淺析C60以上高強混凝土材料的選擇和應(yīng)用

林燕妮（廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司）

淺析C60以上高強混凝土材料的選擇和應(yīng)用

林燕妮
（廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司）

高強混凝土在高聳機構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)和高層建筑等工程中具有重要的作用。高強混凝土和一般的混凝土相比有很明顯的技術(shù)優(yōu)越性，如果采用高強混凝土，不僅能減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸，還能減輕自重，提高經(jīng)濟效益。這也是我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷擴大，城市化水平不斷提高的必要。本文主要探析混凝土的特點及應(yīng)用和原材料的選擇。

高強混凝土；性質(zhì)；材料

1 引言

工程中一般把強度等級為C60及其以上的混凝土稱為高強混凝土，當混凝土強度達到C100以上的混凝土稱為超高強混凝土。高強混凝土是用優(yōu)質(zhì)水泥、優(yōu)質(zhì)骨料，摻入減水劑或同時外加粉煤灰、礦粉、礦渣、硅粉等混合材料，經(jīng)特殊攪拌工藝生產(chǎn)而獲得的混凝土。

高強混凝土是近年來建筑工程領(lǐng)域發(fā)展的重要方向，高強混凝土具有強度高、耐久性能好、防滲性強、高流動性等優(yōu)越性能。在建筑的底部柱子和剪力墻中的使用有很好的效果，能夠增加截面的凈面積，改善空間提高使用功能。

2 高強混凝土的技術(shù)現(xiàn)狀

高強混凝土在我國的發(fā)展歷史是從上個世紀80年代以后才開始運用，隨后在近三十年中得到使用和推廣。目前在我國某些地區(qū)的高層建筑和結(jié)構(gòu)中都有高強混凝土的使用。結(jié)果表明，高強混凝土的運用在建筑工程中獲得了客觀的經(jīng)濟效益和施工效應(yīng)。高強混凝土材料為預(yù)應(yīng)力技術(shù)提供了參考，可采用高強度鋼材的作用提高了受彎構(gòu)件的抗彎剛度和抗裂性能。因此世界范圍內(nèi)越來越多地采用施加預(yù)應(yīng)力的高強混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于大跨度結(jié)構(gòu)和道路橋梁中。

3 高強混凝土特點

3.1一般性質(zhì)

和普通的混凝土相比，高強混凝土也具有流動性、粘聚性和保水性等方面的重要性能，同時具有混凝土硬化后的最重要的力學性能；在荷載或溫濕度作用下會產(chǎn)生變形，主要包括彈性變形、塑性變形、收縮和溫度變形等?；炷猎谑褂眠^程中抵抗各種破壞因素作用的能力，包括抗凍性、抗?jié)B性、抗蝕性及抗碳化能力等

3.2優(yōu)越性質(zhì)

高強混凝土作為一種新的建筑材料，其性能較一般混凝土相比具有抗壓強度高、抗變形能力強、孔隙率低的性質(zhì)。在高層建筑結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁結(jié)構(gòu)以及某些特種結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。高強混凝土最大的特點是其抗壓強度是普通強度混凝土的4～6倍。

由于這個性質(zhì)，在建筑中，可減小構(gòu)件的截面增加使用空間。在軸壓比和配箍率合適的情況下，高強混凝土框架柱具有較好的抗震性能。而且柱截面尺寸小，自重輕，抗震性能好，經(jīng)濟效益高。

此外，由于高強混凝土的密度大，在建造承受沖擊和爆炸荷載的建（構(gòu)）筑物中可使用這種材料，如核反應(yīng)堆的維護結(jié)構(gòu)等。利用高強混凝土抗?jié)B性能強和抗腐蝕性能強的特點，還建造具有高抗?jié)B、高抗腐蝕要求的工業(yè)水池。

4 C60 高強混凝土配置材料的選擇

根據(jù)CECS 104:99《高強混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》1.0.2條明確規(guī)定：“高強混凝土為采用水泥、砂、石、高效減水劑等外加劑和粉煤灰超細礦渣硅灰等礦物摻合料以常規(guī)工藝配制的C50～C80級混凝土?！?/p>

4.1水泥的選擇

高強混凝土所用的膠凝材料主要有一般水泥、特種水泥和超細礦物摻合料。更多的情況是選擇水泥，水泥宜選用不低于42.5等級的普通硅酸鹽水泥，作為無機膠凝材料與水攪拌后使混凝土拌合物具有可塑性。選用時水泥的流變性比強度是一個重要參數(shù)，最后要與減水劑相容性要好，因此C3A與含堿量要低，不宜用立窯水泥、早強水泥或其他混合材水泥。水泥的選用質(zhì)量必須符合GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》中硅酸鹽水泥或普通水泥的規(guī)定。同時，在高強混凝土中，水泥用量一般宜為400～500kg/m3。

4.2骨料的要求

骨料分粗骨料和細骨料。按照規(guī)范要求，粗骨料應(yīng)選用質(zhì)地堅硬，級配良好的花崗巖、石灰?guī)r、正長石、輝長巖、火成巖等碎石(不宜用卵石)，最大粒徑不超過20mm，骨料的各個方向要接近。骨料的立方體抗壓強度應(yīng)比所配制的混凝土強度高20%以上，粗骨料的性能對其彈性模量及抗壓強度起到關(guān)鍵性的作用。粗骨料的形狀、大小、礦物成分和強度都對混凝土的強度發(fā)生作用，如果粗骨料的強度不足，對高強混凝土的強度影響將無法彌補。例如選擇碎石骨料，石子的粒徑、表面性質(zhì)，雜質(zhì)含量也很重要，應(yīng)嚴格控制，立方抗壓強度fg>1.2fcu以上，針片狀小于%，不得混入軟弱顆粒。碎石的含泥量要小于1%。

細骨料優(yōu)先選用質(zhì)地堅硬，級配良好的河砂或人工砂。高強混凝土對細骨料的要求不是很高，但其中的粘土及云母含量應(yīng)盡量的低。粘土不但降低強度，并使拌料的需水量增加，影響水灰比。中砂的細度模數(shù)Mx≮2.6，含泥量≯1.5%（強度>C70級的混凝土≯1.0%且不容許有泥塊存在）。

4.3摻入外加劑

摻入外加劑的質(zhì)量應(yīng)符合GB8076-2008《混凝土外加劑質(zhì)量標準》的規(guī)定。根據(jù)混凝土的原材料、配合比和標號確定對外加劑的減水率和摻量的要求宜選用減水率高（>20%），與水泥相容性好，含堿低，坍落損失小的品種。如果是兩種復(fù)合外加劑，摻量一般為膠結(jié)材總量的1.5%～2.0%，摻量太多，超過飽和點后，不再提高減水率，并延緩凝結(jié)時間。

⑴緩凝劑。主要用于控制混凝土的凝結(jié)、硬化速度，以減少坍落度損失，降低放熱量，防止早期開裂，對于C3A與含堿量低的水泥，緩凝效果較好，但摻量不宜過多，要嚴加控制；摻量為水泥用量的0.1%～0.6%。

⑵引氣劑。摻入引氣劑可提高混凝土的流動性、減少離析、泌水現(xiàn)象，對保證混凝土拌合物的均勻性和硬化后的耐久性很有利，但引氣劑要降低強度，故不宜多加，一般以含氣量在3%～4%來控制其摻量?；炷恋臒釘U散及傳導(dǎo)系數(shù)降低，提高了混凝土的體積穩(wěn)定性，增強了野外結(jié)構(gòu)的耐候性，延長了道路混凝土的使用壽命。當含氣量為3%～5%時，抗折強度提高10%～20%。

⑶膨脹劑。主要是為了補償水泥的干縮和自收縮，增加抗裂性并在約束條件下增長強度。當水泥凝結(jié)硬化時，隨之體積膨脹，起補償收縮和張拉鋼筋產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力以及充分填充水泥間隙的作用。

4.4摻料

高強混凝土中的摻料一般有硅粉、粉煤灰、磨細的礦渣粉、沸石粉等。主要作用是改善混凝土的和易性，降低混凝土的孔隙率，改善水化物組成與過渡區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)。

⑴粉煤灰。在混凝土中摻量應(yīng)大于膠凝材料總量的20%，當摻量達30%以上時，水膠比不宜大于0.5，并應(yīng)隨粉煤灰摻量的增加而減小。粉煤灰作為摻和料用于凍融和腐蝕環(huán)境下的引氣混凝土時應(yīng)嚴格限制其燒失量。

⑵磨細礦渣。礦渣微粉可等量替代水泥制品中的水泥用量，可以明顯的改善混凝土和水泥制品的綜合性能。有效抑制水泥混凝土的堿骨料反應(yīng)，顯著提高水泥混凝土的抗堿骨料反應(yīng)性能，提高水泥混凝土的耐久性；改善混凝土的和易性；其比表面積宜在400m2/kg左右。對于硫酸鹽腐蝕環(huán)境宜將大摻量礦渣作為膠凝材料的必需組分，礦渣的最大摻量在低水膠比的混凝土中可達膠凝材料總量的90%。

⑶硅灰。硅灰在混凝土中的摻料應(yīng)由試驗室作出施工配合比。摻量一般不超過8%。它能有效防止發(fā)生混凝土堿骨料反應(yīng)，提高澆注型耐火材料的致密性。硅灰中的二氧化硅含量宜大于90%，比表面積不小于15m2/g。硅灰能夠填充水泥顆粒間的孔隙，同時與水化產(chǎn)物生成凝膠體，與堿性材料氧化鎂反應(yīng)生成凝膠體。硅灰宜用于配制有特殊要求的混凝土，或與其它礦物摻料復(fù)合使用。

⑷復(fù)合摻合料。由二種或二種以上的摻和料復(fù)合組成,其效果通常要明顯高于單一礦物摻和料。復(fù)合摻和料是由超細硅粉、高活性礦粉和多種高性能外加劑優(yōu)化配制而成，具有較高的活性指數(shù)，摻加此增強型礦物摻合料能夠顯著改善軌道板混凝土的力學性能和耐久性能。

4.5養(yǎng)護措施

為了減少混凝土內(nèi)外溫差，避免高強混凝土因內(nèi)外溫差而導(dǎo)致早期失水，降低強度及造成表面裂縫，因此必須采取適當?shù)谋卮胧?。高強混凝土澆筑完畢后，?小時內(nèi)加以覆蓋和澆水養(yǎng)護。澆水次數(shù)應(yīng)使混凝土結(jié)構(gòu)表面呈現(xiàn)濕潤狀態(tài)，澆水養(yǎng)護日期不得少于14天。通過這個措施，可以使混凝土在緩慢的散熱過程中獲得必要的強度來抵抗溫度應(yīng)力，減緩變形速度，充分發(fā)揮材料的徐變特性，從而有效地削減約束力。冬施施工要延長拆模時間，采取保溫措施，防止遭受凍害破壞。

5 結(jié)論

隨著建筑工程技術(shù)的不斷革新和發(fā)展，作為與傳統(tǒng)混凝土具有不同性能的材料，高強混凝土的前景必將在工程建設(shè)領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。但就目前的情況而言，我國的技術(shù)還處于研究階段，所以要建立科學的設(shè)計方法，加強高強混凝土工作性能的研究和應(yīng)用，把設(shè)計理論加快變成科研成果。

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