浅谈高强高性能混凝土的工程应用

关键词：混凝土耐久性高性能钢筋

高强高性能混凝土在钢筋混凝土领域已达到了重载、高层、大跨度等现代土木工程对结构刚度大、强度高、耐久性好的要求, 也满足了现代化生产施工。因此, 高强高性能混凝土是钢筋混凝土工业的一个非常重要发展方向。高性能混凝土属于现代混凝土, 它优越的工作性与可靠性能让施工进度得到很大程度加快, 劳动环境得到改善, 劳动强度得到减轻, 有利于采取计算机技术参与施工, 自动化的程度也得到了提高。

1 几种高强高性能混凝土介绍

1.1 钢纤维混凝土

钢纤维混凝土是一种复合型材料, 它是用水泥、粗细集料和随机分布的短钢纤维组合而成的。由于钢纤维混凝土主要通过乱向分布的钢纤维抑制混凝土中裂缝的发生和发展, 所以很大程度上使混凝土的抗压抗弯、抗剪等以主拉应力为主的混凝土强度提高, 并且混凝土的极限压应变显著增大, 延性也提高了。钢纤维主要有以下几种:

1.1.1 剪切钢纤维。

是用薄带钢高速剪切制成。这样的钢纤维断面呈矩形纵向为扭曲状, 因此它与混凝土基体的粘结力比较好。日本的钢纤维混凝土工程中许多都采用这种钢纤维。

1.1.2 熔抽钢纤维。

事用熔融的钢水在旋转圆盘中甩出并快速冷却制成, 这样的钢纤维拥有简单的制造工序, 比较便宜的价格。然而由于它自身强度较低且脆, 而且表面的氧化层较多, 增强效果没有剪切钢纤维好。

1.1.3 切断钢纤维。

是用压延拉拔的钢丝按规定的长度切断而成。这样的钢纤维断面往往是圆形的, 纵向为平直状, 所以又被称为圆直钢纤维。为了使钢纤维与混凝土基体的粘结力增大, 也可以把钢纤维进行变形处理。如做成弯钩、波形等。

1.2 钢骨混凝土

钢骨混凝土结构就是在钢筋混凝土中放置钢骨并且让钢骨和混凝土组成一个整体一起工作。它的结构特点是得到显著提高的结构刚度和的承载力, 通常是钢筋混凝土结构的15~20倍, 抗震性能与钢筋混凝土相比也好。钢骨混凝土中的混凝土可用作型钢的保护层, 让它结构的耐久性和耐火性与钢结构相比好得多。而且还可节省大量的钢材。

1.3 钢管混凝土

钢管混凝土就是把混凝土装入薄壁钢管里而形成一种组合结构的材料, 大多用在各种受压构件中。

通常钢管混凝土的结构特点是不再配筋。钢管本身拥有横向箍筋和纵向钢筋的作用, 只在极少情况下 (如柱子受到比较大的压力或压力小但弯矩大, 或者在承受很大的上拔力时) 才在钢管内再配置横向和纵向箍筋。钢管混凝土结构可以比钢结构节省大量钢材。据统计如果自重和承载力相近, 钢管混凝土可节约50%以上的钢材;如果保持用钢量相近则在相同荷载下钢管混凝土可比钢筋混凝土柱减少50%的构件面积, 减少50%以上混凝土用量和自重。所以钢管混凝土具有明显的经济效益。

2 高强、高性能混凝土的特性

2.1 强度高

由于强度高、弹模高, 高强混凝土可运用这一特性很大程度的减小高层和超高建筑物纵向受力结构的截面尺寸, 使建筑使用面积扩大, 使建筑物的使用功能得到很大程度上改善;又由于结构截面尺寸的减小, 建筑物结构的自重也大幅度减少了, 从而使建筑物的结构自重占主要因素的问题得到了解决。而且, 由于提高了混凝土强度, 混凝土的原材料还得到节约、施工进度也加快了, 提高了建筑工程的经济效益。

2.2 耐久性好

由于高强混凝土的密实性很好, 而且它的抗渗性和抗冻性比常规混凝土好很多, 所以高强混凝土的耐久性能都比常规混凝土好。

2.3 变形小

由于高强混凝土的强度高, 所以它的变形很小, 这样混凝土的钢度得到很大增强, 混凝土预应力的损失也减少了。因此, 高强混凝土可以达到现代化建筑结构向重载、大跨度、超高层和承受恶劣环境条件的要求。2.4配制高强、高性能混凝土的关键技术之一就是混凝土外加剂的选择, 它也是使混凝土密实性和流动性提高的必不可少的技术方法

比起一般外加剂, 高性能外加剂具有高减水率、引气量小或引气后具有良好的孔结构、增稠、增强、减缩、保塑性好的特姓, 更能达到现代化施工的要求。

3 高强高性能混凝土的发展趋势

现在, 高性能混凝土发展适应了国际上混凝土的发展趋势。高性能混凝土是1990年在美国的一次国际学术会议上公开提出来的, 它是在研究发展高强混凝土的过程中发展起来的。

随着混凝土强度的提高, 它的脆性也在增大, 在地震区的受压杆件中, C80级混凝土已很难通过加密箍筋的办法使其延性提高。由于减少了高强混凝土用水量, 而且硬化合混凝土内部的湿度低, 它的后期强度的增长比一般的普通混凝土差。因此在研究高强混凝土不久后, 美国、法国、加拿大等国家转向了对高性能混凝土的研究。

1994年在新加坡召开的第一届高性能混凝土国际会议上, 很多研究人员认为高性能混凝土应该是具有高耐久性与高质量的混凝土, 但是没定出具体的耐久性指标与质量指标。按照目前国际上发表的文章, 可认为高性能混凝土应该有以下四个方面的特征:高耐久性、高强度、高体积稳定性和高工艺性。总体说来, 高性能混凝土就可以更好地达到结构功能要求与施工工艺的要求, 提高了混凝土结构使用年限, 工程成本也降低了。

这些年来, 在国内外得到迅速的发展的高强高性能混凝土在高层建筑、大跨度桥梁、海上建筑、公路等建设中运用的越来越多。如今, 高层建筑中采取C60混凝土的工程如下:上海东方明珠电视塔、上海金茂大厦、广州中信大厦、深圳地王大厦、广州好世界广场、广州冠军大厦、首都机场停车楼、首都机场新航站楼;运用了C70、C80高强混凝土的有广州新中国大厦;运用了C135高强混凝土的有美国西雅图双联广场。在大跨度桥梁中运用了高强混凝土的工程有:上海杨浦大桥、广东虎门大桥、万县长江大桥、法国诺曼底大桥等。

接下来的发展趋势是, 应用在各种工程中大量的常规混凝土将被高性能混凝土替代, 所以高性能混凝土也被称为21世纪混凝土。