高強高性能混凝土結構的設計與施工研究

吳文錦

（安徽省建筑設計研究院有限責任公司，安徽 合肥 230001）

1 概述

目前來說世界上應用最廣泛的就是水泥混凝土，但是隨著經濟社會的發展和建筑結構的不斷變化，在某些特殊領域，水泥混凝土已經勝任不了人們的期望，于是有著特殊性能的高強高性能混凝土應運而生，這也是迄今為止最完善的混凝土品種。作為一種新型的高技術含量的混凝土，高強高性能混凝土是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作的混凝土，主要是提高了混凝土的耐久性。高強高性能混凝土不僅具有高強度，還具有良好的工作性能和高抗滲能力，能更好的滿足結構功能要求和施工工藝的要求，最大限度的延長混凝土結構的使用年限，降低工程造價。

隨著時代的發展，建筑結構向著更高的方向發展，這就對混凝土提出了更高的要求：高強度、高彈性模量、輕質、低徐變率、較高的工作性、早期強度與耐久性高的特性，因而具有這些特征的高強高性能混凝土便得到更廣泛的應用，這也使得高層建筑的安全壽命大大提高到一百年以上。

高強高性能混凝土的出現，給土木工程界最直接的沖擊是對混凝土耐久性的重視有所加強了，粉煤灰、礦渣等摻合料的使用增多了，預拌混凝土更普遍了。目前在中國北京、上海等地已經有許多企業能夠供應C80以上商品預拌混凝土、超高強商品混凝土的能力。然而，在高強高性能混凝土帶給我們巨大益處之時，它的負面作用也開始顯露，首先就是其材料組成和配合比十分復雜，生產相對麻煩且成本高；其次是近年來國內外發生了較多起“高強高性能混凝土”結構開裂的情況，特別是早期開裂問題更為普遍。由于高強高性能混凝土的配置特點較為復雜獨特，具有高膠凝材料用量、低水膠比與摻人大量活性摻合料等特點，使其與普通混凝土有很大的差異，隨之帶來了它的早期體積穩定性差、容易開裂等問題。

2 高強高性能混凝土結構的設計要點

2.1 設計依據

我國89混凝土結構設計規范中的某些條文已經不再適用于高強高性能混凝土，對于新技術的應用，目前在設計工作中主要是參考《高強高性能混凝土結構設計指南》和《高強高性能混凝土結構技術規程》。而且新規范中對混凝土強度等級也做出了新的規定，取消低強等級C7.5和C10級，增加高強等級C60-C80級。在新型混凝土的特殊力學性能方面，對其應用范圍和較高強度的利用加以必要的限制， 同時調整設計參數和增加構造措施保證結構的延性。

2.2 柱子的延性控制

為了保證混凝土的高強度，配置的混凝土擁有低水灰比與致密的微觀結構，這就使得其很高的強度和抗滲性能，但是隨著這些新型混凝土的使用，一些問題也逐漸表現出來：較大的脆性、低防火能力、長期強度增長很少和自收縮問題。因此，在高強高性能混凝土結構設計中，最重要的問題就是要保證構件的延性。

2.3 梁柱節點核心區的驗算與處理

對于梁柱的結點核心區，其抗剪驗算可以按照新混凝土結構設計規范來進行，當然，不僅僅要進行抗剪驗算，還要從構造上采取一定的措施來增強結點：為增強梁對柱的約束，可采取梁端水平加腋的方法，保證梁寬要大于柱寬的一半，對邊、角柱宜使外墻適當外移，采取加挑梁的結構布置方法使節點四周均處于四面均有梁的約束中。

2.4 混凝土強度等級變化部位的施工

混凝土強度等級變化的部位通常是在梁柱的分界面處，在設計時要注意梁端混凝土的高強高性能設計，以改善梁的延性和梁縱筋在核心區中的錨固性能，提高梁端抗剪能力和減少柱核心區剪力。在具體工程實際中，分界面采用加楔或綁扎篩網，先澆筑高強高性能混凝土，再澆筑普通混凝土。

3 工程施工及試驗研究

為了詳細說明高強高性能混凝土在實際工程中的應用，下面結合某機場航站區的擴建工程為例，來闡述此技術的具體應用。機場航站區的擴建工程要求極高，該區結構整體要求是采用高強高性能混凝土，對混凝土的應用以及整個工程的施工都提出了極高的要求。

高強高性能混凝土在此工程中的應用包括制作與施工2個方面，要求這兩方面必須有效的結合在一起，相互照應，不僅在生產階段要采取相應措施，在施工階段也要注意必要的技術措施來配合施工，才能保證高性能混凝土的施工質量。可以在振搗時采用高頻振搗器，但是實際操作時要嚴格根據規定要求來進行，避免出現振搗不足或者過勁的情況；為了防止裂縫的發生或者減小裂縫的嚴重程度，可以將振搗與壓面操作多進行幾次；為了防止混凝土內部嚴重失水，要加強對混凝土的早起養護。

用C60高強混凝土配合以及采取了一定技術處理之后的C60高性能混凝土配合比各澆筑一段形體相同的墻，然后測試混凝土內部問題以比較二者水化熱情況。7天的測試期過后可發現，后者的水化熱峰值比前者要低不少而且出現的時間也推遲了不少。然后測試摻入復合高效減水劑的混凝土的凝結時間，結果發現比正常要推遲了10多個小時，測試該混凝土的坍落度也是極大的降低了損失率。對該混凝土配比成型的抗滲試件進行28天的抗滲試驗，發現試件內部滲水高度在5-10mm左右。這些試驗證明該混凝土具備高強度、低水化熱、小收縮性、良好耐久性和抗滲性等主要技術特點，可用于該工程。

結語

作為傳統混凝土技術的突破，高強高性能混凝土的研究與應用，使得工程領域進入一個全新的時代，對于建筑結構的發展做出了巨大的貢獻，不僅如此，高強高性能混凝土還對建筑節能、工程質量、工程成本等有著比較積極的意義。根據高強高性能混凝土的發展和廣泛應用，看以預期，在不久的將來，其應用必將更為廣泛，其更多的工程功效也有待我們的開發和利用。

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