高強混凝土的應用和發展趨勢

杜正偉 梁韻婕 鄭義文 吳文濤

1 引言

高強混凝土最早歐美等發達國家被發明和應用，60年代得到了國外一些公司的推廣應用，經過數十年的發展，發達國家已經基本可以實現高強混凝土的普遍生產和施工應用，如道路，房建，港口，橋梁等工程建設之中。我國高強混凝土的技術發展較晚，雖然落后于發達國家，但近些年來我國的高強混凝土技術研究已經取得了一些進展，如對高強混凝土的力學性能等基本性能的研究比較充分，并且一些工程中已經用到了高強混凝土。然而對于我國的高強混凝土的研究和應用依然需要不斷進行，以實現高強混凝土的改進和創新，不斷擴大應用，同時保證高強混凝土的施工質量。

2 高強混凝土定義和特點

2.1 高強混凝土的定義

傳統混凝土是通過水泥、砂、石子經水按照一定比例拌合而成，具有良好的澆筑和使用性能。而高強混凝土是在傳統混凝土的基礎上，通過在原材料拌制時，添加高強減水劑或者其他具有活性的摻料，在進行混凝土的拌合，形成的高強混凝土通常具有很高的強度和耐久性能，比傳統混凝土的工作性能更好。

2.2 高強混凝土的結構特點

（1）強度高。高強混凝土的最顯著的特點就是其強度比普通混凝土明顯更高，而高強度意味著其承載能力更強，因而在相同的設計荷載作用下可以實現更小的截面設計，對于減輕混凝土構件的自重也具有明顯的優勢。此外在高層建筑中，由于高強混凝土的這種特點，也經常會被使用，以實現高承載力、高性能、低重量的設計要求。

（2）流動性高、早強性好。高強混凝土除了其最終的強度高以外，其早期強度相比于傳統混凝土也更高，這一特點的原因是在高強混凝土拌制時，摻入了高強減水劑，從而使得混凝土結構的內部發生了一系列物理和化學反應，從而提高了高強混凝土的早期強度。因此利用高強混凝土的早強性，可以更快的澆筑混凝土，保證施工周期縮短，降低施工成本。

（3）良好的耐久性能。高強混凝土由于其結構內部密實，通過不同的材料配比可以實現更強的抗侵蝕性能，從而大大提高混凝土的耐久性能。然而高強混凝土由于十分密實，因而通常呈現更大的脆性，所以在實際施工中，既要考慮強度和耐久性能，又要結合其脆性進行全面的設計，考慮各種因素對高強混凝土的影響，不能片面的進行分析。

3 高強混凝土的應用現狀

3.1 國外高強混凝土的應用概況

在國外，高強混凝土的應用較早，其施工技術也比較成熟。美國的高強混凝土建筑相對其他國家應用的更早，尤其是在芝加哥，與20世紀70年代，大量的高層建筑被興建起來，其中大部分的建筑結構采用了高強混凝土作為建筑的基本材料。在加拿大，高強混凝土也得到了應用，如多倫多市的一幢56層大樓應用了高強混凝土，Sherbrooke市60m跨的人行橋的混凝土抗壓強度為350MPa，其強度遠高于傳統混凝土。日本在20世紀40年代就已經實現了混凝土強度等級達到100MPa的突破，但由于日本特殊的抗震和延性要求，規定所使用的混凝土強度等級不宜超過60MPa。在法國的Catenom核電站，其中使用的2000根高強鋼筋混凝土預應力梁抗壓強度也達到了250MPa。馬來西亞的吉隆坡石油大廈采用了高強混凝土建筑結構，使其成為了當時世界第二高的建筑物。在德國的混凝土結構設計規范中，混凝土的標號達到了C11，是當前世界范圍內強度等級最高的。挪威僅次于德國，其規范中的混凝土最高強度設計等級為C105。

3.2 國內高強混凝土的應用概況

目前我國高強混凝土已經得到了越來越多的利用，尤其是在超高層建筑中。我國最早應用高強混凝土的建筑為1977年建成的毛主席紀念堂，其全部混凝土構件均采用60MPa的高強混凝土。近些年來由于我國對于高強混凝土的研究逐漸深入和高強減水劑的研發和生產不斷擴大，促進了高強混凝土在實際工程中的應用。然而在我國高強混凝土的應用尚不廣泛，主要集中在發達城市的高層建筑、大跨橋梁和海上建筑中。在我國的高強混凝土應用中C50以上的高強及C80以上超高強高性能混凝土僅在經濟發達的城市或地區的推廣應用較為普及，其中最高混凝土強度等級在實際工程中達到了C130。

4 高強混凝土的發展趨勢

4.1 實現高性能化是一項系統工程

高強混凝土的應用是為了實現傳統混凝土不具備的各項性能，如高耐久性、良好的工作性、各種力學性能、適用性、良好的體積穩定性和經濟合理性等。當前在國內高校和研究機構的試驗室中，已經可以配制出各種高強度、高性能的混凝土試件。然而推廣到實際工程當中，經常會出現各種問題，甚至不如普通的混凝土。因此在這一方面需要提高重視程度，既將混凝土的研發和設計與實際生產結合，從設計、生產到施工管理需要進行整個流程的協調和把控，確保高強混凝土在實際應用時的系統性，充分發揮其優良的性能。

4.2 “綠色低碳”的發展模式

高效節能綠色低碳，不僅是建筑業的發展要求，更是全世界共同追求的目標，因此在高強混凝土的應用中，也要體現資源節約、環境保護、節能減排的環保理念，如可以在高強混凝土的設計和施工中，通過外摻劑采用更少的水泥，更多的利用工業廢料以實現混凝土行業的綠色可持續發展。

4.3 建立科學的配合比設計方法

傳統的配合比設計是基于普通混凝土進行的，然而高強混凝土不同于普通混凝土，因此在配合比的設計中，需要進行科學合理的研究，以實現更適合高強混凝土的混凝土配合比設計，滿足其在拌制、運輸、施工、使用各個階段中的性能要求，建立起更為科學的高強混凝土發展關鍵技術。

4.4 高強混凝土的標準化研究

現階段我國的混凝土設計規范中的內容，大多是基于普通混凝土的，因此對高強混凝土的設計規范需要根據國內外的大量研究成果，進行總結和歸納，實現高強混凝土應用技術的規范化。修訂和完善混凝土標準規范對于高強混凝土的應用和推廣具有十分重要的意義。

5 結語

隨著我國建筑土木行業的迅速發展，基礎建設的規模越來越大，傳統混凝土越來越難以適應更高的設計要求，因此高強混凝土的出現為建筑行業的發展帶來了新的動力，由于我國高強混凝土的研究起步較晚，因此需要對高強混凝土進行大量的研究和推廣，并且歸納總結現有研究成果，將其寫入設計標準和規范中，以更好的指導高強混凝土的實際施工應用。