高强度混凝土技术与要求

高强度混凝土技术与要求

作者：马蓉

来源：《科技资讯》2011年第02期

摘 要:高强混凝土的特点,技术要求和措施。 关键词:高强混凝土 特点 要求

中图分类号:TU528 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)01(b)-0080-01

为加强先进技术的应用,加快新型高强、轻质、环保建材的研究,使建筑结构设计更加安全、适用、可靠和经济是结构设计的发展方向。在高层建筑、高速铁路和桥梁架设,大跨度工程中,为提高混凝土强度及耐久性,确保施工需要,有效减少高标号混凝土因温度变化引起的裂缝,大多采用高强度混凝土。

1 高强度混凝土的特点

高强混凝土为采用水泥、砂、石、高效减水剂等外加剂和粉煤灰超细矿渣硅灰等矿物掺合料以常规工艺配制,使新拌混凝土拥有良好的和易性,硬化后强度等级为C60及其以上的混凝土。高强混凝土对承受压力的构件有显著的技术经济效益,它不仅减少构件截面,减少混凝土的用量,还能降低成本。在高层建筑中,由于高强混凝土的高强、早强和变形模量,可以缩减低层梁、柱的截面并增加建筑使用面积,扩大建筑的柱网间距并改善建筑使用功能,可以增加结构刚度而减少高层房屋的压缩量与水平荷载的横向位移。例如混凝土屋架由C40提高到C60,体积缩小20%,造价降低15%,柱子由C30改为C50,用钢量减少40%,造价降低17%。

高强度混凝土致密、抗渗和抗冻性均高于普通混凝土,因此在有腐蚀的环境、易遭破损的结构、尤其基础设施工程,多采用高强混凝土结构。

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。在大跨屋盖。大跨屋盖的自重要占到全部设计荷载中的绝大部分,所以采用高强混凝土空间结构或预应力结构就变得十分有利,可以显著降低结构的重量。

与传统的混凝土相比,高强混凝土在原材料的配比上主要有二点不同,即低水灰比和多组分,其目的都是为了增加混凝土的密实程度,改善骨料和硬化水泥浆之间的界面性能,从而达到高强和耐久。

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2 高强度混凝土的结构设计

(1)高强混凝土的水泥用量通常较高,水化热的有害影响大。水化热易造成混凝土开裂,另外当引起的温度超过70℃～80℃时,还会降低混凝土的强度。如结构构件的截面或体积较大,设计时应对水化热的影响作出估算,并提出相应的施工方案和措施。

(2)高强混凝土的抗拉强度、抗剪强度和粘结强度虽然均随抗压强度增加而增加,但它们与抗压强度的比值却随强度提高而变得越来越小,所以在处理高强混凝土构件的抗剪、冲切和扭转等问题时必须慎重。高强混凝土破坏时的断裂面穿过粗骨料,不象普通强度混凝土那样沿着骨料界面分开,所以高强混凝土受剪斜裂面上的骨料起不到咬合作用而丧失对抗剪的贡献。现行规范的抗剪强度计算方法用于高强混凝土时应加修正,特别是跨高比甚大或截面很高的情况。

(3)高强混凝土受压时呈高度脆性,延性很差。材料的延性与结构构件的延性既有联系,又不相同,对于高强混凝土构件的主要受力部位必须加强箍筋等横向约束作用来改善其延性。由于塑性变形能力较差,高强混凝土中钢筋锚固粘结应力的分布变得更不均匀,所以在钢筋搭接和锚固部位,也要加强设置横向箍筋。

(4)高强混凝土受压时的应力应变曲线形状与普通强度混凝土差别甚大,所以受压区混凝土的应力分布图形假定为矩形来计算极限状态下的正截面承载力时,对于弯压强度的取值、矩形应力分布图高度与中和轴高度的比值、以及压区混凝土极限应变的数值,已再不能沿用现行规范中的数据,否则对于压区混凝土高度靠近界限高度时的偏心受压构件和受弯构件,就会得出很不安全的结果。

(5)在相同的横向约束力作用下,高强混凝土纵向承载力的改善要比普通强度混凝土稍差,所以在计算配有间接钢筋的螺旋箍筋柱和局部承压等承载能力时,表示横向约束作用贡献的部分也要做出修正。高强混凝土有易遭劈裂的倾向,因此在设计局部承压时还应验算抗裂强度,在配置钢筋时要避免造成容易引起劈裂的构造方法。

(6)相同抗压强度的高强混凝土由于粗骨料的坚硬不同、砂率不同、含气量不同而在弹性模量上呈现重大差别。所以设计中如需准确定出弹性模量和抗拉强度的数值时,应该通过实测得出。泵送混凝土往往采用偏高的砂率、较多的水泥浆以及引气,因而弹性模量可能显著偏低,收缩量偏大。

3 混凝土的技术要求 3.1 原材料的要求

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水泥的强度和品种直接影响混凝土抗裂度,水泥品种对坍落度的影响也比较明显。故宜选用425#或以上的标号的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或特种水泥(球状水泥、调粒水泥和活化水泥),水泥和掺加的矿物质超细粉的总用量控制在500～600kg/m3范围内。

骨料的品种应选择硬质砂岩、石灰岩、玄武岩等母岩的碎石为粗骨料;细骨料应选用河砂或碎石砂。

高强混凝土中应掺加高效减水剂或缓凝高效减水剂,这样就能在满足施工要求的和易性条件下,显著降低混凝土的用水量,降低水灰比,使混凝土更密实,从而提高硬化后混凝土的强度等。 为了满足泵送高流态要求,水泥用量较大,混凝土水化热增高,加大混凝土内外温差,易使构件开裂,因此,控制水泥用量是保证混凝土强度,满足抗裂度要求、减少砼在搅拌、运输、泵送、浇筑过程中的坍落度损失的重要一环。 3.2 施工控制

高强混凝土的施工从原材料的选用,外加剂的性能、品种和掺量,搅拌、运输、泵送和浇筑,试块的抽制、养护、送检直至最后的标准抗压强度值以及气侯、温度的变化这一复杂的过程,受到诸多变异因素的影响,而且随机性很强,每一细小的环节的失误都会导致混凝土强度波动和质量上的不稳定。因此,高强混凝土在施工中的实际应用、质量管理和控制是一项系统的技术管理工作。

拌制高强混凝土采用强制式搅拌机。原材料的计量均按重量计,计量的允许偏差:水泥和掺合料±1%,粗细骨料为±2%,水及化学外加剂为±1%。配制高强混凝土必须准确控制用水量,应及时测定砂石中的含水量并调整用水量及砂、石用量。搅拌站配料时采用自动计量装置。除事先规定的部分用水可留在现场补加外,严禁在拌和物出机后二次加水。

高强混凝土作为一种新的建筑材料,除了在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用,也为预应力技术提供了有利条件,可采用高强度钢材和人为控制应力,从而大大地提高了受弯构件的抗弯刚度和抗裂度。因此世界范围内越来越多地采用施加预应力的高强混凝土结构,应用于大跨度房屋和桥梁中。此外,利用高强混凝土密度大的特点,可用作建造承受冲击和爆炸荷载的建(构)筑物,如原子能反应堆基础等。利用高强混凝土抗渗性能强和抗腐蚀性能强的特点,建造具有高抗渗和高抗腐要求的工业用水池等。因此,高强混凝土广泛用于各个领域,大大提高了工程质量和使用寿命,降低了成本。