浅析高强度高性能混凝土的优势及配比

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一、高强度高性能混凝土概念

　　对于高强混凝土, 各国没有准确的定义, 同时各国的区分标准也不尽相同。长期以来,我国现场浇筑混凝土强度等级大量低于C30, 预制混凝土构件普遍低于C40:同时混凝土结构设计规范中的计算公式大部分是根据较低强度混凝土构件的试验数据得出, 对于强度较高的C50 或更高等级的混凝土明显不适用; 另外从混凝土的制作技术来看, C50 及更高等级的混凝土在施工时需要严格的质量管理制度和较高的施工水平。考虑到我国目前的施工水平和质量管理制度现状, 以C50 作为划分高强混凝土的指标, 强度等级达到或超过C50 的混凝土为高强混凝土。高性能混凝土概念的提出至今也只有10 多年的时间, 它是伴随着高强混凝土而问世的。

　　高性能混凝土不仅满足工业化预拌生产和机械化泵送施工、具有足够的强度,而且是一种耐久性优异的混凝土。与传统的混凝土相比, 高性能混凝土在配合比上的特点是低用水量、较低的水泥用量, 并以化学外加剂与粉煤灰作为水泥、砂石之外的基本组成成分。这些使硬化混凝土内部的孔隙少, 具有致密的微观和细观结构, 抗渗性能优良, 因此高性能混凝土的耐久性很好。高性能混凝土在硬化过程中体积稳定、水化热低、温升小, 冷却时的温度收缩小, 干燥收缩也小, 所以硬化后不易产生宏观和微观裂缝。我国钢筋混凝土结构规范组1978 年的一项调查表明, 在一般环境下有40% 工业民用建筑结构的混凝土已碳化到钢筋表面, 而在较潮湿的环境下90% 构件已经锈蚀。因此在混凝土的耐久性问题受到普遍重视的今天, 高性能混凝土无疑是解决结构耐久性最有效和最经济的途径。

　　二、高强混凝土有三大优越性

　　1. 在一般情况下,混凝土强度等级从C30提高到C60,对受压构件可节省混凝土30-40%;受弯构件可节省混凝土10-20%。

　　2. 凝土比普通混凝土成本上要高一些,但由于减少了截面,结构自重减轻,这对自重占荷载主要部分的建筑物具有特别重要意义。再者,由于梁柱截面缩小,不但在建筑上改变了肥梁胖柱的不美观的问题,而且可增加使用面积。以深圳贤成大厦为例,该建筑原设计用C40级混凝土,改用C60级混凝土后,其底层面积可增大1060平方米,经济效益十分显著。

　　3. 由于高强混凝土的密实性能好,抗渗、抗冻性能均优于普通混凝土。因此,国外高强混凝土除高层和大跨度工程外,还大量用于海洋和港口工程,它们耐海水侵蚀和海浪冲刷的能力大大优于普通混凝土,可以提高工程使用寿命。

　　4. 高强混凝土变形小,从而使构件的刚度得以提高,大大改善了建筑物的变形性能。

　　三、高强混凝土配合比设计的一般原则

　　1、高强混凝土的用水量低,水灰比一般小于0135;对80MPa的混凝土,水灰比小于0130;对100MPa的混凝土, 水灰比小于0126; 更高强度时水灰比取0122 左右。

　　2、水泥用量一般为400～450kg/m³,对80MPa的混凝土可为500kg/m³,更高强度时也不能超过550kg/m³。应该通过外加矿物混合料来控制和降低水泥用量。高强混凝土必须采用优质水泥。

　　3、集料应挑选强度高、吸水率低的碎石, 最大粒径不超过15～20, 如混凝土强度等级不是很高可以放宽到25。尽量排除片状和针状石子。

　　4、砂率可为013甚至更低。但过低砂率会影响工作度,所以一般可取013～0135, 尤其是泵送时不宜取较低砂率。

　　5、当水灰比很低时, 工作度弹性弯曲变形, 预弯集中力释放后利用钢梁的弹性恢复变形使下缘混凝土产生预压应力。

　　四、高强混凝土技术需要解决的几个问题

　　以前高强混凝土一般是指强度等级在C45级以上的混凝土。随着科学技术的发展,高强混凝土是指强度等级在C60级以上的混凝土。高强混凝土技术通常包括以下几个关键技术:高性能的混凝土外加剂现代高强混凝土在施工中要解决下列技术问题:

　　1. 低水灰比,大坍落度 高强混凝土一般要求低水灰比,这种低水灰比的混凝土早在20世纪60年代末,我国就有过研究与应用,但由于混凝土在低水灰比的情况下,坍落度很小,甚至没有坍落度,其成型和捣实都很困难,无法在现浇混凝土施工中应用。

　　2. 坍落度损失问题 现代城市混凝土施工,一般采用预搅或商品混凝土。施工工地往往与搅拌站相距很远,要把混凝土从搅拌站运到工地需用较长的时间。混凝土在运输的过程中,其坍落度随时间的增加而减小,这对高强混凝土来说无疑又增加了难度。

　　3. 混凝土可泵性问题 泵送混凝土几乎是高层建筑施工的唯一方法。所以高强和泵送几乎是不可分割的。所以对高强混凝土要解决混凝土可泵送的要求。要解决这一系列技术难题,关键是研制一种高性能的外加剂。

　　五、具体的施工控制方法

　　1、对原材料的选择

　　配置C60级高强混凝土,不需要用特殊的材料,但必须对本地区所能得到的所有原材料进行优选,它们除了要有比较好的性能指标外,还必须质量稳定,即在施工期内主要性能不能有太大的变化。

　　2、工时的质量控制和管理

　　一般来说,在试验室配置符合要求的高强混凝土相对比较容易,但是要在整个施工过程中,混凝土都要稳定在要求的质量水平功能上就比较困难了。一些在普通情况下不太敏感的因素,在低水灰比的情况下会变得相当敏感,而对高强混凝土,设计时所留的强度富余度又不可能太大,可供调节的余量较小,这就要求在整个施工过程中必须注意各种条件、因素的变化,并且要根据这些变化随时调整配合比和各种工艺参数。

　　3、超细活性掺合料的应用

　　对于强度等级为C80或更高的混凝土需要采取一些特殊的技术措施-掺入超细活性掺合料。

　　混凝土强度达到一定极限后就不可能再增加了,因为混凝土强度在水化时不可避免地会在其内部形成一些细微的毛细孔。如果要使其强度进一步提高,就必须采取措施把这些孔隙填满,进一步增加混凝土的密实性。最常用的方法是用极细(微米级)的活性颗粒掺入混凝土,使它们在水浆中的细微孔隙中水化,减少和填充混凝土中的毛细孔,达到增密和增强的作用。