(華北油田華翔工程項(xiàng)目管理公司，河北任丘 062552)

1 混凝土歷史

2500年前，在羅馬采用石灰、火山灰做混凝土，建造了跨度43．43 m的萬神殿圓屋頂工程。1842年，英國一瓦匠約瑟夫·阿斯普丁發(fā)表了《改進(jìn)人造石塊的生產(chǎn)方法》，并取得了發(fā)明水泥專利，成為現(xiàn)代混凝土之首創(chuàng)。1847年，法國人蘭波特用鋼絲骨架制造混凝土小船等，成為世界最早的鋼筋混凝土。1928年，法國人采用了高強(qiáng)鋼絲，并發(fā)明了預(yù)應(yīng)力錨具，奠定了預(yù)應(yīng)力混凝土之基礎(chǔ)。目前，全世界混凝土用量年過百億噸，中國占有近一半的量。

2 混凝土發(fā)展方向

混凝土發(fā)展方向是流態(tài)化(自密實(shí))、高強(qiáng)化、復(fù)合化(外加劑)、高性能(可泵性、耐久性、環(huán)保性等)。

現(xiàn)在，發(fā)達(dá)國家大量采用自密實(shí)混凝土，如日本自密實(shí)混凝土用量已達(dá)到了50%左右。國內(nèi)外已廣泛采用混凝土泵送技術(shù)，2007年，上海環(huán)球金融中心混凝土泵送高度達(dá)到492 m;2011年，深圳采用超高壓泵送混凝土技術(shù)，一級(jí)泵送高度達(dá)到417 m;2008年，阿聯(lián)酋迪拜大廈混凝土泵送高度達(dá)到611 m。高強(qiáng)混凝土在超高層建筑中亦被廣泛采用，我國深圳等地已采用C120高強(qiáng)混凝土，而設(shè)計(jì)規(guī)范中混凝土最高強(qiáng)度等級(jí)為C80。

泵送混凝土一般均摻用泵送劑。混凝土泵送劑多采用由減水劑、緩凝劑、引氣劑等復(fù)合而成的泵送劑。混凝土減水劑一般減水率為5%～45%;混凝土緩凝劑一般緩凝時(shí)間為2 h～20 h左右。

3 混凝土與水

混凝土制備及施工不能沒有水，但水多害多。一般混凝土水化熱所需水量為水灰比0．22即可。混凝土拌合物用水量達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后，隨水量的增加，混凝土強(qiáng)度會(huì)有所降低。提高混凝土的坍落度不能單靠加大水灰比，而要采用綜合措施。上海某建設(shè)總公司在太原某工程中配置C60高強(qiáng)度自密實(shí)混凝土中，采用的水膠比為0．28，而坍落度達(dá)到235 mm，擴(kuò)展度達(dá)到620 mm，混凝土試配強(qiáng)度達(dá)到C68．8。制備混凝土應(yīng)嚴(yán)格控制用水量。混凝土在施工和運(yùn)輸過程中嚴(yán)禁加水。

4 混凝土與引氣劑

高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)施工，基本上都采用泵送混凝土施工法。泵送混凝土一般摻有引氣劑或引氣型外加劑，以提高混凝土的可泵性。適當(dāng)?shù)囊龤饬浚瑢?duì)提高混凝土的質(zhì)量也有很大的好處。但是，必須控制混凝土中的含氣量，一般在4．5%～5．5%，隨粗骨料粒徑加大而減少。含氣量過高，氣孔過大，混凝土強(qiáng)度會(huì)受到影響，當(dāng)含氣量增加10%，混凝土強(qiáng)度會(huì)降低6%。為了防止大的氣泡積存在混凝土中，施工中應(yīng)進(jìn)行二次復(fù)振。

5 混凝土與澆筑傾落高度

混凝土澆筑傾落高度較高，易造成離析，影響混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。混凝土粗骨料粒徑大于25 mm時(shí)，傾落高度不應(yīng)大于3 m;混凝土粗骨料粒徑不大于25 mm時(shí)，傾落高度不應(yīng)超過6 m，否則應(yīng)加設(shè)串筒、溜管、溜槽等裝置。

6 混凝土與鋼筋保護(hù)層

鋼筋的混凝土保護(hù)層是混凝土對(duì)鋼筋形成握裹保證受力傳遞和對(duì)鋼筋形成保護(hù)，防止鋼筋銹蝕，保證結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵所在。

鋼筋的最小保護(hù)層厚度必須滿足設(shè)計(jì)或規(guī)范要求。鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)與結(jié)構(gòu)耐久年限比值的平方根成正比，如耐久年限提高到2倍或3倍，保護(hù)層厚度應(yīng)提高到倍或倍。

受拉鋼筋完全依靠混凝土自身的握裹滿足錨固受力時(shí)，鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度必須大于5倍鋼筋直徑，且混凝土不得低于C20。

7 混凝土與鋼筋的銹蝕

為了防止混凝土中鋼筋生銹，應(yīng)適當(dāng)提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，提高混凝土的密實(shí)性，適當(dāng)加大鋼筋保護(hù)層厚度，提高混凝土的堿度，防止混凝土的裂縫產(chǎn)生，控制混凝土中的氯離子含量和SO2，SO3含量，防止或減緩混凝土的碳化，對(duì)鋼筋進(jìn)行必要的防銹處理等。

8 混凝土與保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間

混凝土通過保濕養(yǎng)護(hù)提高其強(qiáng)度，并降低碳化速度，減少和防止混凝土的開裂。澆水保濕養(yǎng)護(hù)7 d的混凝土其碳化速度僅為養(yǎng)護(hù)1 d混凝土的1/4。一般混凝土保濕養(yǎng)護(hù)不小于7 d，抗?jié)B混凝土、微膨脹混凝土、緩凝混凝土、后澆帶混凝土保濕養(yǎng)護(hù)應(yīng)不小于14 d，防水混凝土后澆帶保濕養(yǎng)護(hù)不應(yīng)小于28 d。

9 混凝土與結(jié)構(gòu)的耐久年限

為了確保混凝土結(jié)構(gòu)的耐久年限，現(xiàn)澆混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、抗?jié)B等級(jí)、抗凍等級(jí)、混凝土的最小水泥用量、最大水灰比、總堿含量、氯離子總含量、鋼筋的保護(hù)層厚度、混凝土的澆筑質(zhì)量、混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫寬度等應(yīng)符合設(shè)計(jì)及施工規(guī)范的要求。同時(shí)，應(yīng)按相關(guān)規(guī)范要求，在使用過程中，做好混凝土結(jié)構(gòu)的正常檢修維護(hù)工作。

10 混凝土與碳化

混凝土碳化就是混凝土中性化。混凝土碳化是空氣中的二氧化碳與混凝土中堿性物質(zhì)相互作用的一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程。混凝土碳化能使混凝土自身強(qiáng)度及抗?jié)B能力有所提高，卻使混凝土的堿度降低，致使混凝土高堿環(huán)境對(duì)鋼筋表面形成的致密氧化膜(鈍化膜)遭到破壞，引起鋼筋銹蝕;同時(shí)，混凝土碳化還會(huì)加劇混凝土收縮開裂，引起結(jié)構(gòu)破壞。碳化是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的一大危害。防止及減緩混凝土碳化的主要措施:1)采用相對(duì)碳化速度系數(shù)小的水泥及摻合料，如采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥;2)控制混凝土的最小水泥用量、最大水灰比和入泵坍落度。混凝土在施工過程中嚴(yán)禁加水，確保混凝土組織密實(shí)，孔隙率低。在一定條件下，混凝土孔隙率每增加1%，強(qiáng)度降低10%;3)控制混凝土骨料質(zhì)量，降低含泥量;粗骨料粒徑不應(yīng)過大，砂不應(yīng)過細(xì);4)提高混凝土澆筑質(zhì)量，增大混凝土的密實(shí)性，減少混凝土的質(zhì)量缺陷，防止二氧化碳對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的侵入;5)適當(dāng)晚拆模板，特別是混凝土水化過程前幾天，能有效減緩混凝土碳化;6)提高混凝土的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，減少混凝土的表面干縮和開裂，增強(qiáng)混凝土的抗碳化能力;7)嚴(yán)格控制混凝土的碳化深度。

11 混凝土與裂縫

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的一大危害，必須按規(guī)范要求控制好。應(yīng)該從以下幾方面防止混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生:1)構(gòu)件配筋宜細(xì)宜密，提高抗裂性;2)板中配置必要的防裂鋼筋或防裂網(wǎng)片;3)選用合適的混凝土膠凝材料，適當(dāng)減少水泥用量，摻加適量粉煤灰、礦粉等;4)控制混凝土骨料質(zhì)量及其含泥量;5)必要時(shí)，在混凝土中摻入適當(dāng)?shù)目沽牙w維材料等;6)減少混凝土的拌合用水量，控制水膠比和坍落度不應(yīng)過高;7)提高混凝土的澆筑質(zhì)量，提高密實(shí)性，及時(shí)排除泌水;8)加強(qiáng)混凝土的保濕養(yǎng)護(hù)，控制養(yǎng)護(hù)溫度及混凝土升溫和降溫速度;9)拆模不應(yīng)過早。

［1] 閆文輝．混凝土裂縫的防止與處理措施［J］．山西建筑，2011，37(9):110-111．