試論高強(qiáng)混凝土在建筑工程中的應(yīng)用

沈忠

【摘 要】高效減水劑的推廣應(yīng)用，使高強(qiáng)砼的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)展到工民建、地鐵、地下人防、道路橋梁等各個(gè)領(lǐng)域。要推廣和應(yīng)用好高強(qiáng)砼必須認(rèn)真把握好以下幾個(gè)重要環(huán)節(jié)：把好水泥、外加劑、摻合料、粗細(xì)骨料等原材料質(zhì)量關(guān)；科學(xué)、合理地做好高強(qiáng)砼配合比設(shè)計(jì)；認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)刂朴喓酶邚?qiáng)砼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的施工方案，并通過(guò)精心施工操作把藍(lán)圖變成現(xiàn)實(shí)。

【關(guān)鍵詞】高強(qiáng)砼；高效減水劑；精心施工

自從20世紀(jì)70年代高效減水劑問(wèn)世以來(lái)，以常規(guī)水泥、砂、石為原料配制的高強(qiáng)砼施工技術(shù)得到了較快發(fā)展，特別是高效減水劑的推廣應(yīng)用，克服了已往高強(qiáng)砼只能以干硬性狀態(tài)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拌制，不能采用工廠化拌制和泵送技術(shù)澆筑砼的弊端，同時(shí)，在砼拌合物的工作度、砼強(qiáng)度、密實(shí)度和抗?jié)B能力等方面均具有優(yōu)良的綜合性能，因而其應(yīng)用范圍已遍及工民建、地鐵、地下人防、道路橋梁、港口碼頭等各個(gè)領(lǐng)域。某些發(fā)達(dá)國(guó)家已能提供強(qiáng)度等級(jí)達(dá)C80～C100的高強(qiáng)商品砼，這對(duì)我們既是挑戰(zhàn)，也是一種機(jī)遇。

1 高強(qiáng)砼原材料與配合比

高強(qiáng)砼與普通砼相比，不同之處在于多組分與低水灰比，其最終目的都是為了增加砼的密實(shí)度，改善和優(yōu)化骨料與水泥漿之間的界面性能，從而實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)和耐久的目標(biāo)。由于高效減水劑具有分散水泥顆粒和消除絮凝的作用，在砼拌和物中引入高效減水劑能有效解決低水灰比與拌合物工作度之間的矛盾；而在拌合物中加入礦物摻合料，對(duì)于防止因水泥水化熱引發(fā)的砼開(kāi)裂也有顯著效果，而且還可使其后期強(qiáng)度得到較快增長(zhǎng)；在拌和物中摻加粉煤灰和磨細(xì)礦渣粉等摻合料，不僅能在確保強(qiáng)度不降低的情況下減少水泥用量和水化熱，還有改善拌合物工作度、減少泌水和離析現(xiàn)象，提高砼耐酸性和防止發(fā)生堿骨料反應(yīng)的作用。

1.1 高強(qiáng)砼對(duì)水泥的要求

高強(qiáng)砼宜選用強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5的硅酸鹽水泥，至于水泥品種，還應(yīng)考慮其水化熱、早期強(qiáng)度和耐久性等要求；水泥中游離氧化鈣、氯化鎂等有害成分應(yīng)盡量少些，因含堿量大的水泥配制的砼易開(kāi)裂；還應(yīng)盡可能減少水泥用量，為保持砼拌和物必需的漿體，可用粉煤灰、硅粉或礦渣粉等加以補(bǔ)充，因如水泥用量過(guò)多，不僅對(duì)強(qiáng)度的提高作用不大，反而會(huì)增加砼的收縮變形，對(duì)強(qiáng)度和耐久性極為不利。

1.2 高強(qiáng)砼對(duì)外加劑的要求

正確選擇和使用高效減水劑是配制高強(qiáng)砼的關(guān)鍵，需要通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)才能確定，并且往往還要參照外單位的成功經(jīng)驗(yàn)，因此，對(duì)初次從事高強(qiáng)砼配制的施工企業(yè)來(lái)說(shuō)，還應(yīng)向?qū)ｉT機(jī)構(gòu)作技術(shù)咨詢。配制高強(qiáng)砼所需的外加劑主要有高效減水劑和緩凝劑等。由于水泥品牌的不同，高效減水劑的化學(xué)成分各異，因此，在配制高強(qiáng)砼前，應(yīng)對(duì)水泥（包括礦物摻合料）和高效減水劑進(jìn)行低水灰比條件下的相關(guān)檢測(cè)，以及其他因素對(duì)高效減水劑效果產(chǎn)生的影響，比如高效減水劑的摻加量、投放時(shí)間及方式、砼的配合比、礦物摻合料的品種和摻量以及環(huán)境溫度等。使用高效減水劑常會(huì)遇到其拌合物的流動(dòng)性會(huì)隨時(shí)間推移而逐漸損失，解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是：（1）采用能與緩凝劑復(fù)合的高效減水劑；（2）使用載體流化劑，將高效減水劑與載體流化劑混合，加入砼拌合物后使減水劑緩慢釋放出來(lái)，就可使拌合物塌落度在1.5～2小時(shí)內(nèi)不受損失。

1.3 高強(qiáng)砼對(duì)摻合料的要求

最常用的摻合料有以下三種：

1.3.1 粉煤灰

它能有效提高砼的抗?jié)B性，顯著改善砼拌合物的工作度，并具有減水作用。泵送高強(qiáng)砼更應(yīng)摻加適量?jī)?yōu)質(zhì)粉煤灰，以有效提高拌合物的可泵性。摻用粉煤灰時(shí)必須關(guān)注它的物理特征與化學(xué)成分之間的關(guān)系和變異性；配制高強(qiáng)砼應(yīng)首選Ⅰ級(jí)粉煤灰，粉煤灰的摻量應(yīng)控制在水泥總量的30%以內(nèi)。

1.3.2 磨細(xì)礦渣粉

高爐粒狀礦渣磨細(xì)后與水泥類似，會(huì)發(fā)生明顯的水化反應(yīng)，生成具有膠粘性的產(chǎn)物，因此，摻加磨細(xì)礦渣粉的高強(qiáng)砼具有很好的活性，還能改善砼的耐化學(xué)侵蝕性，其缺點(diǎn)是會(huì)增加砼的水化熱和凝固收縮值，因而應(yīng)控制好摻量。

1.3.3 硅粉

摻加硅粉后的砼具有早強(qiáng)和耐磨特點(diǎn)，配制時(shí)應(yīng)控制水膠比；摻加硅粉后砼中的水泥、粉煤灰的水化作用會(huì)加快、用水量稍大，故應(yīng)與高效減水劑配合使用。

還有一點(diǎn)需要強(qiáng)調(diào)的是，在配制高強(qiáng)砼時(shí)，同時(shí)摻入兩種以上摻合料要比單一礦物摻合料效果會(huì)更好，可使砼產(chǎn)生疊加效應(yīng)，取長(zhǎng)補(bǔ)短。

1.4 高強(qiáng)砼對(duì)粗細(xì)骨料的要求

用于拌制高強(qiáng)砼的粗骨料宜選用堅(jiān)硬密實(shí)的石灰?guī)r、花崗巖、輝綠巖、正長(zhǎng)巖等深層火成巖碎塊；粗骨料的最大粒徑與砼構(gòu)件的斷面尺寸、鋼筋間距以及泵送條件等因素有關(guān)，一般可選用20～40mm；石子含泥量不得大于0.5%。拌制高強(qiáng)砼應(yīng)優(yōu)選細(xì)度模數(shù)為2.45～3.20的中粗砂，含泥量≤1.5%。

1.5 高強(qiáng)砼對(duì)配合比設(shè)計(jì)的要求

當(dāng)按上述各項(xiàng)要求選定了配制高強(qiáng)砼的水泥品種、強(qiáng)度等級(jí)、外加劑和各種摻合料以及粗細(xì)骨料以后，還必須選擇有相應(yīng)資質(zhì)和試驗(yàn)?zāi)芰Φ慕ú脑囼?yàn)室進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)和試配工作。由于高強(qiáng)砼的組分比較復(fù)雜，在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)往往要進(jìn)行多次試配、反復(fù)檢測(cè)各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)，還要考慮高效減水劑、粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉、硅粉等與水泥、砂石之間的相容性問(wèn)題，耗時(shí)較長(zhǎng)，所以務(wù)必提早一段時(shí)間進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)和試配，以免耽誤正常施工使用。

2 高強(qiáng)砼在建筑工程中的應(yīng)用

早在20世紀(jì)70年代初，我國(guó)就開(kāi)始了對(duì)高效減水劑的應(yīng)用研究，但在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，由于當(dāng)時(shí)的政治形勢(shì)和缺乏一些相關(guān)技術(shù)政策和規(guī)范，我國(guó)建筑業(yè)的施工技術(shù)和施工管理水平還是比較低下，使高強(qiáng)砼的應(yīng)用研究處于停滯狀態(tài)。直至1978年改革開(kāi)放以后，一些高檔的建筑工程和較大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目才逐漸蓬勃興起，迫使建筑業(yè)科技人員不得不加快對(duì)高強(qiáng)砼的應(yīng)用研究步伐；也只有在這種新形勢(shì)下，高強(qiáng)砼在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)效益上的巨大優(yōu)越性才日益被人們所認(rèn)識(shí)。對(duì)此，國(guó)家還組織了多項(xiàng)大型研究課題，比如：對(duì)高強(qiáng)砼結(jié)構(gòu)性能、設(shè)計(jì)理論及施工工藝的研究；高強(qiáng)與高性能砼材料的結(jié)構(gòu)力學(xué)性狀研究等。

高強(qiáng)砼在工業(yè)與民用建筑工程中的應(yīng)用主要有以下幾方面。

2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)

高層、小高層乃至超高層建筑不僅在大城市、特大城市蓬勃興起，就是在許多中小城鎮(zhèn)也在快速興建中；在設(shè)計(jì)和建造高層建筑過(guò)程中，有一個(gè)關(guān)鍵難題始終困擾著從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和把設(shè)計(jì)藍(lán)圖變?yōu)閷?shí)際建筑物的結(jié)構(gòu)工程師和施工工程師們，就是如何用自重較小而強(qiáng)度、韌性、剛度、耐久性相對(duì)較高的建筑材料來(lái)設(shè)計(jì)和建造層數(shù)越來(lái)越多、總高度超過(guò)數(shù)百米的高層建筑結(jié)構(gòu)。高強(qiáng)砼的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究，為解決這個(gè)難題開(kāi)辟了一條廣闊的道路：可以在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工中，采用具有相應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)的高強(qiáng)砼來(lái)設(shè)計(jì)和建造柱、梁、剪力墻和筒體等結(jié)構(gòu)，在按使用要求擴(kuò)大柱網(wǎng)間距、加大網(wǎng)架或梁的跨度后，可以在樓層之間采用相同截面的框柱、框梁、剪力墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，有利于統(tǒng)一框柱、框梁、剪力墻等的斷面尺寸和模板規(guī)格，節(jié)省制作、安裝模板工料，方便施工，還可利用高強(qiáng)砼早強(qiáng)特點(diǎn)加快施工進(jìn)度。高強(qiáng)砼還有彈性模量高、徐變小的特點(diǎn)，可大大減少高層建筑框柱的壓縮變形值和提高結(jié)構(gòu)剛度。

2.2 大跨度結(jié)構(gòu)

大跨度樓屋蓋的自重占結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載中的絕大部分，如采用高強(qiáng)砼就可顯著減少結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算荷載；對(duì)大跨度受彎構(gòu)件而言，設(shè)計(jì)所需的截面高度或最大跨度往往是受剛度而非強(qiáng)度控制；采用高強(qiáng)砼能顯著提高其剛度、減少其截面高度或增加其跨度。

2.3 處于露天或侵蝕性環(huán)境下的建（構(gòu)）筑物

高強(qiáng)砼有較強(qiáng)的抵抗大氣環(huán)境作用和化學(xué)物質(zhì)侵蝕及耐磨等能力。貯存某些化學(xué)物品的筒倉(cāng)或貯罐，周圍大氣或所處土層中含有較多鹽類的工程構(gòu)筑物，以及直接受到侵蝕性介質(zhì)作用或機(jī)械磨損的車間、車庫(kù)等地面或構(gòu)件，均宜用高強(qiáng)砼來(lái)建造。

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