淺析土建工程新型混凝土材料的應(yīng)用.doc

淺析土建工程新型混凝土材料的應(yīng)用海通建設(shè)集團(tuán) 陳飛普通的混凝土材料系由膠結(jié)材料（石灰、水泥）、細(xì)骨料（砂子）、粗骨料（石子）和水所組成。在性能及其應(yīng)用與發(fā)展的普通混凝土基礎(chǔ)上，根據(jù)添加材料和施工工藝的不同，派生出名目繁多、性能特異、用途不一的新型混凝土，本文以高性能新型混凝為例，探討了其在建筑工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。 一、高性能混凝土（High Performance Concrete）概述 混凝土技術(shù)發(fā)展已有170多年的歷史，在緩慢的發(fā)展過(guò)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(shù)發(fā)展又處在一個(gè)變革時(shí)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(xué)性能和耐久性能的混凝土的生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)。這種新型混凝土稱(chēng)為高性能混凝土（High Performance Concrete），簡(jiǎn)稱(chēng)HPC。HPC的應(yīng)用將對(duì)混凝土建筑施工技術(shù)和混凝土結(jié)構(gòu)性能起重要作用。因此，美國(guó)、日本、英國(guó)、法國(guó)、加拿大、挪威等國(guó)都將HPC作為跨世紀(jì)的新材料，投入大量人力物力進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。 20世紀(jì)80年代以來(lái)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家相繼研制成功高性能混凝土（以下稱(chēng)HPC），使混凝土進(jìn)入了高科技時(shí)代，日益受到國(guó)際材料界和工程界的重視。很多國(guó)家把HPC作為跨世紀(jì)的新材料加以研究與利用，使其成為當(dāng)代混凝土研究和應(yīng)用領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)。 HPC組成材料包括水泥、粗細(xì)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(fù)雜，要求也高得多。 HPC的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在： 1由于HPC的高強(qiáng)（60Mpa100MPa）和超高強(qiáng)（IOOMPa）特性，可使混凝土結(jié)構(gòu)尺寸大大減少，從而減輕結(jié)構(gòu)自重和對(duì)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(jià)。 2由于HPC具有高工作性，可以減輕施工勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約施工能耗。 3HPC的高耐久性可增加對(duì)惡劣環(huán)境的抵御能力，延長(zhǎng)建筑物的使用壽命，減少維修費(fèi)用及對(duì)環(huán)境帶來(lái)的影 響，具有顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。 二、高性能混凝土在建筑工程中的應(yīng)用 為了分析高性能混凝土在建筑工程中的應(yīng)用，筆者首先從高性能混凝土的特性來(lái)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(gè)綜合指標(biāo)，如流動(dòng)性、可泵性、填充性、均勻性等。HPC要求新拌混凝土具有大流動(dòng)性（坍落度20cm25cm）及流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失小，以滿(mǎn)足混凝土集中攪拌、運(yùn)輸、泵送、澆注的工藝要求。甚至在澆注時(shí)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(mǎn)足的。與普通混凝土相比，HPC的組分復(fù)雜，多種摻合料與超塑化劑配合使用，其目的是通過(guò)這些組分來(lái)調(diào)整性能。其中最關(guān)鍵的技術(shù)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(duì)水泥漿有強(qiáng)的分散作用，減水率高達(dá)18以上，但并不能滿(mǎn)足HPC對(duì)工作性的全部要求。因?yàn)閱我怀煞值某芑瘎⊿P）難以解決坍落度損失、離析分層等問(wèn)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(fù)合超塑化劑（CSP）才能較全面滿(mǎn)足HPC對(duì)工作性的要求。 2硬化混凝土的性能?，F(xiàn)代建筑向高層化、大跨度方向發(fā)展，因此促進(jìn)了高強(qiáng)HPC的研究和開(kāi)發(fā)。在高層建筑中，混凝土強(qiáng)度是對(duì)應(yīng)于柱子的軸力?？梢哉f(shuō)建筑物的層數(shù)是由所使用的混凝土強(qiáng)度來(lái)決定的。2530層的建筑物要使用強(qiáng)度36MPa42MPa的混凝土，3035層要42MPa48MPa，更高層的建筑就需要更高強(qiáng)的混凝土，如60層需用100MPa。目前建筑物設(shè)計(jì)和施工以3035層（高度約lOOm）居多。因此，上述討論的強(qiáng)度范圍60MPa120MPa的HPC是目前研究和今后發(fā)展的方向，而大量使用的強(qiáng)度標(biāo)號(hào)是C40混凝土。在此情況下，配合比設(shè)計(jì)可以參照普通混凝土的方法，但是主要組成材料和性能應(yīng)滿(mǎn)足HPC的要求。HPC可能比普通混凝土要耐久得多，這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)配合比時(shí)，就考慮到耐久性問(wèn)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(wú)初始結(jié)構(gòu)缺陷。硬化后的混凝土密實(shí)、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(yīng)用研究 據(jù)悉，全世界每年混凝土用量可達(dá)90億噸，規(guī)模之大、耗資之巨、應(yīng)用之廣，作為現(xiàn)代工程主要材料的地位依然不被撼動(dòng)?；炷劣糜诠こ探Y(jié)構(gòu)至今已有170多年歷史了，縱觀混凝土技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，其發(fā)展主要遵循復(fù)合化、高強(qiáng)化、高性能化三大技術(shù)路線(xiàn)長(zhǎng)期以來(lái)，人們過(guò)分注重于混凝土的力學(xué)性能，主要集中在提高混凝土的強(qiáng)度上，以搞壓強(qiáng)度的比例關(guān)系來(lái)代表其性能的優(yōu)劣，而對(duì)影響混凝土耐久性則重視不夠，從而導(dǎo)致了許多工程結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂，甚至崩塌。例如，1980年3月，北海Stavanger近海鉆井平臺(tái)Alexander Kjell號(hào)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(pán)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(fèi)急劇增大。如何延長(zhǎng)混凝土的使用壽命，發(fā)展高性能混凝土勢(shì)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(zhǎng)條型，寬約20m，長(zhǎng)約80m，厚500mm，澆筑前沿樓板長(zhǎng)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(shí)，投入混凝土生產(chǎn)線(xiàn)2條、混凝土攪拌車(chē)22臺(tái)、混凝土泵機(jī)2臺(tái)，施工用時(shí)14h，施工過(guò)程順利。其后，在檢查認(rèn)可了這種新型混凝土抗裂性以及總結(jié)了它的施工養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，陸續(xù)澆搗了其它的大面積樓板，整個(gè)航站樓施工補(bǔ)償收縮纖維混凝土總量超過(guò)4萬(wàn)m3。經(jīng)檢驗(yàn)，所有應(yīng)用補(bǔ)償收縮纖維混凝土施工的樓板強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何明顯的肉眼可見(jiàn)裂縫，抗裂效果得到各方認(rèn)可和好評(píng)。 早在1992年，吳中偉首次將高性能混凝土介紹到國(guó)內(nèi)。如今，我國(guó)高性能混凝土的研究、應(yīng)用發(fā)展迅速。我國(guó)是生產(chǎn)和使用混凝土的大國(guó)，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(yīng)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(rèn)可，混凝土應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步，城市建設(shè)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(shí)際工程中獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，尤其是在高層建筑、大跨度橋梁、海上采油平臺(tái)、礦井工程、海港碼頭等工程中的應(yīng)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(guó)際大酒店（C30和C50）、長(zhǎng)春國(guó)際商貿(mào)城（C55）、廣州虎門(mén)大橋（C50）、上海楊浦大橋（C50）等都是應(yīng)用的典范。 全國(guó)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(shí)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(qiáng)度等級(jí)的高性能混凝土和完備的混凝土耐久性檢測(cè)設(shè)備，以及掌握了配套的施工成套技術(shù)和各種混凝土耐久性檢測(cè)技術(shù)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(fù)雜的深圳地鐵工程中大規(guī)模使用。 三、結(jié)語(yǔ) 如今我國(guó)HPC發(fā)展形勢(shì)一片良好，但是要使HPC在建筑工程中推廣使用還需一個(gè)認(rèn)識(shí)和實(shí)踐的過(guò)程。隨著我國(guó)建筑基礎(chǔ)建設(shè)的不斷增強(qiáng)，HPC必將成為新世紀(jì)的重要建筑工程材料。accident, assist in the development of corrective programmes and follow, verify, record and feedback in a timely manner. Responsible for the overall quality management, guiding project QC group activities. 7, the Ministry of planning and finance: with all the responsible for the projects contract manager. Including curtain pile and bored pile construction. 14, earth-moving machines: equipped with excavators, dump trucks, loaders, bulldozers and other heavy machinery, mainly responsible for Foundation pit excavation and logistic, jacking of Earth excavation and Sinotrans. 15, the bridge construction team: responsible for the bridge project all steel manufacture, lashing; template polishing, derusting, release agent brushes, installation, reinforcement and demolition of concrete pouring and curing, the waterproof layer of the production, construction of railway subgrade protection pile. 16, jacking construction of bridge team: responsible for track reinforcement, conservation and maintenance, responsible for pushing online security protection, responsible for jacking equipment operation, maintenance and control of the jacking process, and is responsible for correcting and preventing bar-head, looked up. 17, electrical work shifts: responsib