裝配式施工知識分享：淺析土建工程新型混凝土材料的應用

編輯推薦：裝配式建筑入門(建筑工程基礎知識)

溫馨提示：中國建設教育協(xié)會將在4月25日進行裝配式考試，點擊 免費預約短信提醒，及時獲取裝配式考試節(jié)點信息。

一、高性能混凝土(High Performance Concrete)概述

混凝土技術發(fā)展已有170多年的歷史，在緩慢的發(fā)展過程中，曾出現(xiàn)幾次變革，那就是1919年發(fā)現(xiàn)了水灰比定理，1938年發(fā)現(xiàn)了引氣劑，60年代初出現(xiàn)高效減水劑。目前，混凝土技術發(fā)展又處在一個變革時期。新型外加劑和膠凝材料的出現(xiàn)使既有良好的工作性，又有優(yōu)異的力學性能和耐久性能的混凝土的生產(chǎn)成為現(xiàn)實。這種新型混凝土稱為高性能混凝土(High Performance Concrete)，簡稱HPC。HPC的應用將對混凝土建筑施工技術和混凝土結構性能起重要作用。因此，美國、日本、英國、法國、加拿大、挪威等國都將HPC作為跨世紀的新材料，投入大量人力物力進行研究和開發(fā)。

20世紀80年代以來，一些發(fā)達國家相繼研制成功高性能混凝土(以下稱HPC)，使混凝土進入了高科技時代，日益受到國際材料界和工程界的重視。很多國家把HPC作為跨世紀的新材料加以研究與利用，使其成為當代混凝土研究和應用領域中的一個熱點。

HPC組成材料包括水泥、粗細集料、多種礦物摻合料、水和超塑化劑，其組成和配比要比普通混凝土復雜，要求也高得多。

HPC的優(yōu)點體現(xiàn)在：

1.由于HPC的高強(60Mpa～100MPa)和超高強(≥IOOMPa)特性，可使混凝土結構尺寸大大減少，從而減輕結構自重和對地基的荷載，并減少材料用量，增加使用空間，大幅度的降低工程造價。

2.由于HPC具有高工作性，可以減輕施工勞動強度，節(jié)約施工能耗。

3.HPC的高耐久性可增加對惡劣環(huán)境的抵御能力，延長建筑物的使用壽命，減少維修費用及對環(huán)境帶來的影

響，具有顯著的社會和經(jīng)濟效益。

二、高性能混凝土在建筑工程中的應用

為了分析高性能混凝土在建筑工程中的應用，筆者首先從高性能混凝土的特性來了解高性能混凝土。

(一)高性能混凝土特性

1.新拌混凝土的工作性。新拌混凝土的工作性是一個綜合指標，如流動性、可泵性、填充性、均勻性等。HPC要求新拌混凝土具有大流動性(坍落度20cm～25cm)及流動度經(jīng)時損失小，以滿足混凝土集中攪拌、運輸、泵送、澆注的工藝要求。甚至在澆注時要求混凝土不振搗自流平，即好的填充性。最終得到均勻穩(wěn)定的混凝土。這些要求是普通混凝土難以滿足的。與普通混凝土相比，HPC的組分復雜，多種摻合料與超塑化劑配合使用，其目的是通過這些組分來調(diào)整性能。其中最關鍵的技術之一是超塑化劑及其組成。單一成分的超塑化劑(如萘系和三聚氰胺系高效減水劑)雖然對水泥漿有強的分散作用，減水率高達18以上，但并不能滿足HPC對工作性的全部要求。因為單一成分的超塑化劑(SP)難以解決坍落度損失、離析分層等問題。因此，必須將高效減水劑與緩凝劑、引氣劑、穩(wěn)定劑等組成復合超塑化劑(CSP)才能較全面滿足HPC對工作性的要求。

2.硬化混凝土的性能。現(xiàn)代建筑向高層化、大跨度方向發(fā)展，因此促進了高強HPC的研究和開發(fā)。在高層建筑中，混凝土強度是對應于柱子的軸力。可以說建筑物的層數(shù)是由所使用的混凝土強度來決定的。25～30層的建筑物要使用強度36MPa～42MPa的混凝土，30～35層要42MPa～48MPa，更高層的建筑就需要更高強的混凝土，如60層需用100MPa。目前建筑物設計和施工以30～35層(高度約lOOm)居多。因此，上述討論的強度范圍60MPa～120MPa的HPC是目前研究和今后發(fā)展的方向，而大量使用的強度標號是C40混凝土。在此情況下，配合比設計可以參照普通混凝土的方法，但是主要組成材料和性能應滿足HPC的要求。HPC可能比普通混凝土要耐久得多，這是因為在設計配合比時，就考慮到耐久性問題。特別是早期下沉和硬化收縮小、干縮小、水化放熱低，因而提高了混凝土抗裂縫能力，無初始結構缺陷。硬化后的混凝土密實、滲透性低。這些都使混凝土抵抗外部因素的能力得到提高，最終得到耐久性好的混凝土。

(二)高性能混凝土的應用研究

據(jù)悉，全世界每年混凝土用量可達90億噸，規(guī)模之大、耗資之巨、應用之廣，作為現(xiàn)代工程主要材料的地位依然不被撼動。混凝土用于工程結構至今已有170多年歷史了，縱觀混凝土技術的發(fā)展進程，其發(fā)展主要遵循復合化、高強化、高性能化三大技術路線長期以來，人們過分注重于混凝土的力學性能，主要集中在提高混凝土的強度上，以搞壓強度的比例關系來代表其性能的優(yōu)劣，而對影響混凝土耐久性則重視不夠，從而導致了許多工程結構的開裂，甚至崩塌。例如，1980年3月，北海Stavanger近海鉆井平臺Alexander Kjell號突然破壞;烏克蘭境內(nèi)的切爾諾貝利核電站的泄漏;日本的一些鋼筋混凝土橋梁，投入不到20年因不能使用而被炸毀;遼寧盤錦遼河大橋的斷毀等等。此外，由于混凝土耐久性不高，致使混凝土工程的維修費急劇增大。如何延長混凝土的使用壽命，發(fā)展高性能混凝土勢在必行。

2001年10月用高性能混凝土成功澆搗的航站樓工程第一塊大面積樓板，為澆筑量約800m3的主樓南區(qū)二層樓板。該樓板呈長條型，寬約20m，長約80m，厚500mm，澆筑前沿樓板長度方向由南往北布置2條施工泵管，分別提供泵送混凝土。施工澆筑時，投入混凝土生產(chǎn)線2條、混凝土攪拌車22臺、混凝土泵機2臺，施工用時14h，施工過程順利。其后，在檢查認可了這種新型混凝土抗裂性以及總結了它的施工養(yǎng)護經(jīng)驗的基礎上，陸續(xù)澆搗了其它的大面積樓板，整個航站樓施工補償收縮纖維混凝土總量超過4萬m3。經(jīng)檢驗，所有應用補償收縮纖維混凝土施工的樓板強度均達到設計要求，沒有發(fā)現(xiàn)任何明顯的肉眼可見裂縫，抗裂效果得到各方認可和好評。

早在1992年，吳中偉首次將高性能混凝土介紹到國內(nèi)。如今，我國高性能混凝土的研究、應用發(fā)展迅速。我國是生產(chǎn)和使用混凝土的大國，混凝土的質(zhì)量在不斷地提高，涉足高性能混凝土的研究和應用還是近10年的事。隨著高性能混凝土的優(yōu)越性不斷地得到認可，混凝土應用技術的進步，城市建設速度的加快，高性能混凝土獲得了迅速發(fā)展。

高性能混凝土在實際工程中獲得了越來越廣泛的應用，尤其是在高層建筑、大跨度橋梁、海上采油平臺、礦井工程、海港碼頭等工程中的應用日益增多。例如：上海金茂大廈(C60)、北京靜安中心大廈(C80)、遼寧物產(chǎn)大廈(C80)、南京希爾頓國際大酒店(C30和C50)、長春國際商貿(mào)城(C55)、廣州虎門大橋(C50)、上海楊浦大橋(C50)等都是應用的典范。

全國很多研究單位已經(jīng)研制出普通泵送高性能混凝土、大摻量粉煤灰高性能混凝土、高流態(tài)自密實高性能混凝土、纖維增加高性能混凝土、輕骨料高性能混凝土、水下不分散高性能混凝土港工與海工高性能混凝土、高拋纖維高性能混凝土等等，研制出C30-C80的各種強度等級的高性能混凝土和完備的混凝土耐久性檢測設備，以及掌握了配套的施工成套技術和各種混凝土耐久性檢測技術等。其中具有優(yōu)異耐久性的C30高性能混凝土即將在地質(zhì)條件復雜的深圳地鐵工程中大規(guī)模使用。

裝配式建筑作為一種新興的建筑施工方法，其很多優(yōu)點都是傳統(tǒng)建筑無法比擬的。以上內(nèi)容就是“裝配式施工知識分享：淺析土建工程新型混凝土材料的應用”，更多裝配式新發(fā)展新資訊，歡迎繼續(xù)關注環(huán)球網(wǎng)校裝配式建筑行業(yè)頻道!環(huán)球網(wǎng)校為大家提供 免費預約短信提醒服務和裝配式精華考點/課程講義，點擊下方免費下載即可獲取。