論高強混凝土施工控制技術的應用

周洲

身份證號碼：450302197603261010 廣西省南寧市 530021

摘要：高強混凝土首先用于30層以上高層建筑物的鋼筋混凝土結構，因為這種建筑物下部三分之一的柱子，在用普通混凝土時斷面很大。除節省材料費用外，與鋼結構相比，加快施工速度也是采用混凝土結構的重要特點。

關鍵詞：高強混凝土；自收縮；脆性

前言

改革開放以來，我國的建筑事業得到了迅速的發展。通過近些年的較為成功的大型案例來看，我國的建筑施工水平已經上升到一定的技術高度。建筑中最為重要的關鍵環節就是高強混凝土的施工，可以說高強混凝土施工技術水平的高低直接關系到建筑的成敗。隨著經濟的高速發展所產生的高層和高承載力的建筑物增多的現狀，我國部分使用率較高的建筑出現了抗震性能薄弱，相應承載力不足的情況，這嚴重影響了建筑物的安全性能和使用壽命。建筑的質量關系到人民群眾的生命財產安全，更加關系到國家經濟的長足發展。如何加強高強混凝土施工技術的改進和創新，在滿足設計需要的同時減輕結構自重，簡化工藝，降低成本，以促進工程建設的質量飛躍，是目前建筑科學重要的發展方向。

1、高強混凝土的優越性

在一般情況下，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。再者，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的問題，而且可增加使用面積。以深圳賢成大廈為例，該建筑原設計用C40級混凝土，改用C60級混凝土后，其底層面積可增大1060平方米，經濟效益十分顯著。由于高強混凝土的密實性能好，抗滲、抗凍性能均優于普通混凝土。因此，國外高強混凝土除高層和大跨度工程外，還大量用于海洋和港口工程，它們耐海水侵蝕和海浪沖刷的能力大大優于普通混凝土，可以提高工程使用壽命。高強混凝土變形小，從而使構件的剛度得以提高，大大改善了建筑物的變形性能。

2、高強混凝土配合比設計的一般原則

（1）高強混凝土的用水量低，水灰比一般小于0135；對80MPa的混凝土，水灰比小于0130；對100MPa的混凝土，水灰比小于0126；更高強度時水灰比取0122左右。

（2）水泥用量一般為400～450kgm3，對80MPa的混凝土可為500kgm3，更高強度時也不能超過550kgm3。應該通過外加礦物混合料來控制和降低水泥用量。高強混凝土必須采用優質水泥。

（3）集料應挑選強度高、吸水率低的碎石，最大粒徑不超過15～20，如混凝土強度等級不是很高可以放寬到25，盡量排除片狀和針狀石子。

（4）砂率可為013甚至更低。但過低砂率會影響工作度，所以一般可取013～0135，尤其是泵送時不宜取較低砂率。

（5）當水灰比很低時，為濺改善工作度彈性彎曲變形，預彎集中力釋放后利用鋼梁的彈性恢復變形使下緣混凝土產生預壓應力。

3、高強混凝土施工技術

3.1現代高強混凝土在施工中要解決下列技術問題：

（1）低水灰比，大坍落度

高強混凝土一般要求低水灰比，這種低水灰比的混凝土早在60年代末，我國就有過研究與應用，但由于混凝土在低水灰比的情況下，坍落度很小，甚至沒有坍落度，其成型和搗實都很困難，無法在現澆混凝土施工中應用。

（2）坍落度損失問題

現代城市混凝土施工，一般采用預攪或商品混凝土。施工工地往往與攪拌站相距很遠，要把混凝土從攪拌站運到工地需用較長的時間。混凝土在運輸的過程中，其坍落度隨時間的增加而減小，這對高強混凝土來說無疑又增加了難度。

（3）混凝土可泵性問題

泵送混凝土幾乎是高層建筑施工的唯一方法。所以高強和泵送幾乎是不可分割的。所以對高強混凝土要解決混凝土可泵送的要求。

3.2 施工工藝

3.2.1高強混凝土拌制：投料順序及攪拌工藝；嚴格控制施工配合比，原材料按重量計，要設置靈活，準確的磅砰，堅持車車過秤。定量允許偏差不應超過下列規定：水泥±2%；粗細骨料±3%；水、摻合料，高效減水劑±1%；高強混凝土攪拌時，應準確控制用水量，應仔細測定砂石中的含水量并從用水量中扣除，配料時采用自動稱量裝置和砂子含水量自動檢測儀器，自動調整攪拌用水。不得隨意加水；高效減水劑可用粉劑，也可制成溶液加入，并在實際加水時扣除溶液用水。攪拌時宜用滯水工藝最后一次加入減水劑；保證拌合均勻，制配高強混凝土要確保拌合均勻，它直接影響著混凝土的強度和質量要采用強制式攪拌機拌和，特別注意確保攪拌時間充分，不少于60秒。

3.2.2高強混凝土運輸與澆筑：快速施工。由于高強混凝土坍落度損失快，必須在盡可能短的時間內施工完畢，這就要求在施工過程中精心指揮有嚴密的施工組織，從攪拌、運輸、澆筑幾個工序之間要協調作業，各個環節要緊扣，保證一小時內完成；密實性對混凝土的強度至關重要。在施工過程中為保證混凝土的密實性，要采用高頻震搗器，根據結構斷面尺寸分層澆筑，分層震搗。澆筑混凝土卸料時，自由傾落高度不應大于2米；不同強度等級混凝土接處的施工宜先澆筑高強混凝土，然后再澆筑低等級混凝土，也可以同時澆筑。此時應特別注意，不應使低等級混凝土擴散到高混凝土的結構部位中去。

3.2.3養護：為免高強混凝土因早期失水而降低強度及由于內外溫差過大造成表面裂縫，因此要加強養護。高強混凝土澆筑完畢后，在八小時內加以覆蓋和澆水養生。澆水次數應維持混凝土結構表面濕潤狀態。澆水養護日期不得少于14晝夜。冬施時間要延長拆模時間，采取保溫措施，不得遭受凍害損失。

4、解決方法對策

（1）對原材料的選擇

配置C60級高強混凝土，不需要用特殊的材料，但必須對本地區所能得到的所有原材料進行優選，它們除了要有比較好的性能指標外，還必須質量穩定，即在施工期內主要性能不能有太大的變化。

（2）工時的質量控制和管理

一些在普通情況下不太敏感的因素，在低水灰比的情況下會變得相當敏感，而對高強混凝土，設計時所留的強度富余度又不可能太大，可供調節的余量較小，這就要求在整個施工過程中必須注意各種條件、因素的變化，并且要根據這些變化隨時調整配合比和各種工藝參數。對于高強混凝土，一般檢測技術如回彈、超聲等在強度大于50MPa后已不能采用。唯一能進行檢測的鉆心取樣法來檢驗高強混凝土也有一定的困難（主要是研究資料較少和標準不完善）。這說明加強現場施工質量控制和管理的必要性。

（3）超細活性摻合料的應用

對于強度等級為C80或更高的混凝土需要采取一些特殊的技術措施-摻入超細活性摻合料。混凝土強度達到一定極限后就不可能再增加了，因為混凝土強度在水化時不可避免地會在其內部形成一些細微的毛細孔。如果要使其強度進一步提高，就必須采取措施把這些孔隙填滿，進一步增加混凝土的密實性。最常用的方法是用極細（微米級）的活性顆粒摻入混凝土，使它們在水漿中的細微孔隙中水化，減少和填充混凝土中的毛細孔，達到增密和增強的作用。但是這些極細的顆粒需水量很大，就需要大量高效減水劑加以塑化，否則難以施工。再者，超細活性顆粒在混凝土攪拌時，到處飛揚，很難加入混凝土中，故必須對超細活性顆粒進行增密處理后才能使用。

5、高強混凝土在性能上尚存在的問題及其改善的途徑

配制高強混凝土的特點是低水膠比并摻有足夠數量的礦物細摻合料和高效減水劑，從而使混凝土具有綜合的優異的技術特性，但由此也產生了兩個值得重視的性能缺陷。

（1）自干燥引起的自收縮

近年來，國外許多學者發現高強混凝土存在早期收縮開裂的問題。其原因是由于在低水灰比或水膠比并摻入較多的具有相當活性的礦物細摻合料的混凝土中會產生自干燥從而引起混凝土的自收縮，使混凝土內部結構受到損傷而產生微裂縫。有關文獻資料表明：水膠比低于0.3的混凝土，其自收縮值可高達200～400×10-6。免振自密實混凝土由于含有較多的粉料量，當粉量達500kg/m3，其自收縮值可達100～400×10-6。而摻有大量磨細礦渣的大體積混凝土，其自收縮值也可達100×10-6。混凝土產生自干燥并非由于外部環境相對濕度的影響而引起的干燥脫水，而是由于混凝土內部結構微細孔內自由水量的不足，使混凝土內部供水不足，內部相對濕度自發地減小而引起自干燥，并導致了混凝土的收縮變形，故稱之為自收縮。

高強混凝土的配制，正因為是低水灰比或水膠比并摻有較大量的活性礦物細摻合料，因此，其早期的收縮開裂十分敏感。在混凝土內部水量較少的情況下，除水泥水化所需的水量外，在孔隙和毛細管中的水也被逐步吸收減少，在沒有剩余自由水的情況下，就形成了空的孔隙，使水泥石的內部不再存在未結合水的平衡。因此，水泥石內部的相對濕度顯著地降低。在處于難以水分蒸發而同時也是難以有水分滲濾的封閉狀態中的粘彈性固態的膠凝材料系統中，由于水泥石內部相對濕度的降低而使孔中存在一定的氣相，孔中水飽和蒸汽壓隨之而降低，毛細管中水呈現不飽和狀態。此狀況在長期處于封閉狀態的情況下，隨著水泥水化反應的進行越演越烈，其結果導致了毛細管中的液面形成變月面，使毛細管壓升高而產生毛細管應力，使水泥石受負壓作用，成為凝結硬化混凝土產生自收縮的主要因素。

混凝土的自收縮一般發生在混凝土初凝之后。當混凝土由流態轉向粘彈性固態時，尤以初凝到1d齡期時為最顯著，自收縮值隨齡期而減緩。水膠比愈小，1d齡期時的自收縮愈大。由于硬化后高強混凝土的致密性高于普通混凝土，在減少了泌水的同時，也阻礙了外部養護水對混凝土的濕養護作用。因此，以適用于普通混凝土的傳統養護措施來改善此類混凝土的自干燥、自收縮并無明顯的效果。

（2）脆性

脆性可以描述為混凝土無法防止的不穩定裂縫的擴展與增長。從混凝土承受軸向壓荷載作用下的應力——應變曲線中，峰值后下降曲線段的陡斜程度可以反映出混凝土的脆性大小。眾多的試驗已表明，混凝土的強度愈高，其應力——應變曲線過峰值后的下降段曲線愈陡斜。這意味著該混凝土的脆性愈大。因此，高強混凝土的脆性已引起廣泛的重視，混凝土脆性的增大會給工程結構特別是有抗震要求的工程結構帶來很大的危害。在高強混凝土中摻加纖維是一種有效的措施。國外已有學者提出纖維增強高性能混凝土，而且將之與纖維增強傳統混凝土和基材（未摻纖維的傳統混凝土）進行拉伸應力——應變的對比。

6、質量標準

6.1 高強混凝土的配制及施工，必須有嚴格的質量控制和質量保證制度。針對具體的工程對象，事先必須有設計、生產和施工各方共同制定的書面文件，提出質量控制和質量保證的具體細則，規定各種表記載的內容，并明確專人負責監督檢查和施行。

6.2 高強混凝土施工前，施工單位必須對原材料性能，所配制手工勞動高強砼拌合物性能及砼硬功夫化性提出試驗結果報告，等設計單位或甲方監理單位許可后，方可施工。

6.3 高強混凝土質量檢查及驗收，可參照《鋼筋混凝土工程施工及驗收規范》GBJ204-83中的有關規定。檢查內容，應包括澆筑過程的坍落度變化及凝結時間，當環境溫度與標準養護相差較大時，應同時留取在現場環境下養護的對比試件。標準養護的留取試塊宜比普通混凝土所要求的增加1-2倍，以測量早期及后期強度變化，測定抗壓極限強度的試件可用邊長為10cm立方體，對15cm邊長立方體強度的換算系數由50 Mpa到90 Mpa取0.95到0.91逐步遞減，中間取值可直線內插。

6.4 對于大體積和大尺寸的高強混凝土工程或構件，應監測水化熱造成的溫升變化，并采取相應的防裂措施。

6.5 高強混凝土強度檢驗評定標準參照《混凝土強度檢驗評定標準》GBJ107-87的有關規定。

7、結束語

對于纖維品種的選用，試驗表明，在同樣纖維體積含量的情況下，鋼纖維和碳纖維對改善高強混凝土的脆性比合成纖維更為有效。

參考文獻

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