高強混凝土的施工管理及應用前景

邵戰國 趙吉昌， 張 裕

(1.解放軍68206部隊，甘肅 臨夏 731100; 2.后勤工程學院建筑工程系，重慶 401311)

近年來，隨著我國眾多大型水電、水利、電站、鐵道、交通和建筑等大跨度結構及高層建筑工程的興建，一般的普通混凝土已經不能滿足工程要求，而是越來越多地采用了高強度混凝土[1，2]。美國的高強混凝土應用領先其他工業發達國家，其中芝加哥市尤其突出，20世紀70年代前后興建起大量高層建筑，大部分是以高強混凝土作為結構受力材料;加拿大多倫多市56層大樓也用了高強混凝土，Sherbrooke市60 m跨的人行橋混凝土抗壓強度為350 MPa;日本在20世紀40年代制出的混凝土抗壓強度就曾達到100 MPa，但出于抗震要求，建筑規范規定的強度等級較低，一般不超過C60。其修建的20世紀跨度最大的雙層懸索——明石海峽大橋結構工程使用的就是HPC。

1 高強混凝土的組成及配制要求

所謂高強混凝土，就是強度等級不低于C50的混凝土，它是用優質骨料，標號不低525號水泥，較低的水灰比，在強烈的振動密實作用下制取出來的。高強混凝土的各項參數指標及原料配制因建筑功用不同而有所改變，但通常包括水泥、粗骨料、細骨料、增強劑、減水劑等。

在實際工程配制中，水泥的強度和品種直接影響混凝土抗裂度，水泥品種對坍落度的影響也比較明顯[3]。故宜選用525號或525號以上標號的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或特種水泥(球狀水泥、調粒水泥和活化水泥);粗骨料的品種應選擇硬質砂巖、石灰巖、玄武巖等母巖的碎石;細骨料應選用河砂或碎石砂等。

2 高強混凝土優越性

高強混凝土作為一種新的建筑材料，其土柱在增大結構強度和剛度、加快施工進度、增加下部凈空以及耐久性方面的明顯優勢，受到了廣大科研工作者和工程師們的重視[4]。

2.1 強度高

高強混凝土的早期強度發展較快，特別是加入高效減水劑后促進水化，早期強度會更高[5]，如目前我國規范上給的混凝土強度等級達到了C80，實際上可達到C100甚至更高，而活性粉末混凝土的強度等級可達C200;高強混凝土抗壓強度高，彈性模量高，能使受壓構件的承載能力大幅度增加，而在相同的荷載下則可使構件的截面減小;由于結構截面尺寸的減小，大大減輕了結構的自重，當結構自重占全部荷載的主要部分時，應用高強混凝土就有著特殊的意義。

2.2 密實度高

由于高強混凝土具有低水灰比，加之又有嚴格的材料和施工質量要求，因此，其密實度明顯較普通混凝土高，抗滲、抗凍、抗壓等耐久性指標均優于普通混凝土。故高強混凝土除適用于高層建筑工程和大跨度工程外，可建造承受沖擊和爆炸荷載的建筑物，如原子能反應堆等。同時，鑒于高強混凝土耐海水侵蝕和沖刷的能力也大大高于普通混凝土，還可用于鐵路公路橋梁(隧道)海港碼頭工程，延長使用年限，節約建造成本。

2.3 費效比高

在一般情況下，由于高強混凝土強度高，構件截面尺寸可大大縮小，從而在同等強度情況下節省材料成本。如混凝土強度等級由C30提高到C60，受壓構件可節省混凝土20%～30%[6];混凝土材料的節省也意味著結構自重的減輕，這對于自重占荷載主要部分的建筑物具有特殊重要的意義;構件截面尺寸的縮小可相應地增加使用面積，尤其對高層建筑更具有吸引力。如以深圳賢成大廈為例，該建筑使用C60混凝土各層的建筑面積計5.5萬m2，比使用C40混凝土增加使用面積1 060 m2，具有很好的經濟效益。

3 高強混凝土在施工過程中質量控制措施

由于高強混凝土強度比較高，質量要求高，在配制、施工的各個環節中質量控制不容忽視。

3.1 嚴格按照標準規范配制

因水泥用量大而產生的水化熱急劇加大，使混凝土內外溫差過高，容易產生裂縫，其次強度越高，干縮也較大，混凝土易脆易開裂。因此，在配制高強混凝土時，應嚴格遵循規范程序，也許原材料略微地差異都可能會造成強度上很多的差別。目前，國家在混凝土配制方面有了明確的規范標準，高強混凝土生產企業專業技術人員必須掌握并嚴格執行GB/T 14902預拌混凝土、GB 50010-2010混凝土結構設計規范等相關規范要求進行配制。

3.2 健全質量保證運行體系

高強混凝土主要應用于大跨度結構及高層建筑工程，它的質量在配制、施工操作時的環境和人為因素的影響下十分敏感，因此高強混凝土較普通的混凝土有嚴格的質量控制標準和保證體系。近年來，汶川、玉樹等自然災害頻發，國家投入了在基礎設施建設方面大量資金項目，同時制定和修訂了相關質量控制規范和標準。如依托中國建筑科學研究院在2011年出版的GB 50164-2011混凝土質量控制標準，系統性地從原材料質量控制、性能要求、配合比、生產控制和質量檢驗等各個方面進行了詳細說明。高強混凝土的生產企業應健全質量保證和長期運行體系。在制訂質量技術管理制度、機械設備的安全生產制度和設立質檢部門的同時，還應對關鍵崗位的技術人員進行定期培訓并實行末位淘汰制度;建筑施工單位在健全各個體系部門的情況下，還應重點考慮天氣、溫度、濕度等環境因素和人為操作因素。

3.3 拌制及運輸的質量控制

高強混凝土在拌制和運輸過程中的質量控制重點是保證水灰比和坍落度的損失值。因此，混凝土企業的攪拌機械和設備必須定期由計量單位進行標定，同時在整個攪拌過程中需有專人負責;高強混凝土在攪拌出料后進入混凝土攪拌運輸車之前，需對運輸車遺留水分進行清洗，以免影響高強混凝土的水灰比。在運輸過程中，應考慮水泥與外加劑的適應性以及原材料及天氣變化對坍落度損失值的影響，并及時對通用配合比進行調整，嚴禁向攪拌車直接加水進行調整。

3.4 現澆過程中的施工措施

由于高強混凝土密實度比較高，在現澆過程中容易出現蜂窩、麻面、孔洞、露筋等現象，這些嚴重制約著高強混凝土的期望強度。因此，在施工時應把握以下幾點:1)保證混凝土的密實性和施工的連續性，要采用高頻振搗器，盡快分層振搗密實，同時需準備必要的備用振動器;2)保持施工現場清潔，尤其要及時清洗模板模具，并在現澆時分層均勻，防止混凝土離析，砂漿分離，石子成堆。不同強度等級混凝土的施工宜優先考慮澆筑高強混凝土，然后再澆筑低等級混凝土;3)定期對高強混凝土進行養護，防止混凝土脫水收縮而產生裂縫，保證水化作用順利進行。

4 高強混凝土的發展前景

隨著科學技術的進步和發展，人們的居住、生活、工作和娛樂場所有了很大的改變，但人口的劇增，迫使人們向高層、大跨、地下、海洋方向發展。高強混凝土作為一種新的建筑材料，具有耐久性好、強度高、變形小等優點，能適應現代工程結構向大跨、重載、高聳發展和承受惡劣環境條件的需要，同時還能減小構件截面、增大使用面積、降低工程造價，因此得到了眾多學者和專家的認可，并在近年來取得了明顯的技術經濟效益。然而，高強混凝土結構的脆性也在實際工程中帶來了不良的影響，如在爆破或高烈度的地震中，不少高強混凝土房屋突然倒塌。一些學者采用在高強混凝土中摻入一種纖維來改善其缺陷的措施，提高混凝土的抗彎抗沖擊韌性，進而提高超高強混凝土結構的抗動力破壞性能[7]。其中，鋼纖維是一種代表性的改進措施，它是一種高強高彈模金屬纖維，能明顯提高混凝土的抗壓、抗劈裂、抗折強度、提高混凝土的彎曲韌性和抗沖擊性能。1963年美國學者J.P.Romualdi和G.B.Baston所提出的著名“纖維間距理論”認為，鋼纖維混凝土的開裂強度是由對拉伸應力起有效作用的鋼纖維平均間距所決定，引起了廣泛的重視，從而促進了鋼纖維混凝土的發展[8]。

總之，隨著人們逐漸重視工程質量、強調安全和環境保護的各方面的因素，作為當今世界使用量最大、使用面最廣的建筑材料之一，混凝土的發展已經向多元化方向發展。對于不同的人來講，對混凝土有著不同的性能需求和考慮因素，如對業主或用戶來說，混凝土的耐久性好，安全使用期長，可減少維修費;對社會來說，高性能混凝土降低能耗、料耗，利用工業廢渣、減少噪聲污染，對環境有利;對施工者來說，高性能混凝土操作方便，改善勞動條件，加快進度，減少模板和勞力;對于設計者來說，高性能混凝土減小斷面，減輕自身重量，增加使用空間。讓混凝土表現出良好的工作性、很高的耐久性和符合工程要求的強度，使之成為滿足重大工程需求的高性能混凝土，是未來建材科技工作者的責任，也是國家建設千年大計的保障。

[1] 陳肇文.高強混凝土及其應用[M].北京:清華大學出版社，1992.

[2] 韓曉楓.高強度混凝土強度理論的研究[A].技術創新論文集[C].2010.

[3] 馬 蓉.高強度混凝土技術與要求[J].建筑科學，2011(2):80.

[4] 孫治國，司炳君.高強箍筋高強混凝土柱抗震性能研究[J].工程力學，2010，27(5):128-136.

[5] 陳 亮.淺析高強高性能混凝土的使用和發展[J].建筑工程，2010(6):280-281.

[6] 徐 磊.淺談高強混凝土技術[J].建筑工程，2011(1):41-42.

[7] 李 悅.超高強混凝土的研究進展[J].國外建材科技，2007，28(1):15-18.

[8] 汪曉東.混凝土材料的發展與應用[J].工程設計與應用研究，2003(4):15-17.