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(jīng)濟社會的發(fā)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(jīng)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(xiàn)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?jié)B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(fā)展，建筑結構向著更高的方向發(fā)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(xiàn)，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(jīng)有許多企業(yè)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(chǎn)相對麻煩且成本高；其次是近年來國內外發(fā)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(wěn)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(jù)

我國89混凝土結構設計規(guī)范中的某些條文已經(jīng)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(guī)程》。而且新規(guī)范中對混凝土強度等級也做出了新的規(guī)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(shù)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?jié)B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(xiàn)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(jié)點核心區(qū)的驗算與處理

對于梁柱的結點核心區(qū)，其抗剪驗算可以按照新混凝土結構設計規(guī)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(jié)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(qū)中的錨固性能，提高梁端抗剪能力和減少柱核心區(qū)剪力。在具體工程實際中，分界面采用加楔或綁扎篩網(wǎng)，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(qū)的擴建工程為例，來闡述此技術的具體應用。機場航站區(qū)的擴建工程要求極高，該區(qū)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(chǎn)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(jù)規(guī)定要求來進行，避免出現(xiàn)振搗不足或者過勁的情況；為了防止裂縫的發(fā)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(yǎng)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(fā)現(xiàn)，后者的水化熱峰值比前者要低不少而且出現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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?jié)B試件進行28天的抗?jié)B試驗，發(fā)現(xiàn)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?jié)B性等主要技術特點，可用于該工程。

結語

作為傳統(tǒng)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(fā)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(jié)能、工程質量、工程成本等有著比較積極的意義。根據(jù)高強高性能混凝土的發(fā)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(fā)和利用。

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