混凝土及預應力技術發展研究

周 浩,魏詩雅

【摘 要】結構混凝土是土木工程建設的主要材料,目前我國結構混凝土技術在建筑、橋梁和基礎設施建設中取得巨大進步,同時結構混凝土的大量應用也帶來嚴重的資源和環境問題。該文系統總結了我國結構混凝土近年來取得的成就,指出存在的問題和發展方向,同時對該技術的發展提出了若干建議。

【關鍵詞】混凝土技術;預應力技術;發展

中圖分類號:TQ178文獻標識碼:A 文章編號:1009-8283(2010)07-0325-01

1 混凝土及預應力技術發展現狀與成就

近年來,在巨大工程建設任務,特別是重點建設項目和大型工程的帶動下,我國的混凝土工程技術水平有了很大的提高。目前,我國混凝土的年用量約為24億～30億m3,用于房屋建筑和土木工程的水利、交通、市政等所有行業,從結構材料類型方面來講,混凝土結構約占全部工程結構的90%以上[1],混凝土將是現階段乃至未來2年內我國主導的工程結構材料。圍繞結構混凝土技術,我國的材料、設計、施工、理論、教學和標準等部門的工程技術人員,組成了許多學術機構、工作組和研發團隊,研究和交流混凝土工程技術的相關問題,可以說我國有世界上最大、最全面、較高水平的混凝土工程技術研發和應用隊伍,積聚了極其寶貴的人才。

混凝土工程施工技術取得較大進展,預拌混凝土成為東部發達地區的主要配送方式,模板技術水平進一步提高,混凝土攪拌、運輸、布料等環節的機械化水平大大提高。特殊構件、特殊部位、特殊技術的混凝土施工形成多種成套技術或工法,如大體積混凝土施工技術、超長混凝土結構設計施工技術、超高混凝土泵送施工技術、鋼管混凝土施工技術、型鋼混凝土施工技術等。

2結構混凝土存在的主要問題及發展趨勢

2.1 主要問題

1)資源消耗高,污染排放大近年,我國水泥產量已連續20年居世界第一,年產量約10億t,占全球總產量的40%以上,建筑業每年消耗混凝土25億m3,混凝土結構用鋼筋超過6 000萬t,約占全球的1/3。建筑業持續高速發展導致資源枯竭、能源耗費和環境破壞[2]。

2)材料強度及性能還需提高我國混凝土強度等級平均為C30級,預應力混凝土為C40級;混凝土結構用鋼筋以335MPa為主和400MPa開始推廣應用。歐美國家混凝土平均強度比我們高5～IOMPa;鋼筋強度400～600MPa級用量已達到95%以上。

3)混凝土材料新品種應用較少 自密實}昆凝土,輕質混凝土,纖維混凝土,特種混凝土及各種外加劑、摻合料技術還應大力研究、開發、推廣。

4)混凝土結構耐久性研究及修復技術開發滯后。

5)混凝土結構檢測精度有待提高,現場快速檢測方法需進一步開發。

6)預應力技術的節材優勢未能充分發揮。

7)專業公司規模不大、綜合能力不足。

2.2 發展趨勢

1)混凝土材料研究開發、推廣應用綠色高性能混凝土;開發研究有效地利用工業廢料,減少硅酸鹽水泥熟料用量的技術;關注降低單位混凝土水泥用量,利用工業廢料有效改善混凝土結構耐久性,延長基礎設施使用壽命的技術等,是混凝土材料技術發展的總趨勢。

2)鋼筋及預應力筋材料鋼筋材料技術的發展趨勢是,強度逐步發展至400～500MPa;預應力材料除了目前使用的高強度鋼材外,新型碳纖維、玻璃纖維和聚酯纖維類非金屬預應力筋等產品將得到應用。

3)鋼筋工程施工技術將大量實現工廠化、機械化。

4)預制混凝土技術將得到大量推廣應用。

5)預應力技術 ①設計理論將有重大進展,預應力結構的耐久性和經濟性更為協調一致;②預應力工藝將進一步完善,專用產品質量提高;③應用領域進一步擴大。

3 技術發展目標及對策

3.1 發展目標

提高混凝土工程技術水平,降低單位建筑面積混凝土和鋼筋材料用量,延長使用壽命,減少混凝土廢棄物排放,實現混凝土技術的可持續發展。

3.2 對策及建議

3.2.1 提高混凝土和鋼筋的強度及性能常用混凝土的強度等級由現在的C20。CAO級平均C30級,提高到C40～C_riO級平均C50級,推廣使用的高強混凝土的強度等級由現在的C50～C80級,提高到C60～C100級?；炷两Y構用鋼筋的強度級別由現在的335～400MPa級提高到400～500MPa級[3]。降低鋼筋和混凝土材料用量,減少對資源和能源的消耗。隨著混凝土強度等級的提高,對用于配制結構用混凝土原材料的要求提高為:①水泥的強度等級由現在常用的32.5。42.5提高到42.5～52.5,62.5的水泥亦應批量應用。②混凝土減水劑的減水率在20%以上并大量使用;③使用優質、環保的摻合料。

3.2.2 繼續開發推廣高性能混凝土,促進綠色混凝土在我國的生產和應用

1)大力發展混凝土減水劑和其他外加劑。

2)提高混凝土摻合料的質量。

3)加強進行一般強度等級和高強度自密實混凝土的合理配制研究,及相應混凝土外加劑的研究。

4)除加強天然輕集料和工業廢料的利用外,研制、開發高性能輕集料,應用礦物摻合料及纖維增強技術等,發展高性能輕集料混凝土。

3.2.3 發展纖維混凝土技術

1)進一步改進纖維產品的生產技術和產品質量,擴大鋼纖維、聚丙烯纖維、碳纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維等的生產規模。

2)加強基礎和應用基礎研究,加強研究纖維混凝土的微觀機理,長期變形性能及耐久性能等;開展超短細纖維超高強混凝土復合材料研究和生產,以及混雜纖維混凝土、智能纖維混凝土的研究。

3.2.4 提高耐久性

延長使用壽命提高我國混凝土耐久性設計和施工水平,提出耐久性指標和試驗方法,可按設計要求達到安全使用年限。合理改造已有混凝土結構,延長結構使用壽命。充分利用拆除的混凝土廢棄物,研究再生骨料混凝土技術,形成循環結構發展模式。

げ慰嘉南:

[1] 陶學康.國外結構混凝土及預應力新技術介紹[C]第十二屆混凝土及預應力學術交流會論文集.蘭州:2003.

[2] 預應力技術及材料設備(公路橋涵設計手冊).

[3] 覃維祖.混凝土技術進展現狀與可持續發展前景[C]第十三屆混凝土及預應力學術交流會論文集.北京:2005.