高強混凝土在火電廠主廠房結構中的應用分析

馬 濤，汲 蕾，魏 博

(1.河北省電力勘測設計研究院，石家莊 050031;2.石家莊供電公司，石家莊 050051；3.河北省電力公司，石家莊 050021)

高強混凝土在當前的電廠工程建設中已經被廣泛應用，從電廠工程的建設經驗來看，混凝土強度等級從C30提高到C60，對受壓構件可節省混凝土30%～40%；受彎構件可節省混凝土10%～20%。雖然高強混凝土比普通混凝土成本上要高一些，但由于減少了截面，結構自重減輕，這對自重占荷載主要部分的建筑物具有特別重要意義，而且由于梁柱截面縮小，不但在建筑上改變了肥梁胖柱的不美觀問題，而且可增加使用面積。高強混凝土作為一種新的建筑材料，近年來在電廠高層建筑結構及某些特種建(構)筑物結構中得到廣泛應用。

1 高強混凝土的概念及特點

1.1 高強混凝土的概念

高強混凝土是用水泥、砂、石原材料外加減水劑或同時外加粉煤灰、F礦粉、礦渣、硅粉等混合料，經常規工藝生產而成。GB 50010-2010《混凝土結構設計規范》中把混凝土抗壓強度等級大于50 MPa(C50)的混凝土定義為高強混凝土[1]，美國將混凝土抗壓強度等級為C100及以上混凝土定義為高強混凝土，在日本將C80及以上混凝土定義為高強混凝土，在前蘇聯將C90及以上混凝土定義為高強混凝土，在挪威將C70及以上混凝土定義為高強混凝土。結合我國當前的混凝土材料研究和應用水平，行業內的專家一般認為抗壓強度等級C60及以上混凝土為高強混凝土。

1.2 高強混凝土的特點

1.2.1 抗壓強度高

高強混凝土最大的特點是抗壓強度高，一般為普通強度混疑土的4～6倍，故可減小構件的截面。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，對結構抗震有利，可以提高經濟效益。高強混凝土材料為預應力技術提供了有利條件，可采用高強度鋼材和人為控制應力，從而大大提高受彎構件的抗彎剛度和抗裂度[2]。

1.2.2 密實度高

應用于高強混凝土的原材料及其配比與傳統的混凝土相比，高強混凝土在原材料的配比上主要有兩點不同，即低水灰比和多組分，其目的都是為了增加混凝土的密實度，改善骨料和硬化水泥漿之間的界面性能，從而實現高強和耐久性能。混凝土的強度和收縮變化在很大程度上取決于硬化水泥漿中的孔隙，降低水灰比是使混凝土減小孔隙并達到高強的最主要途徑。要使低水灰比的混凝土拌料有良好的工作度，就必須外加高效減水劑。外加粉煤灰、硅粉等摻和料也有改善拌料工作度、降低泌水離析、改善混凝土的微結構、增加混凝土抗酸堿腐蝕和防止堿骨料反映的作用。由于高強混凝土的密實性能好，因此其抗滲、抗凍性能均優于普通混凝土。

1.2.3 彈性模量高

高強混凝土與傳統混凝土相比還具有彈性模量高的特點，混凝土彈性模量越大，其截面剛度越大，根據結構力學撓度計算原理可知，剛度越大其撓度變形越小。因此，使用C60混凝土能大大改善建筑物的變形性能。

2 高強混凝土的應用分析

隨著電力建設行業的迅猛發展，近2年高強混凝土開始被廣泛應用于我國電力行業中。高強度和高性能混凝土一直是電力建筑材料行業研究的熱點，對于C60等一般的高強混凝土不管是從設計還是施工，以及實際的電廠工程建筑經驗來看，其性能都是安全可靠的。目前，國華浙能寧海電廠二期擴建工程(2臺1 000 MW)首次在鋼筋混凝土結構主廠房設計中采用鏡面C55高強混凝土框架結構體系，國電黃金埠發電廠一期新建工程(2臺600 MW)燃煤發電機組主廠房框架采用C60高強混凝土，錦界電廠(2臺1 000 MW)主廠房設計采用C60高強混凝土結構體系。下面以錦界電廠為例進行分析。

2.1 工程概況

錦界電廠為2臺1 000 MW機組，地震基本烈度為6度，主廠房采用鋼筋混凝土框架結構，主廠房材質采用C60高強混凝土。由于電廠主廠房結構相對復雜，柱腳荷載較大，在位于抗震設防烈度小于8度的地區，水平地震力對柱的影響相對較小，柱完全以全截面受壓為主，因此采用C60高強混凝土能夠充分發揮其良好的抗壓性能。

2.2 主廠房結構采用高強混凝土與普通混凝土的對比分析

采用高強混凝土能夠減輕火電廠主廠房結構自重，降低梁柱斷面，減少鋼筋用量，最終降低造價，詳見表1。按電力系統定額，C40混凝土材料費為172.17元/m3，按C60混凝土配合比和市場價格，其材料費為193.81元/m3。

表1 不同強度等級的混凝土柱對比結果

由表1可知，采用C40、C50等級混凝土比C60等級混凝土柱斷面分別增大約40.95%和16.67%，因假定按全截面受壓考慮，配筋相應增加約40.95%和16.67%，柱每延米造價分布增加27.35%和11.04%。可見，即使考慮C60混凝土比其他等級混凝土價格高的因素，采用C60高強混凝土仍然能夠降低造價。

2.3 高強混凝土與高性能鋼筋的匹配優勢

高強、高性能鋼筋在建筑行業得到大力推廣。強度400 MPa、500 MPa級高強熱軋帶肋鋼筋逐漸作為縱向受力的主導鋼筋[1]。在主廠房結構中高強鋼筋與高強混凝土匹配應用可以降低梁柱的斷面尺寸與配筋率，充分發揮高強鋼筋的延展性，提高鋼筋與混凝土的錨固性，有利于提高結構的抗震性能。

3 施工注意事項

在火電廠主廠房結構中采用高強混凝土可大幅度縮小底層鋼筋混凝土柱子的截面尺寸，增大建筑使用面積，減少柱子的壓縮量，增加結構剛度等優勢。但高強混凝土在施工過程中還要注意以下問題[3]：

a. 為保持砂石潔凈，砂石堆放環境應干爽、清潔；

b. 細骨料在投料前不宜過干，其含水量宜采用自動檢測井，通過自動稱量裝置進行用水量修正；

c. 攪拌必須均勻，高強混凝土的攪拌要比普通強度混凝土困難，必須采用強制式攪拌機，并延長攪拌時間，約比普遍強度混凝土攪拌時間增加一倍；

d. 投料順序對強度有很大影響，需經仔細探討后確定；

e. 對高坍落度的流態混凝土也需認真振搗，時間可稍短些，對驅除拌料中的氣泡有作用；

f. 及時養護，低水灰比的混凝士表面不泌水，容易在凝結過程或澆注后不久就出現表面干縮裂縫，早期養護對高強混凝土最為緊要。

4 結束語

高強混凝土可改善結構的性能，提高混凝土的強度，是未來電廠建筑結構發展的主要研究方向，也是推動我國向節能環保和低碳發展的有效途徑。目前，C60高強混凝土由于在設計和施工方面具有明顯的技術經濟效益和優良的性能，已經在電廠主廠房結構中被廣泛采用。隨著C60混凝土在電廠各類結構中的大量采用，可有效節省投資，提高混凝土結構的耐久性，并能改善建筑物的變形性能。但在高強混凝土使用過程中也要注意，施工中必須有嚴格的質量控制和保證制度，與高強鋼筋的匹配應用才可以更好地發揮其作用，提高結構的抗震性能。

參考文獻：

[1] GB 50010-2010,混凝土結構設計規范[S]．

[2] 孫達響．高強混凝土的應用[J]．科協論壇，2010(8)：13．

[3] 王 山．高強混凝土的發展及應用[J]．山西建筑，2010，36(7)：143-145．