高強(qiáng)混凝土的施工管理及應(yīng)用前景

邵戰(zhàn)國(guó) 趙吉昌， 張 裕

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

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

1 高強(qiáng)混凝土的組成及配制要求

所謂高強(qiáng)混凝土，就是強(qiáng)度等級(jí)不低于C50的混凝土，它是用優(yōu)質(zhì)骨料，標(biāo)號(hào)不低525號(hào)水泥，較低的水灰比，在強(qiáng)烈的振動(dòng)密實(shí)作用下制取出來(lái)的。高強(qiáng)混凝土的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)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(xì)骨料、增強(qiáng)劑、減水劑等。

在實(shí)際工程配制中，水泥的強(qiáng)度和品種直接影響混凝土抗裂度，水泥品種對(duì)坍落度的影響也比較明顯[3]。故宜選用525號(hào)或525號(hào)以上標(biāo)號(hào)的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或特種水泥(球狀水泥、調(diào)粒水泥和活化水泥);粗骨料的品種應(yīng)選擇硬質(zhì)砂巖、石灰?guī)r、玄武巖等母巖的碎石;細(xì)骨料應(yīng)選用河砂或碎石砂等。

2 高強(qiáng)混凝土優(yōu)越性

高強(qiáng)混凝土作為一種新的建筑材料，其土柱在增大結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度、加快施工進(jìn)度、增加下部?jī)艨找约澳途眯苑矫娴拿黠@優(yōu)勢(shì)，受到了廣大科研工作者和工程師們的重視[4]。

2.1 強(qiáng)度高

高強(qiáng)混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展較快，特別是加入高效減水劑后促進(jìn)水化，早期強(qiáng)度會(huì)更高[5]，如目前我國(guó)規(guī)范上給的混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到了C80，實(shí)際上可達(dá)到C100甚至更高，而活性粉末混凝土的強(qiáng)度等級(jí)可達(dá)C200;高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度高，彈性模量高，能使受壓構(gòu)件的承載能力大幅度增加，而在相同的荷載下則可使構(gòu)件的截面減小;由于結(jié)構(gòu)截面尺寸的減小，大大減輕了結(jié)構(gòu)的自重，當(dāng)結(jié)構(gòu)自重占全部荷載的主要部分時(shí)，應(yīng)用高強(qiáng)混凝土就有著特殊的意義。

2.2 密實(shí)度高

由于高強(qiáng)混凝土具有低水灰比，加之又有嚴(yán)格的材料和施工質(zhì)量要求，因此，其密實(shí)度明顯較普通混凝土高，抗?jié)B、抗凍、抗壓等耐久性指標(biāo)均優(yōu)于普通混凝土。故高強(qiáng)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(yīng)堆等。同時(shí)，鑒于高強(qiáng)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(zhǎng)使用年限，節(jié)約建造成本。

2.3 費(fèi)效比高

在一般情況下，由于高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度高，構(gòu)件截面尺寸可大大縮小，從而在同等強(qiáng)度情況下節(jié)省材料成本。如混凝土強(qiáng)度等級(jí)由C30提高到C60，受壓構(gòu)件可節(jié)省混凝土20%～30%[6];混凝土材料的節(jié)省也意味著結(jié)構(gòu)自重的減輕，這對(duì)于自重占荷載主要部分的建筑物具有特殊重要的意義;構(gòu)件截面尺寸的縮小可相應(yīng)地增加使用面積，尤其對(duì)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(jì)5.5萬(wàn)m2，比使用C40混凝土增加使用面積1 060 m2，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 高強(qiáng)混凝土在施工過(guò)程中質(zhì)量控制措施

由于高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度比較高，質(zhì)量要求高，在配制、施工的各個(gè)環(huán)節(jié)中質(zhì)量控制不容忽視。

3.1 嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范配制

因水泥用量大而產(chǎn)生的水化熱急劇加大，使混凝土內(nèi)外溫差過(guò)高，容易產(chǎn)生裂縫，其次強(qiáng)度越高，干縮也較大，混凝土易脆易開裂。因此，在配制高強(qiáng)混凝土?xí)r，應(yīng)嚴(yán)格遵循規(guī)范程序，也許原材料略微地差異都可能會(huì)造成強(qiáng)度上很多的差別。目前，國(guó)家在混凝土配制方面有了明確的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，高強(qiáng)混凝土生產(chǎn)企業(yè)專業(yè)技術(shù)人員必須掌握并嚴(yán)格執(zhí)行GB/T 14902預(yù)拌混凝土、GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范等相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行配制。

3.2 健全質(zhì)量保證運(yùn)行體系

高強(qiáng)混凝土主要應(yīng)用于大跨度結(jié)構(gòu)及高層建筑工程，它的質(zhì)量在配制、施工操作時(shí)的環(huán)境和人為因素的影響下十分敏感，因此高強(qiáng)混凝土較普通的混凝土有嚴(yán)格的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和保證體系。近年來(lái)，汶川、玉樹等自然災(zāi)害頻發(fā)，國(guó)家投入了在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面大量資金項(xiàng)目，同時(shí)制定和修訂了相關(guān)質(zhì)量控制規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。如依托中國(guó)建筑科學(xué)研究院在2011年出版的GB 50164-2011混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)性地從原材料質(zhì)量控制、性能要求、配合比、生產(chǎn)控制和質(zhì)量檢驗(yàn)等各個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。高強(qiáng)混凝土的生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)健全質(zhì)量保證和長(zhǎng)期運(yùn)行體系。在制訂質(zhì)量技術(shù)管理制度、機(jī)械設(shè)備的安全生產(chǎn)制度和設(shè)立質(zhì)檢部門的同時(shí)，還應(yīng)對(duì)關(guān)鍵崗位的技術(shù)人員進(jìn)行定期培訓(xùn)并實(shí)行末位淘汰制度;建筑施工單位在健全各個(gè)體系部門的情況下，還應(yīng)重點(diǎn)考慮天氣、溫度、濕度等環(huán)境因素和人為操作因素。

3.3 拌制及運(yùn)輸?shù)馁|(zhì)量控制

高強(qiáng)混凝土在拌制和運(yùn)輸過(guò)程中的質(zhì)量控制重點(diǎn)是保證水灰比和坍落度的損失值。因此，混凝土企業(yè)的攪拌機(jī)械和設(shè)備必須定期由計(jì)量單位進(jìn)行標(biāo)定，同時(shí)在整個(gè)攪拌過(guò)程中需有專人負(fù)責(zé);高強(qiáng)混凝土在攪拌出料后進(jìn)入混凝土攪拌運(yùn)輸車之前，需對(duì)運(yùn)輸車遺留水分進(jìn)行清洗，以免影響高強(qiáng)混凝土的水灰比。在運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)考慮水泥與外加劑的適應(yīng)性以及原材料及天氣變化對(duì)坍落度損失值的影響，并及時(shí)對(duì)通用配合比進(jìn)行調(diào)整，嚴(yán)禁向攪拌車直接加水進(jìn)行調(diào)整。

3.4 現(xiàn)澆過(guò)程中的施工措施

由于高強(qiáng)混凝土密實(shí)度比較高，在現(xiàn)澆過(guò)程中容易出現(xiàn)蜂窩、麻面、孔洞、露筋等現(xiàn)象，這些嚴(yán)重制約著高強(qiáng)混凝土的期望強(qiáng)度。因此，在施工時(shí)應(yīng)把握以下幾點(diǎn):1)保證混凝土的密實(shí)性和施工的連續(xù)性，要采用高頻振搗器，盡快分層振搗密實(shí)，同時(shí)需準(zhǔn)備必要的備用振動(dòng)器;2)保持施工現(xiàn)場(chǎng)清潔，尤其要及時(shí)清洗模板模具，并在現(xiàn)澆時(shí)分層均勻，防止混凝土離析，砂漿分離，石子成堆。不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的施工宜優(yōu)先考慮澆筑高強(qiáng)混凝土，然后再澆筑低等級(jí)混凝土;3)定期對(duì)高強(qiáng)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，防止混凝土脫水收縮而產(chǎn)生裂縫，保證水化作用順利進(jìn)行。

4 高強(qiáng)混凝土的發(fā)展前景

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，人們的居住、生活、工作和娛樂(lè)場(chǎng)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(fā)展。高強(qiáng)混凝土作為一種新的建筑材料，具有耐久性好、強(qiáng)度高、變形小等優(yōu)點(diǎn)，能適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向大跨、重載、高聳發(fā)展和承受惡劣環(huán)境條件的需要，同時(shí)還能減小構(gòu)件截面、增大使用面積、降低工程造價(jià)，因此得到了眾多學(xué)者和專家的認(rèn)可，并在近年來(lái)取得了明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。然而，高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的脆性也在實(shí)際工程中帶來(lái)了不良的影響，如在爆破或高烈度的地震中，不少高強(qiáng)混凝土房屋突然倒塌。一些學(xué)者采用在高強(qiáng)混凝土中摻入一種纖維來(lái)改善其缺陷的措施，提高混凝土的抗彎抗沖擊韌性，進(jìn)而提高超高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的抗動(dòng)力破壞性能[7]。其中，鋼纖維是一種代表性的改進(jìn)措施，它是一種高強(qiáng)高彈模金屬纖維，能明顯提高混凝土的抗壓、抗劈裂、抗折強(qiáng)度、提高混凝土的彎曲韌性和抗沖擊性能。1963年美國(guó)學(xué)者J.P.Romualdi和G.B.Baston所提出的著名“纖維間距理論”認(rèn)為，鋼纖維混凝土的開裂強(qiáng)度是由對(duì)拉伸應(yīng)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(jìn)了鋼纖維混凝土的發(fā)展[8]。

總之，隨著人們逐漸重視工程質(zhì)量、強(qiáng)調(diào)安全和環(huán)境保護(hù)的各方面的因素，作為當(dāng)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(fā)展已經(jīng)向多元化方向發(fā)展。對(duì)于不同的人來(lái)講，對(duì)混凝土有著不同的性能需求和考慮因素，如對(duì)業(yè)主或用戶來(lái)說(shuō)，混凝土的耐久性好，安全使用期長(zhǎng)，可減少維修費(fèi);對(duì)社會(huì)來(lái)說(shuō)，高性能混凝土降低能耗、料耗，利用工業(yè)廢渣、減少噪聲污染，對(duì)環(huán)境有利;對(duì)施工者來(lái)說(shuō)，高性能混凝土操作方便，改善勞動(dòng)條件，加快進(jìn)度，減少模板和勞力;對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，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(xiàn)出良好的工作性、很高的耐久性和符合工程要求的強(qiáng)度，使之成為滿足重大工程需求的高性能混凝土，是未來(lái)建材科技工作者的責(zé)任，也是國(guó)家建設(shè)千年大計(jì)的保障。

[1] 陳肇文.高強(qiáng)混凝土及其應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，1992.

[2] 韓曉楓.高強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度理論的研究[A].技術(shù)創(chuàng)新論文集[C].2010.

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[7] 李 悅.超高強(qiáng)混凝土的研究進(jìn)展[J].國(guó)外建材科技，2007，28(1):15-18.

[8] 汪曉東.混凝土材料的發(fā)展與應(yīng)用[J].工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究，2003(4):15-17.