高強(qiáng)混凝土在建筑工程中的發(fā)展與應(yīng)用

1、高強(qiáng)混凝土在建筑工程中的發(fā)展與應(yīng)用1 高強(qiáng)混凝土發(fā)展原因隨著建筑材料和建筑技術(shù)的發(fā)展，以及商品混凝土技術(shù)的發(fā)展和推廣，高強(qiáng)混凝土日益受到重視并應(yīng)用于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中，這主要是由以下因素所決定的：矚慫潤(rùn)厲釤瘞睞櫪廡賴。( 1 )工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力考慮和經(jīng)濟(jì)需要：隨著高層、超高層和大跨度結(jié)構(gòu)工程的出現(xiàn)，對(duì)高強(qiáng)度、高性能混凝土提出了更高的要求。在建筑物的梁、柱結(jié)構(gòu)中采用高強(qiáng)度混凝土優(yōu)越性非常明顯。在同等條件下，混凝土強(qiáng)度越高，其結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸、體積就會(huì)相對(duì)減少，混凝土用量也將成比例地減少。同時(shí)由于結(jié)構(gòu)斷面的減少，不但使建筑物在觀感上給人以舒適的感覺， 而且增加了建筑物的實(shí)際使用面積，經(jīng)濟(jì)效益明顯。聞創(chuàng)溝

2、燴鐺險(xiǎn)愛氌譴凈。( 2 )混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件提高耐久性和壽命的要求?；炷两Y(jié)構(gòu)相對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)而言，耐久性較好，壽命較長(zhǎng)。但是，在三、四、五類環(huán)境下，如地下工程、海洋采油平臺(tái)、橋梁工程等結(jié)構(gòu)所處環(huán)境 惡劣，對(duì)耐久性和壽命要求較高， 單純依靠增加保護(hù)層厚度無法解決問題， 根本出路在于提高混凝 土的密實(shí)性和強(qiáng)度，高強(qiáng)度混凝土的概念提供了很好的解決思路。殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。( 3 )商品混凝土技術(shù)、外加劑材料的發(fā)展和高標(biāo)號(hào)水泥生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，為高強(qiáng)混凝土的發(fā)展 提供了保證。隨著材料科學(xué)的發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，使得高強(qiáng)混凝土的生產(chǎn)和施工具備了技術(shù)條件和價(jià)廉而簡(jiǎn)便易行的方法。 通過添加微硅粉等材料， 可以有效

3、提高混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)性，使得混凝土標(biāo)號(hào)逐步提高。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。2 國(guó)內(nèi)外建筑工程中高強(qiáng)混凝土應(yīng)用簡(jiǎn)況高強(qiáng)混凝土在發(fā)達(dá)國(guó)家中已較普遍應(yīng)用，主要用于高層建筑的柱子、大跨度梁、橋梁、道路及 海洋工程中，使用較多的是強(qiáng)度介于 C 5 0 - C 7 0 的高強(qiáng)混凝土。日本在 4 0 年代就用強(qiáng)度高達(dá) 1 0 0 M P a的混凝土建造混凝土塔。 美國(guó)在7 0 年代已廣泛應(yīng)用高強(qiáng)混凝土，如美國(guó) 1 9 7 5 年建造的7 9 層、高 2 6 2 m 的水塔公寓大廈， 采用 6 2M P a 的高強(qiáng)混凝土。 1 9 8 2 年建造的 4 O 層芝加哥貿(mào)易交易所，混凝 土強(qiáng)度 6 2 M P a

4、，內(nèi)含兩根混凝土強(qiáng)度達(dá) 1 0 0 M P a的試驗(yàn)柱。 1 9 8 9 年西雅圖建造的太平洋第一中心 ,混凝土強(qiáng)度高達(dá) 1 2 4 MP a 。我國(guó)在6 0 年代也開始了對(duì)高強(qiáng)混凝土的研制工作。但由于當(dāng)時(shí)配制的高強(qiáng)混凝土水灰比小，干硬度大，給施工帶來困難，推廣應(yīng)用受到限制。近年來，由于高標(biāo)號(hào)水泥和高效減水劑的研制和生產(chǎn)，為普通條件下配制高強(qiáng)度混凝土提供了有利條件，促進(jìn)了高強(qiáng)混凝土的研究和在實(shí)際工程中的應(yīng)用。深圳市安托山混凝土有限公司2 0 05 年完成的高強(qiáng)高性能混凝土在工程實(shí)踐中的應(yīng)用項(xiàng)目第一次不用硅灰，采用粉煤灰和聚羧酸等外加劑等材料，在常規(guī)工藝條件下，配置出了強(qiáng)度高、工作性能優(yōu)異，體積

5、穩(wěn)定性和耐久性良好的C 8 0高性能混凝土， 并成功地應(yīng)用于直接外露的結(jié)構(gòu)構(gòu)件中。這些科研探索為高強(qiáng)混凝土的實(shí)際應(yīng)用奠定了很好的基礎(chǔ)。目前，我國(guó)高強(qiáng)混凝土在多數(shù)地區(qū)應(yīng)用還較少， 在較發(fā)達(dá)地區(qū)的高層建筑、 橋梁工程等應(yīng)用較多。從總體上說， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)際應(yīng)用的混凝土平均強(qiáng)度等級(jí)低于發(fā)達(dá)國(guó)家， 結(jié)構(gòu)安全度總體上比國(guó)際水平低，但是材料用量并不少，其根本原因在于國(guó)際上較高的安全度是靠高強(qiáng)度的混凝土和鋼筋實(shí)現(xiàn)的。因此，推廣應(yīng)用高強(qiáng)混凝土，帶動(dòng)混凝土平均標(biāo)號(hào)的提高，對(duì)于發(fā)展和提高混凝土工程的質(zhì)量和技術(shù)水平是十分重要和有意義的。彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。3 高強(qiáng)混凝土的主要特點(diǎn)根據(jù)我國(guó) 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)

6、范 ( 2 0 0 2 版本 ) ，強(qiáng)度等級(jí)超過C 5 0 的混凝土其在實(shí)際結(jié)構(gòu)計(jì)算中的等區(qū)別于一般混凝土，為高強(qiáng)度混凝土。其特點(diǎn)是強(qiáng)度高， 密實(shí)性好，但是缺點(diǎn)是脆性也較高。謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。高強(qiáng)混凝土之所以有這些特點(diǎn)與其微觀構(gòu)造密切相關(guān)。從微觀分析，混凝土是一種多相復(fù)合介質(zhì)，由于各種內(nèi)外原因， 在水泥水化時(shí)不可避免地會(huì)在內(nèi)部形成細(xì)微的毛細(xì)孔，導(dǎo)致內(nèi)部總是存在一些細(xì)微裂隙和缺陷。這些細(xì)微裂隙本質(zhì)上是不連續(xù)的，是隨機(jī)偶然發(fā)生的。在外界環(huán)境改變( 如溫度、濕度、荷載、動(dòng)力等)及基礎(chǔ)沉降等作用下，就會(huì)發(fā)展、擴(kuò)大、貫通，直到產(chǎn)生宏觀斷裂失穩(wěn)。 混凝土的破壞過程，實(shí)際上就是這些內(nèi)部裂隙的萌生、發(fā)展、

7、擴(kuò)張、貫通直至失穩(wěn)的過程，是一種局部應(yīng)力現(xiàn)象。 而高強(qiáng)混凝土就是加入微米級(jí)徑增密處理的超細(xì)活性顆粒，使其在水泥漿微細(xì)空隙中水化，減少和填充毛細(xì)孔，達(dá)到增強(qiáng)和增密作用。 為減少混凝土中可能出現(xiàn)的初始微裂縫高強(qiáng)混凝土要求低水灰比； 為施工泵送等方便， 要求具備較高的坍落度， 因此，需要摻入高性能的外加劑。廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷。由于高強(qiáng)混凝土具有強(qiáng)度高、 耐久性好的主要優(yōu)點(diǎn)， 在滿足結(jié)構(gòu)受力和結(jié)構(gòu)功能的前提下，應(yīng)用高強(qiáng)混凝土可以減小構(gòu)件斷面尺寸，減輕自重，降低用鋼量，增加建筑空間，總造價(jià)較低，并且符合建筑科學(xué)可持續(xù)發(fā)展的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，混凝土強(qiáng)度由3 0 M P a 提高到 6 0 M P a ，

8、結(jié)構(gòu)體積可減小 l 3，相應(yīng)自重亦可減輕 l 3 ，在受壓構(gòu)件中可節(jié)約混凝土 3 0 - - - 4 0，在受彎構(gòu)件中為節(jié)約混凝土1 5 2 0。美國(guó)的高層建筑工程中采用50 - - -6 0 M p a 混凝土柱，比普通混凝土柱子斷面減小約25，節(jié)約鋼材約1 0。實(shí)體梁由 35 M P a 提高到 5 0 M P a ，在不增加梁高的情況下， 可增加跨度約15。根據(jù)深圳的一份統(tǒng)計(jì)資料， 2 0 0 4 年，深圳全市使用混凝土約15 0 0 萬立方米，其中2 0使用在墻、柱上。如果這些墻、柱使用混凝土的等級(jí)提高2 0 M p a，深圳一年可節(jié)約混凝土100多萬立方米，節(jié)約鋼材7 O 多萬噸，節(jié)

9、省資金2 5 億。經(jīng)濟(jì)效益明顯。煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。此外由于高強(qiáng)混凝土具有良好的耐久性，因此可以延長(zhǎng)建筑工程的使用壽命。這帶來的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益無疑是巨大的。鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。高強(qiáng)混凝土主要缺點(diǎn)是脆性較大，應(yīng)力應(yīng)變曲線的下降段很陡，結(jié)構(gòu)的延性較差，不利于結(jié)構(gòu)抗震。為此，應(yīng)考慮混凝土脆性折減系數(shù)，設(shè)計(jì)中可以采用密集的箍筋來約束混凝土，一方面可以提高混凝土的約束受壓強(qiáng)度，另外提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的延性，改善其抗震性能。 籟叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)。4 高強(qiáng)混凝土應(yīng)用于高層建筑分析石家莊市某大酒店。該酒店1997年開工，1999年 1O月竣工落成，該建筑地上1 5 層，地下一層，建筑面積1 4 3

10、 0 0 m，總高度7 3 m。主體為框剪結(jié)構(gòu)?；炷敛捎肅 3 5 ，部分柱子采用C 4 0 混凝土。如果將 C 3 5 部分改為采用C 5 0 混凝土，柱截面尺寸及配筋，對(duì)比數(shù)據(jù)見表1 ：預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。表 l 柱截面尺寸及配筋由表 1 可知：( 1 )減小柱子斷面，節(jié)省了混凝土用量。 柱斷面尺寸由原 750X750mm 減小為 6 5 0 X6 5 0 mm，小柱斷面2 5：節(jié)省混凝土約1 7 0 t 。滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。( 2 )降低了用鋼量。由于高層建筑中柱斷面往往是由軸壓比控制和按最小配筋率配置縱向鋼。縱筋和箍筋用量也隨柱斷面的增減而增減。該建筑物由于柱斷面減小后，縱筋和

11、箍筋共節(jié)省筋約 7 t 。鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。( 3 )增大使用面積約1 7 m,減小建筑面積約5 Om5 總結(jié)1 .1 從以上分析知，高強(qiáng)混凝土在高層建筑工程中應(yīng)用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。( 1 )節(jié)約了鋼材和水泥，減4 , T 構(gòu)件截面尺寸，因而減輕了結(jié)構(gòu)自重，并使使用面積增加，使總的造價(jià)有所降低。擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。( 2 ) 加快了施工進(jìn)度，由于減少了混凝土和鋼筋用量，使模板等一系列施工工作量相應(yīng)地減少，同時(shí)由于高強(qiáng)混凝土早期強(qiáng)度高，可加快施工周轉(zhuǎn)，因而建設(shè)周期縮短。贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。( 3 )滿足了高層建筑及特殊結(jié)構(gòu)的使用要求。在高層建筑中底層柱子受力過大，采用高強(qiáng)混凝土能滿足

12、受力和建筑使用要求，使得采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能建造較高的建筑物。壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。( 4 )改善了混凝土的質(zhì)量，提高了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，建筑物的使用年限得到延長(zhǎng)。1 2 從工程質(zhì)量控制角度而言，由于高強(qiáng)混凝土是依靠添加微硅粉和外加劑提高其強(qiáng)度的， 這些較普通混凝土的性能有所區(qū)別，應(yīng)嚴(yán)格質(zhì)量控制：蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。( 1 )嚴(yán)格水灰比控制，在任何情況下都應(yīng)嚴(yán)格控制添加水量；合理安排工藝和工序， 計(jì)算各階段所需時(shí)間， 合理縮短砼從攪拌到澆搗完畢的時(shí)間；買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。( 2 )雖然高強(qiáng)混凝土根據(jù)全國(guó)統(tǒng)計(jì)調(diào)查結(jié)果，以及估計(jì)判斷，變異系數(shù)較普通混凝土小，但是由于其強(qiáng)度數(shù)值受多種因素的影響，故高強(qiáng)混凝土抗壓試件的采樣頻數(shù)應(yīng)高于普通混凝土。綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。綜合以上考慮，在建筑工程中尤其在高層建筑工程中采用高強(qiáng)混凝土，