新型混凝土材料在建筑工程中的應用分析

戴 永 祥

(1.太原理工大學，山西太原 030024;2.中鐵十二局集團建筑安裝工程有限公司，山西太原 030024)

隨著世界經(jīng)濟和科技的發(fā)展，建筑形式也在逐步發(fā)展。而混凝土有原料相對豐富，價格相對低廉，生產(chǎn)的工藝也相對簡單的優(yōu)點，因此其使用量也越來越大，并且新型的混凝土抗壓的強度高，其耐久性也比較好，強度的等級范圍較寬，所以使用范圍也更加廣泛，不僅一些土木工程使用新型的混凝土，機械工業(yè)、造船業(yè)、地熱工程、海洋開發(fā)等其他作業(yè)中，新型的混凝土也占據(jù)重要的位置。總之，隨著維持社會的可持續(xù)發(fā)展、保護環(huán)境和保持生態(tài)的多樣性的呼聲不斷高漲，新型的混凝土材料在應用方面也會得到各國環(huán)境和材料學者的密切重視。

1 新型混凝土材料的特性

隨著21世紀的發(fā)展，新型的混凝土朝向高強、耐久、輕質(zhì)、抗凍融、抗磨損、抗災、抗?jié)B、抗爆等一些方向快速發(fā)展。而且膠凝材料及新型的外加劑的出現(xiàn)使本來就性能優(yōu)良的混凝土材料，增加了更優(yōu)異的耐久性能和力學性能。這類新型的混凝土被稱作高性能的混凝土，也就是HPC。HPC組成的材料有水、水泥、多種礦物的摻合料、粗細集料及超塑化劑，其組成與配比較普通的混凝土相對復雜很多，要求相應也高很多。從強度來說，HPC具備高強(60 MPa～100 MPa)及超高強(不小于100 MPa)的特性，使用高強的混凝土，不僅可以減小建筑的截面尺寸，而且能減輕結構的自重及其對地基造成的負荷，并且能減少材料的使用量，增大材料的使用空間，大幅度降低工程的造價，從而獲得更大的效益。因為HPC具有比較高的工作性，不僅能減輕施工的勞動強度，而且還能節(jié)約建筑施工能耗。HPC具備優(yōu)良的耐久性，并增加了混凝土抵御惡劣環(huán)境的能力，延長了建筑物的壽命，并且減少對環(huán)境的影響及維修費用，具有比較顯著的經(jīng)濟效益。所以近些年來由于HPC所具備的優(yōu)良特性使其在國內(nèi)外建筑工程中都得到了相對廣泛地應用。綜合此新型混凝土材料的特性，HPC代表了目前混凝土在市場上發(fā)展的總體趨勢，具有高強度，大流動性，高耐久性，低水化熱，高體積，穩(wěn)定性等諸多方面相對優(yōu)越的性能，它的廣泛應用將會對混凝土結構性能及其施工技術起到非常關鍵的作用。

2 高性能混凝土的應用

2.1 高性能混凝土具備的特性

1)新拌混凝土具有工作性;新拌混凝土所具備的工作性是相對綜合的指標，比如填充性、流動性、可泵性、均勻性等等。HPC需要新拌混凝土有較大的流動性及流動時的損失小，來滿足混凝土運輸、集中攪拌、澆筑、泵送的各項要求。甚至要求在澆筑時混凝土能不振搗而自動流平，即要求其具備優(yōu)良的填充性。這些要求對于普通的混凝土來說是很難滿足的。同普通的混凝土比較，HPC有很復雜組分，各種摻合料同超塑化劑進行配合使用，目的是能夠通過這些組分對其性能進行調(diào)整。其中比較關鍵的技術包括超塑化劑及其組成比較單一的一些超塑化劑(比如三聚氰胺和萘都是高效的減水劑)，盡管對比較強的分散水泥漿，而且減水率達到18以上，依然無法滿足HPC對其工作性的各項要求。因為成分比較單一的超塑化劑很難解決離析分層、坍落度的損失等問題。所以，必須把高效的減水劑和緩凝劑、穩(wěn)定劑、引氣劑等組成一種復合的超塑化劑才能夠比較全面的滿足HPC對其工作性的各項要求。2)硬化混凝土的特性。現(xiàn)代的建筑逐步向大跨度及高層化的方向發(fā)展，所以這就促進了有關高強新型混凝土的一些研究與開發(fā)。高層的建筑中，其混凝土的強度對應于建筑的柱子軸力。也可以說各建筑的層數(shù)由其使用的混凝土的強度決定。25層～30層的一些建筑要用強度在36 MPa～42 MPa之間的混凝土，而30層～35層的要用42 MPa～48 MPa的混凝土，對于更高層的一些建筑則需要更加高強度的混凝土;比如60層的需要用100 MPa的混凝土。而目前大多數(shù)建筑的設計及施工較30層～35層(高度大約100 m)的居多。所以，上述所說的范圍在60 MPa～120 MPa強度的HPC是我們當前研究及以后發(fā)展的具體方向，而且會大量使用強度標號為C40的混凝土。在這種情況下，高性能混凝土的配合比在設計時可以參考普通的混凝土配比所用的方法，但主要的組成材料及性能應當滿足HPC的各項要求，HPC比普通的混凝土耐久得多，主要因為設計其配合比的時候，就已經(jīng)考慮到其耐久性的問題。尤其是早期的下沉、硬化、干縮小、收縮小、水化、放熱低等，因此增強了混凝土在抗裂縫方面的能力。硬化后的新型混凝土結構密實，而且滲透性比較低。這些特性都能使混凝土對外部因素的抵抗能力得以提高，而最終得到一種耐久性較好的新型的混凝土。

2.2 HPC的各種應用研究

據(jù)了解，全球每年的混凝土使用量可以達到90億t，耗資之巨，規(guī)模之大，應用之廣，身為現(xiàn)代化工程的主要材料其地位依舊無法被撼動。而混凝土在工程結構的使用至今大概有170多年的歷史，縱覽混凝土在技術上的發(fā)展進程，主要遵循了其復合化、高性能化、高強化的技術路線。長時間以來，人們太注重混凝土在力學方面的性能，重點集中在混凝土強度的提高上，以改善其強度比例來代表混凝土的性能優(yōu)劣程度，卻對混凝土的耐久性影響因素不夠重視，從而導致了很多的工程結構出現(xiàn)開裂甚至崩塌的現(xiàn)象。比如，1980年，烏克蘭一個叫切爾諾貝利的核電站發(fā)生泄漏事件;日本一些使用鋼筋混凝土的橋梁，因無法使用在投入不滿20年就被迫炸毀;我國遼寧盤錦的遼河大橋發(fā)生斷毀等。之外，還有因為混凝土的耐久性能不高，導致混凝土建筑工程的各種維修費加劇增大。所以要增加混凝土使用的壽命，研發(fā)高性能的混凝土材料則勢在必行。2001年10月我國用高性能的混凝土完成了航站樓建筑的第一塊較大面積樓板的成功澆搗。此樓板為長條形，長大概80 m，寬大概20 m，厚約合500 mm，在澆筑之前沿著樓板的長度方向從南向北放置兩條施工用的泵管，并投入兩條生產(chǎn)線生產(chǎn)混凝土，22臺攪拌車攪拌混凝土，兩臺混凝土泵機，其施工用時達到14 h，且施工過程非常順利。之后，檢查并認可了此種混凝土的抗裂性，在總結了其施工和養(yǎng)護的經(jīng)驗基礎上，陸續(xù)地澆搗了更多其他大面積的樓板，在整個航站樓建設施工中補償收縮纖維混凝土的總量超過了4萬m3。經(jīng)過檢驗，所有用補償收縮纖維混凝土的施工樓板其強度都達到了設計的要求，其抗裂的效果得到了各方人士的好評和認可。目前，我國在研究和應用高性能的混凝土方面發(fā)展十分迅速。我國成為了生產(chǎn)與使用混凝土的主要國家之一，混凝土質(zhì)量也在不斷提高，并在近10年逐步涉足HPC的研究與應用。隨著HPC的優(yōu)越性在不斷被認可，混凝土的應用技術逐步發(fā)展，城市的建設速度不斷加快，高性能的混凝土也獲得了比較快速發(fā)展。所以高性能的混凝土越來越被廣泛應用于實際工程中，尤其是一些高層建筑，海上的采油平臺，大跨度的橋梁，海港碼頭以及礦井工程等其他工程中的使用也日益增加。我國很多的研究單位也已研制出了如普通泵送的HPC、粉煤灰大摻量的HPC、高流態(tài)密實的HPC、纖維增加的HPC、輕骨料的HPC、港工和海工HPC、高拋纖維HPC等等，并研制出了從C30～C80的各個不同強度等級的其他高性能混凝土以及比較完備的檢測高性能混凝土所具備的耐久性的設備，并掌握了成套相配的施工技術與檢測混凝土耐久性的技術等。

3 結語

當前我國新型混凝土材料的發(fā)展形勢趨向于良好，但是要在諸多建筑工程施工中推廣使用HPC仍舊需要一段時間的認識與實踐。國內(nèi)建筑基礎的建設也在不斷增強，所以HPC成為關鍵的建筑材料至關重要。

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