建筑新材料應用探析

【摘 要】隨著水泥加工工藝和施工技術飛快發展，混凝土材料品種不斷增多，新型混凝土材料在工程建設中的地位顯得日益重要。文章闡述了新型混凝土的特點，并探討了其在建筑工程中的應用。

【關鍵詞】新型；混凝土應用分析

普通的混凝土材料系由膠結材料（石灰、水泥）、細骨料（砂子）、粗骨料（石子）和水所組成。在性能及其應用與發展的普通混凝土基礎上，根據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域中的應用。

1.新型混凝土(High Performance Concrete)概述

混凝土技術發展已有170多年的歷史，在緩慢的發展過程中，曾出現幾次變革，那就是1919年發現了水灰比定理，1938年發現了引氣劑，60年代初出現高效減水劑。目前，混凝土技術發展又處在一個變革時期。新型外加劑和膠凝材料的出現使既有良好的工作性，又有優異的力學性能和耐久性能的混凝土的生產成為現實。這種新型混凝土稱為新型混凝土(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。

上個世紀末以來，一些發達國家相繼研制成功新型混凝土（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的優點體現在：

（1）由于HPC的高強（60Mpa－100Mpa）和超高強(≥100MPa)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，節約施工能耗。

（3）HPC的高耐久性可增加對惡劣環境的抵御能力，延長建筑物的使用壽命，減少維修費用及對環境帶來的影響，具有顯著的社會和經濟效益。

2.新型混凝土在建筑工程中的應用

為了分析新型混凝土在建筑工程中的應用，首先從新型混凝土的特性來了解新型混凝土。

2.1新型混凝土特性

2.1.1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。

2.1.2硬化混凝土的性能

現代建筑向高層化、大跨度方向發展，因此促進了高強HPC的研究和開發。在高層建筑中，混凝土強度是對應于柱子的軸力?？梢哉f建筑物的層數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100m）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。

2.2新型混凝土的應用研究

據悉，全世界每年混凝土用量可達90億噸，規模之大、耗資之巨、應用之廣，作為現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展進程，其發展主要遵循復合化、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 K jell號突然破壞；烏克蘭境內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，發展新型混凝土勢在必行。

在近年的建筑施工中，經檢驗，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，沒有發現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，吳中偉首次將新型混凝土介紹到國內。如今，我國新型混凝土的研究、應用發展迅速。我國是生產和使用混凝土的大國，混凝土的質量在不斷地提高，涉足新型混凝土的研究和應用還是近10年的事。隨著新型混凝土的優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，新型混凝土獲得了迅速發展。

新型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)、遼寧物產大廈(C80)、南京希爾頓國際大酒店（C30和C50）、長春國際商貿城(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研制出普通泵送新型混凝土、大摻量粉煤灰新型混凝土、高流態自密實新型混凝土、纖維增加新型混凝土、輕骨料新型混凝土、水下不分散新型混凝土港工與海工新型混凝土、高拋纖維新型混凝土等等，研制出C30-C80的各種強度等級的新型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。其中具有優異耐久性的C30新型混凝土即將在地質條件復雜的深圳地鐵工程中大規模使用。

3.結語

如今我國HPC發展形勢一片良好，但是要使HPC在建筑工程中推廣使用還需一個認識和實踐的過程。隨著我國建筑基礎建設的不斷增強。HPC必將成為新世紀的重要建筑工程材料。

【參考文獻】

［１］陳本沛.混凝土結構理論和應用研究的理論與發展[M]．大連：大連理工大學出版社．2004．

［２］張鵬，新型混凝土材料在土木工程領域中的應用．邢臺職業技術學院學報，2008，(2)．