建筑工程混凝土性能研究

徐 敏 盧長波

(中國水利水電第十二工程局有限公司施工科學(xué)研究所，浙江建德 311600)

建筑工程混凝土性能研究

徐 敏 盧長波

(中國水利水電第十二工程局有限公司施工科學(xué)研究所，浙江建德 311600)

伴隨著社會技術(shù)的飛速發(fā)展，施工技術(shù)水平也在不斷提高之中，混凝土結(jié)構(gòu)工程也面臨著承載力不斷增大的影響。基于這種情況，人們在工作中對結(jié)構(gòu)的耐久性提出了更加嚴(yán)格的要求，這些都是影響的高強(qiáng)度和高性能混凝土的研究的關(guān)鍵性因素，也是制約混凝土發(fā)展的主要環(huán)節(jié)。在準(zhǔn)備時(shí)強(qiáng)調(diào)低水膠比，優(yōu)質(zhì)的原料，加上大量的礦物集合體，減水劑，控制水泥用量，減少混凝土內(nèi)部孔隙率，高強(qiáng)度混凝土，耐久性高性能混凝土。

混凝土；性能；技術(shù)要求；結(jié)構(gòu)材料；高強(qiáng)度；建筑工程

引言: 當(dāng)前，現(xiàn)代水泥工業(yè)、水泥加工工藝和施工技術(shù)飛快發(fā)展，凝土材料品種不斷增多，因此新型混凝土材料在工程建設(shè)中的地位顯得日益重要。眾所周知，鋼筋混凝土結(jié)合了鋼筋與混凝土的優(yōu)點(diǎn)，造價(jià)較低，是土木工程結(jié)構(gòu)中的首選材料，也是新世紀(jì)最常用的結(jié)構(gòu)形式之一?；炷潦乾F(xiàn)階段建筑工程最主要的材料之一，在住宅、商業(yè)、辦公等中高層建筑中應(yīng)用廣泛，其顯著的特點(diǎn)構(gòu)成了建筑工程的主要構(gòu)件。因此，在建筑施工中，對混凝土的施工質(zhì)量控制成了重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，通過有效的措施合理的控制及預(yù)防其質(zhì)量問題的產(chǎn)生，使建筑工程無論在外觀上，還是空間上達(dá)到更高的要求。

1.我國建筑行業(yè)的發(fā)展情況

自改革開放以來,我國建筑業(yè)發(fā)展迅速。在“基于科學(xué)發(fā)展,注重自主創(chuàng)新,完善體制機(jī)制,促進(jìn)和諧社會”,我國建筑行業(yè)已經(jīng)在一個(gè)新的角度看發(fā)展的前景。進(jìn)入21世紀(jì)后,我國建筑業(yè)企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,更加注重產(chǎn)業(yè)的全面健康發(fā)展,完善法律法規(guī),規(guī)范市場秩序,節(jié)能綠色建筑的發(fā)展,提高人員的質(zhì)量,提高項(xiàng)目的質(zhì)量,促進(jìn)科技創(chuàng)新,促進(jìn)信息化建設(shè)

2.新型混凝土材料的應(yīng)用前景

通過材料研選、采用特殊工藝、制造出來的具有特殊結(jié)構(gòu)與表面特性的混凝土，能減少環(huán)境負(fù)荷，并能與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)，從而為環(huán)保做出貢獻(xiàn)的新型混凝土材料在我國的應(yīng)用雖然才剛剛起步，但其發(fā)展前景被眾多建筑人士所看好。因此，新型混凝土材料應(yīng)向著智能化、規(guī)?；?、理論化、體系化和集成化方向發(fā)展，以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展模式，促進(jìn)我國建筑界更廣闊的發(fā)展?？偠灾S著環(huán)境保護(hù)、保持生態(tài)多樣性及維持社會可持續(xù)發(fā)展的呼聲日益高漲，新型混凝土材料的應(yīng)用會越來越得到世界各國材料與環(huán)境學(xué)者的重視，我們相信，只要我們都意識到新型混凝土材料性能研究的重要性，通過全面推進(jìn)新型混凝土材料在我國建筑中的應(yīng)用工作，可以預(yù)見未來的我國建筑業(yè)必定進(jìn)入一個(gè)全新的建筑時(shí)代。

3.加氣混凝土的性能

加氣混凝土作為一種新型墻體材料，具有材料來源廣、性能穩(wěn)定、質(zhì)輕、施工方便、造價(jià)較低，而且保溫、隔熱、耐火性能好等優(yōu)點(diǎn)，是迄今能夠同時(shí)滿足墻材革新和節(jié)能50%要求的唯一墻體材料。

(1) 保溫隔熱性能。

干體積密度為400-700m /立方米的加氣混凝土，其導(dǎo)熱系數(shù)通常為0.09～0.17W(W/m·k)，粘土磚約為0.8～1.0(W/m·k)，普通水泥混凝土則高達(dá)1.45～1.75(W/m·k)，所以，加氣混凝土外墻，其保溫效果與49cm的粘土磚墻相當(dāng)，從而增加了建筑物的使用面積，節(jié)約了采暖用煤。

(2) 阻燃性能。

在表面接觸明火的情況下，加氣混凝土墻體可保持其強(qiáng)度的時(shí)間達(dá)180 min以上，僅在180min后煙氣才能通過，即加氣混凝土墻可保持其阻燃性180min以上。在把加氣混凝土墻壁的一面幕盡于1000℃的明火達(dá)180 min后，相對應(yīng)的未基露于火焰一面的溫度僅為85℃。此外，加氣混凝土的聲學(xué)性能，耐火性能和水蒸汽滲透性能也得到廣泛的應(yīng)用。目前，通過改變混凝土材料中集料的級配、選用不同的集料、添加各種外加劑(如減水劑、引氣劑等)以及添加一些其他的填料(如纖維、各種聚合物材料等)來改善混凝土的某些性能，人們已經(jīng)得到了許多具有良好品質(zhì)的混凝土材料。如：導(dǎo)電混凝土、屏蔽電波及磁場混凝土、應(yīng)力應(yīng)變和損傷自檢混凝土、調(diào)濕和溫度自測混凝土等等。

4.致使混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

在建筑施工過程中致使混凝土建筑物產(chǎn)生裂縫的原因有很多，大致可分為內(nèi)部和外部兩大類，其中內(nèi)部包括原材料的質(zhì)量不合格、基礎(chǔ)沉降不均勻、模板變形、建筑結(jié)構(gòu)不合理，混凝土在進(jìn)行硬化工作時(shí)放出的水化熱，內(nèi)部溫度升高與混凝土表面的溫度形成反差，引起拉應(yīng)力的產(chǎn)生，在之后的降溫工作中，由于基礎(chǔ)和之前已成型的混凝土約束，在混凝土內(nèi)部又將會形成拉應(yīng)力等等；外部原因就是指氣溫及周圍環(huán)境濕度變化；既當(dāng)這些拉應(yīng)力大于混凝土所能承受的抗裂能力時(shí)，則會產(chǎn)生裂縫。在現(xiàn)時(shí)情況中，混凝土內(nèi)部與外部往往有強(qiáng)烈的反差，一般強(qiáng)況下混凝土的內(nèi)部濕度變化慢且小而外部由于各種因素的影響濕度的變化更為劇烈。另一種造成裂縫的原因是由于養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，濕度不能保持穩(wěn)定，混凝土的內(nèi)外部受到的約束力不一樣，致使裂縫的發(fā)生。其次，由于混凝土本身的脆性和不均勻性，在運(yùn)輸和使用澆筑過程中，在不均勻的部位極容易產(chǎn)生裂縫。在鋼筋混凝土中,拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān),混凝土只是承受壓應(yīng)力;在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝上的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力,則需依靠混凝土自身承擔(dān)。

5.常見的混凝土裂縫處理的基本方法

5.1 表面處理法

表面處理方法是裂縫僅在建筑工程表層，并沒有深入到混凝土內(nèi)部，因此補(bǔ)修的方法比較簡單。施工工人在發(fā)現(xiàn)這種類型的裂縫時(shí)可以采取表面涂抹和表面貼補(bǔ)法。也就是說工人可以通過用簡單的施工儀器將漿材灌入到裂縫面積延伸不大，深度較小的裂縫當(dāng)中。表面貼補(bǔ)適用于大面積漏水，這樣容易確定具體漏水的位置，并且使用表面貼補(bǔ)可以對裂縫進(jìn)行大面積的補(bǔ)修，雖然比較浪費(fèi)材料，但是這么做至少確保了裂縫不會在雨天、雪天被灌入積水或者積雪。

5.2 填充法

填充法指的是裂縫寬度小于0.3毫米、深度較淺、或是裂縫中有充填物，用灌漿法很難達(dá)到效果的裂縫、以及小規(guī)模裂縫的簡易處理可采取開V型槽，然后作填充處理。填充采用的是工程中剩余的材料對裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。這樣做既可以節(jié)省建筑成本，而且用填充法操作簡單、費(fèi)用低，不需要單獨(dú)調(diào)用麻煩的機(jī)器來幫助修補(bǔ)裂縫，人工就可以做到，為工程節(jié)約了不少時(shí)間。

5.3 灌漿法

灌漿法可以采用壓送設(shè)備(壓力0.2～0.4Mpa)將補(bǔ)縫漿液注入砼裂隙，也可以采用彈性補(bǔ)縫器將注縫膠注入裂縫。前者的優(yōu)點(diǎn)是能夠與空氣隔離開來達(dá)到閉塞的目的，密封性效果比較好，后者是不用電力，為整個(gè)建筑工程節(jié)省了電費(fèi)，并且也不用拖著機(jī)器拉著電線整個(gè)施工場地來回跑，省時(shí)省力，方便效果也非常理想。

6.混凝土裂縫預(yù)防措施

6.1 降低溫度應(yīng)力

裂縫的預(yù)防，可以從從溫度控制和其他影響溫度的因素著手。一是溫度的控制。其方法是:改善材料的配置及選材，選用混凝土?xí)r使用干硬性的，另外可以調(diào)配混合料以及塑化劑的比例投入施工使用，以降低混凝土中水泥的用量；在對混凝土進(jìn)行攪拌工作時(shí)，可以事先將碎石用水降溫，這樣可以有效降低在澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生的高溫，另外在炎熱天氣進(jìn)行混凝土澆筑施工時(shí)，為了使散熱更快，可以在混凝土澆筑時(shí)適當(dāng)減少澆筑的厚度，也可以在混凝土中埋設(shè)水管，利用冷水降溫，另外在拆模時(shí)，氣溫會驟降，為了防止形成溫差梯度，混凝土出現(xiàn)裂縫，因此在拆模時(shí)，要進(jìn)行保溫工作，避免裂縫的產(chǎn)生。施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu),在寒冷季節(jié)采取保溫措施。

6.2 拆模防護(hù)

在進(jìn)行混凝土的施工過程中，模板是有限的，為了使模板的使用率提高，因此拆模時(shí)間要更早，當(dāng)室溫低于混凝土的溫度，拆模的時(shí)間就要重新考慮，調(diào)整，以避免早起裂縫的產(chǎn)生?；炷翝仓苄蜁r(shí)間不夠，過早拆模會使混凝土表面形成拉應(yīng)力促使溫度沖擊狀況的產(chǎn)生，由于水化熱的散發(fā),表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力,此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高,此時(shí)拆除模板,表面溫度驟降,必然引起溫度梯度,從而在表面附加一拉應(yīng)力,與水化熱應(yīng)力疊加,再加上混凝土干縮,表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值,就有導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn),但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料。

加筋對大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小,因?yàn)榇篌w積混凝土的含筋率極低,只是對一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下,鋼的各項(xiàng)性能是穩(wěn)定的,而與應(yīng)力狀態(tài)、時(shí)間及溫度無關(guān)。鋼的線脹系數(shù)與混凝土線脹系數(shù)相差很小,在溫度變化時(shí)兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。

7.科學(xué)配制混凝土是保證質(zhì)量的先決條件

7.1 混凝土施工配合比的換算

試驗(yàn)室所確定的配合比，其各級骨料不含有超遜徑顆粒，且以飽和面干狀態(tài)。但施工時(shí)，各級骨料中常含有一定量超遜徑顆粒，而且其含水量常超過飽和面干狀態(tài)。因此應(yīng)根據(jù)實(shí)測骨料超遜徑含量及砂石表面含水率，將試驗(yàn)室配合比換算為施工配合比。其目的在于準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)室配合比，而不是改變試驗(yàn)室配合比。調(diào)整量=（該級超徑量與遜徑量之和）-（次一級超徑量+上一級遜徑量）

7.2 混凝土施工配合比的調(diào)整

試驗(yàn)室所確定的混凝土配合比，其和易性不一定能與實(shí)際施工條件完全適合，或當(dāng)施工設(shè)備、運(yùn)輸方法或運(yùn)輸距離，施工氣候等條件發(fā)生變化時(shí)，所要求的混凝土坍落度也隨之改變。為保證混凝土和易性符合施工要求，需將混凝土含水率及用水量做適當(dāng)調(diào)整（保持水灰比不變）。

7.3 需滿足工程技術(shù)性能及施工工藝的要求

水工素混凝土和少筋混凝土配制坍落度一般為3-5cm，配筋率超過1%的鋼筋混凝土配制坍落度一般為7-9cm，對于橋梁施工中的箱梁采用泵送施工，混凝土配制坍落度一般為10-14cm，初凝時(shí)間在4小時(shí)以上，強(qiáng)度為45Mpa的緩凝早強(qiáng)混凝土；灌注樁要求配制強(qiáng)度為35Mpa，凝結(jié)時(shí)間在10小時(shí)以上，坍落度一般為18-22cm的大坍落度超緩凝混凝土。按通常的配制方法使混凝土達(dá)到上述工程技術(shù)性能是困難的，為改善混凝土性能，提高混凝土強(qiáng)度，達(dá)到工程各部位對混凝土各種性能的要求，在混凝土中摻入不同類型的外加劑，改善混凝土性能的科學(xué)配制，優(yōu)化混凝土的配合比，在施工中效果明顯。灌注樁用混凝土，按通常的配制方法，當(dāng)水泥用量為420kg/m （水灰比為0.56）h，混凝土的強(qiáng)度才能達(dá)到35Mpa，但由于坍落度（18-22cm）過大，均質(zhì)性差，和易性不好，凝結(jié)時(shí)間也達(dá)不到緩凝10h，以上的超大型緩凝要求。在配制混凝土中摻入1%的減水劑優(yōu)化配合比。水泥用量每1m 混凝土可節(jié)省40公斤左右，而且在坍落度達(dá)到18-22cm情況下，均質(zhì)性、和易性良好，凝結(jié)時(shí)間也可以緩凝到10h以上。

8. 混凝土澆筑振搗過程是混凝土質(zhì)量控制的主要環(huán)節(jié)

混凝土配合比設(shè)計(jì)、原材料的質(zhì)量、配料準(zhǔn)確、攪拌均勻運(yùn)輸，澆筑振實(shí)成型，養(yǎng)護(hù)等整個(gè)施工環(huán)節(jié)中，澆筑振實(shí)成型是主要的環(huán)節(jié)。在混凝土澆筑成型時(shí)，由于沒有振實(shí)所產(chǎn)生的外觀上的氣孔、麻面、蜂窩、孔洞、裂隙等質(zhì)量問題，易引起重視，但由于振搗不良，所產(chǎn)生的內(nèi)部蜂窩、孔洞所導(dǎo)致的內(nèi)在質(zhì)量問題，人們?nèi)菀缀鲆暋６炷羶?nèi)在質(zhì)量缺陷，同樣引起混凝土結(jié)構(gòu)物的破壞。所以，混凝土振搗應(yīng)引起施工人員足夠重視，質(zhì)檢員應(yīng)采取相應(yīng)的有效措施，使混凝土振搗良好。

9.混凝土受各種因素影響而產(chǎn)生變形也要引起足夠重視

混凝土的變形主要有硬化過程的自生體積變形，濕脹干縮變形，溫度變形和在荷載作用下的變形?；炷恋臐衩浉煽s是由于混凝土中水分的變形而引起的，干縮裂縫產(chǎn)生的原因是：混凝土成形后，養(yǎng)護(hù)不良，受到風(fēng)吹日曬，表面水分蒸發(fā)快、體積收縮受到內(nèi)部混凝土的約束，出現(xiàn)拉應(yīng)力，引起混凝土表面開裂；或者構(gòu)件水分蒸發(fā)，產(chǎn)生的體積收縮受到地基或墊層的約束。

總結(jié)：

房屋建筑施工過程中混凝土的施工是一項(xiàng)專業(yè)性非常強(qiáng)的綜合作業(yè)，必須確保房屋建筑工程的施工質(zhì)量。高性能混凝土的研制，突破了以往的混凝土的技術(shù)性能缺陷，同時(shí)也對節(jié)能、工程質(zhì)量、環(huán)境維護(hù)等方面產(chǎn)生了積極的影響。因此，高性能混凝土研制成功是混凝土發(fā)展歷程中的重要里程碑，也是混凝土技術(shù)性能進(jìn)步的標(biāo)志，其在工程上的應(yīng)用范疇將越來越廣泛，取得更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

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