高性能混凝土應(yīng)用于建筑工程的可行性研究

【摘要】隨著建筑產(chǎn)業(yè)科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，高性能混凝土由于其結(jié)構(gòu)方面的諸多優(yōu)越特色而受到了建筑工程產(chǎn)業(yè)的高度重視。在這種背景下，本文首先探討了高性能混凝土的應(yīng)用現(xiàn)狀，進(jìn)而分析了高性能混凝土結(jié)構(gòu)特色及高層建筑應(yīng)用，從而揭示其應(yīng)用可行性。

【關(guān)鍵詞】高性能；混凝土；建筑工程；應(yīng)用；可行性

一、高性能混凝土的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前我國(guó)房屋建筑以鋼筋混凝土（RC）建物居多，由于RC自重過(guò)大，其所建的樓層數(shù)基本可達(dá)三十層樓左右。日本在上世紀(jì)末啟動(dòng)了超高強(qiáng)度鋼筋混凝土（NewRC）研究計(jì)劃，將混凝土強(qiáng)度與鋼筋強(qiáng)度分別提升到140Mpa與700Mpa的等級(jí)，以有效降低構(gòu)材斷面尺寸與自重，增加室內(nèi)可用空間，有利于超高樓層使用。日本超高強(qiáng)度鋼筋混凝土研究發(fā)展計(jì)劃的主要成果有：超高強(qiáng)度鋼筋混凝土用材料的開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)出超高強(qiáng)度的混凝土（強(qiáng)度介于30至120N/mm2）及鋼筋（強(qiáng)度介于400至1200N/mm2），同時(shí)制作出其性能評(píng)估的試驗(yàn)方法及判定基準(zhǔn)；施工基準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)，制作出New RC施工基準(zhǔn)，以別于以往的施工基準(zhǔn)；結(jié)構(gòu)性能評(píng)估方法的開(kāi)發(fā)，提出錨定、圍束效果、雙方向應(yīng)力下的平板強(qiáng)度等的評(píng)估式；設(shè)計(jì)方法的開(kāi)發(fā)，研究地震時(shí)的動(dòng)態(tài)行為的設(shè)計(jì)體系，要求安全率的明確化。目前，以超高強(qiáng)度鋼筋混凝土施作超高層建筑物于日本已相當(dāng)普遍，但在我國(guó)仍缺乏實(shí)際案例。本文對(duì)高性能混凝土在建筑工程的應(yīng)用可行性加以分析。

需要注意的是，高性能并不能等同于高強(qiáng)度。高性能混凝土技術(shù)的發(fā)展對(duì)建筑工程有著重大的作用，致過(guò)去只能采鋼結(jié)構(gòu)建造的高層、大跨度和惡劣環(huán)境中的結(jié)構(gòu)物可以使用鋼筋混凝土，如此不僅節(jié)省了能源的消耗（承受1000t的靜荷載、高1m的柱子用混凝土與用鋼相比，所消耗的能源可減少約57%），而且相對(duì)于環(huán)境條件對(duì)鋼的腐蝕來(lái)說(shuō)，混凝土是更為耐久的材料。因此，近年來(lái)混凝土的強(qiáng)度不斷提高，是科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的體現(xiàn)，并促進(jìn)了建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。然而，世界上不存在完美無(wú)缺的事物，有一利必有一弊，有所得必有所失；任何技術(shù)都有其適用的范圍，目前大多數(shù)人仍把高性能和高強(qiáng)度聯(lián)系在一起，甚至有人盲目追求混凝土的“高強(qiáng)度”、“超高強(qiáng)度”以至“特超高強(qiáng)度”，并以此做為品質(zhì)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。然而，許多報(bào)道所指開(kāi)裂的“高性能混凝土”，其實(shí)都是高強(qiáng)度混凝土的產(chǎn)物。

二、高性能混凝土結(jié)構(gòu)特色及高層建筑應(yīng)用

（一）結(jié)構(gòu)特色

高性能混凝土結(jié)構(gòu)最主要的特色是具有可靠度及耐久性。我國(guó)高性能混凝土結(jié)構(gòu)的“結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)范中，針對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性的定義為：高性能混凝土結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力。這里的規(guī)定時(shí)間，是指結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限，規(guī)定條件是指正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和正常維護(hù)；而預(yù)定功能則指結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性。所謂結(jié)構(gòu)的耐久性，是指結(jié)構(gòu)在正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和正常維護(hù)條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能隨時(shí)間的劣化，但乃能滿足預(yù)定功能的能力。結(jié)構(gòu)耐久性還可以定義為：結(jié)構(gòu)在化學(xué)的、生物的或其他不利因素的作用下，在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)，其材料性能的惡化不致導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不可接受的失效概率；或指結(jié)構(gòu)在要求的目標(biāo)使用期內(nèi)，不需要花費(fèi)大量資金補(bǔ)強(qiáng)處理而能保證其安全性和適用性的能力。從結(jié)構(gòu)可靠性與耐久性的定義可以看出，結(jié)構(gòu)可靠性主要表征結(jié)構(gòu)的行為能力問(wèn)題，而結(jié)構(gòu)的耐久性則主要反映在服務(wù)時(shí)間所應(yīng)具備設(shè)計(jì)性能問(wèn)題。

（二）研究開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

我國(guó)的“十五”科技公關(guān)中，我國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院對(duì)C30～C50中等強(qiáng)度混凝土高性能化關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，提出“壽命優(yōu)先、強(qiáng)度適中”，更清楚定義了高性能混凝土應(yīng)具有良好的工作性、高的耐久性和工程所需要的強(qiáng)度。我國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)CECS207-2006《高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，規(guī)定“采用常規(guī)材料和工藝生產(chǎn)得能保證混凝土結(jié)構(gòu)所需要的各項(xiàng)力學(xué)性能，并具有高耐久性、高工作性和體積穩(wěn)定性的混凝土”。重點(diǎn)是高性能混凝土所處的環(huán)境應(yīng)具耐久性，包含下列一種或數(shù)種要求：水膠比≤0.38；56天齡期總導(dǎo)電量1000庫(kù)倫；300次凍融循環(huán)后動(dòng)彈性模數(shù)≥80%；膠凝材料抗硫酸鹽腐蝕試驗(yàn)試件15周膨脹率≤0.4%，混凝土最大水膠比≤0.45；混凝土中可溶性堿的總含量≤3.0kg/m3。

從應(yīng)用來(lái)看，高性能混凝土（>40MPa）在30層以上高層建筑物的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)得到了很好的應(yīng)用，因?yàn)檫@種建筑物下部三分之一的柱子，在用普通混凝土?xí)r斷面很大。除節(jié)省材料費(fèi)用外，與鋼結(jié)構(gòu)相比，加快施工速度也是采用混凝土結(jié)構(gòu)的重要特點(diǎn)。從應(yīng)用應(yīng)用實(shí)例來(lái)看，有如下兩個(gè)典型事例：一是高性能混凝土應(yīng)用C80高強(qiáng)與高性能混凝土在沈陽(yáng)方園大廈、大西電業(yè)園等多項(xiàng)高層建筑鋼管混凝土柱中應(yīng)用。二是上海高性能混凝土研究領(lǐng)域中取得一大批可喜的成果，其中具有代表性的成果有：中華第一高樓——88層金茂大廈的C40一次泵送到382.5m；明天廣場(chǎng)礦渣微粉C80泵送混凝土；在上海教育電視臺(tái)綜合樓大體積基礎(chǔ)混凝土，水泥用量只占膠凝材料總量的46%，配制的混凝土漿量飽滿，混凝土工作性、粘聚性和抗離析 性能都十分優(yōu)異，強(qiáng)度達(dá)到C40的高性能混凝土。

三、小結(jié)

可持續(xù)發(fā)展的應(yīng)當(dāng)最大限度的節(jié)省能源、資源與保護(hù)環(huán)境，并且耐久性本身也包含可持續(xù)發(fā)展的意義，減少修補(bǔ)和拆除的建筑廢棄物和資源的消耗?？梢詳喽?，除了個(gè)別臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，所有混凝土結(jié)構(gòu)都應(yīng)當(dāng)符合這樣的品質(zhì)目標(biāo)。因此，為了避免誤導(dǎo)，針對(duì)各個(gè)不同工程特點(diǎn)和需要，對(duì)混凝土提出滿足具體要求的性能和耐久性的設(shè)計(jì)，比籠統(tǒng)強(qiáng)調(diào)高性能混凝土的名詞要更科學(xué)一些。

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