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高強(qiáng)混凝土在公路工程中應(yīng)用

引言

建國(guó)以來(lái)的50年是我國(guó)進(jìn)行大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)的50年。全國(guó)從南到北，從內(nèi)地到邊疆，到處都在進(jìn)行著規(guī)模宏大的基本建設(shè)。大規(guī)模的建設(shè)和巨大的工程量，促進(jìn)和推動(dòng)了作為最大宗基本建設(shè)材料的混凝土及其相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展。

從技術(shù)角度來(lái)看，我國(guó)目前的水平也較高，我國(guó)的工程技術(shù)人員已經(jīng)掌握了高度達(dá)382.5m一泵到頂?shù)募夹g(shù)，一次連續(xù)澆筑超過(guò)2萬(wàn)m3的超大體積混凝土技術(shù)，邁入世界先進(jìn)的行列;至于正在施工的三峽混凝土工程，混凝土總量超過(guò)2500萬(wàn)m3，其工程量之大，混凝土要求之嚴(yán)，施工難度之高，均堪稱世界之最。

1高強(qiáng)度高性能混凝土概念

對(duì)于高強(qiáng)混凝土，各國(guó)沒(méi)有準(zhǔn)確的定義，同時(shí)各國(guó)的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土強(qiáng)度等級(jí)大量低于C30，預(yù)制混凝土構(gòu)件普遍低于C40;同時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的計(jì)算公式大部分是根據(jù)較低強(qiáng)度混凝土構(gòu)件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，對(duì)于強(qiáng)度較高的C50或更高等級(jí)的混凝土明顯不適用;另外從混凝土的制作技術(shù)來(lái)看，C50及更高等級(jí)的混凝土在施工時(shí)需要嚴(yán)格的質(zhì)量管理制度和較高的施工水平。考慮到我國(guó)目前的施工水平和質(zhì)量管理制度現(xiàn)狀，以C50作為劃分高強(qiáng)混凝土的指標(biāo)，強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到或超過(guò)C50的混凝土為高強(qiáng)混凝土。高性能混凝土概念的提出至今也只有10多年的時(shí)間，它是伴隨著高強(qiáng)混凝土而問(wèn)世的。

高性能混凝土不僅滿足工業(yè)化預(yù)拌生產(chǎn)和機(jī)械化泵送施工、具有足夠的強(qiáng)度，而且是一種耐久性優(yōu)異的混凝土。與傳統(tǒng)的混凝土相比，高性能混凝土在配合比上的特點(diǎn)是低用水量、較低的水泥用量，并以化學(xué)外加劑與粉煤灰作為水泥、砂石之外的基本組成成分。這些使硬化混凝土內(nèi)部的孔隙少，具有致密的微觀和細(xì)觀結(jié)構(gòu)，抗?jié)B性能優(yōu)良，因此高性能混凝土的耐久性很好。高性能混凝土在硬化過(guò)程中體積穩(wěn)定、水化熱低、溫升小，冷卻時(shí)的溫度收縮小，干燥收縮也小，所以硬化后不易產(chǎn)生宏觀和微觀裂縫。我國(guó)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范組1978年的一項(xiàng)調(diào)查表明，在一般環(huán)境下有40%工業(yè)民用建筑結(jié)構(gòu)的混凝土已碳化到鋼筋表面，而在較潮濕的環(huán)境下90%構(gòu)件已經(jīng)銹蝕。

因此在混凝土的耐久性問(wèn)題受到普遍重視的今天，高性能混凝土無(wú)疑是解決結(jié)構(gòu)耐久性最有效和最經(jīng)濟(jì)的途徑。

2高強(qiáng)混凝土有三大優(yōu)越性

2.1在一般情況下，混凝土強(qiáng)度等級(jí)從C30提高到C60，對(duì)受壓構(gòu)件可節(jié)省混凝土30-40%;受彎構(gòu)件可節(jié)省混凝土10-20%。

2.2凝土比普通混凝土成本上要高一些，但由于減少了截面，結(jié)構(gòu)自重減輕，這對(duì)自重占荷載主要部分的建筑物具有特別重要意義。再者，由于梁柱截面縮小，不但在建筑上改變了肥梁胖柱的不美觀的問(wèn)題，而且可增加使用面積。以深圳賢成大廈為例，該建筑原設(shè)計(jì)用C40級(jí)混凝土，改用C60級(jí)混凝土后，其底層面積可增大1060平方米，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

2.3由于高強(qiáng)混凝土的密實(shí)性能好，抗?jié)B、抗凍性能均優(yōu)于普通混凝土。因此，國(guó)外高強(qiáng)混凝土除高層和大跨度工程外，還大量用于海洋和港口工程，它們耐海水侵蝕和海浪沖刷的能力大大優(yōu)于普通混凝土，可以提高工程使用壽命。

2.4高強(qiáng)混凝土變形小，從而使構(gòu)件的剛度得以提高，大大改善了建筑物的變形性能。

3高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)的一般原則

3.1高強(qiáng)混凝土的用水量低，水灰比一般小于0135;對(duì)80MPa的混凝土，水灰比小于0130;對(duì)100MPa的混凝土，水灰比小于0126;更高強(qiáng)度時(shí)水灰比取0122左右。

3.2水泥用量一般為400～450kgm3，對(duì)80MPa的混凝土可為500kgm3，更高強(qiáng)度時(shí)也不能超過(guò)550kgm3。應(yīng)該通過(guò)外加礦物混合料來(lái)控制和降低水泥用量。高強(qiáng)混凝土必須采用優(yōu)質(zhì)水泥。

3.3集料應(yīng)挑選強(qiáng)度高、吸水率低的碎石，最大粒徑不超過(guò)15～20，如混凝土強(qiáng)度等級(jí)不是很高可以放寬到25，盡量排除片狀和針狀石子。

3.4砂率可為013甚至更低。但過(guò)低砂率會(huì)影響工作度，所以一般可取013～0135，尤其是泵送時(shí)不宜取較低砂率。

3.5當(dāng)水灰比很低時(shí)，為濺改善工作度彈性彎曲變形，預(yù)彎集中力釋放后利用鋼梁的彈性恢復(fù)變形使下緣混凝土產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。

4高強(qiáng)混凝土技術(shù)需要解決的幾個(gè)問(wèn)題

以前高強(qiáng)混凝土一般是指強(qiáng)度等級(jí)在C45級(jí)以上的混凝土。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高強(qiáng)混凝土是指強(qiáng)度等級(jí)在C60級(jí)以上的混凝土。高強(qiáng)混凝土技術(shù)通常包括以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：高性能的混凝土外加劑現(xiàn)代高強(qiáng)混凝土在施工中要解決下列技術(shù)問(wèn)題：

4.1低水灰比，大坍落度高強(qiáng)混凝土一般要求低水灰比，這種低水灰比的混凝土早在60年代末，我國(guó)就有過(guò)研究與應(yīng)用，但由于混凝土在低水灰比的情況下，坍落度很小，甚至沒(méi)有坍落度，其成型和搗實(shí)都很困難，無(wú)法在現(xiàn)澆混凝土施工中應(yīng)用。

4.2坍落度損失問(wèn)題現(xiàn)代城市混凝土施工，一般采用預(yù)攪或商品混凝土。施工工地往往與攪拌站相距很遠(yuǎn)，要把混凝土從攪拌站運(yùn)到工地需用較長(zhǎng)的時(shí)間。混凝土在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，其坍落度隨時(shí)間的增加而減小，這對(duì)高強(qiáng)混凝土來(lái)說(shuō)無(wú)疑又增加了難度。

4.3混凝土可泵性問(wèn)題泵送混凝土幾乎是高層建筑施工的唯一方法。所以高強(qiáng)和泵送幾乎是不可分割的。所以對(duì)高強(qiáng)混凝土要解決混凝土可泵送的要求。要解決這一系列技術(shù)難題，關(guān)鍵是研制一種高性能的外加劑。

5具體的施工控制方法

5.1對(duì)原材料的選擇配置C60級(jí)高強(qiáng)混凝土，不需要用特殊的材料，但必須對(duì)本地區(qū)所能得到的所有原材料進(jìn)行優(yōu)選，它們除了要有比較好的性能指標(biāo)外，還必須質(zhì)量穩(wěn)定，即在施工期內(nèi)主要性能不能有太大的變化。

5.2工時(shí)的質(zhì)量控制和管理一般來(lái)說(shuō)，在試驗(yàn)室配置符合要求的高強(qiáng)混凝土相對(duì)比較容易，但是要在整個(gè)施工過(guò)程中，混凝土都要穩(wěn)定在要求的質(zhì)量水平功能上就比較困難了。一些在普通情況下不太敏感的因素，在低水灰比的情況下會(huì)變得相當(dāng)敏感，而對(duì)高強(qiáng)混凝土，設(shè)計(jì)時(shí)所留的強(qiáng)度富余度又不可能太大，可供調(diào)節(jié)的余量較小，這就要求在整個(gè)施工過(guò)程中必須注意各種條件、因素的變化，并且要根據(jù)這些變化隨時(shí)調(diào)整配合比和各種工藝參數(shù)。

5.3超細(xì)活性摻合料的應(yīng)用對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)為C80或更高的混凝土需要采取一些特殊的技術(shù)措施-摻入超細(xì)活性摻合料。

混凝土強(qiáng)度達(dá)到一定極限后就不可能再增加了，因?yàn)榛炷翉?qiáng)度在水化時(shí)不可避免地會(huì)在其內(nèi)部形成一些細(xì)微的毛細(xì)孔。如果要使其強(qiáng)度進(jìn)一步提高，就必須采取措施把這些孔隙填滿，進(jìn)一步增加混凝土的密實(shí)性。最常用的方法是用極細(xì)(微米級(jí))的活性顆粒摻入混凝土，使它們?cè)谒疂{中的細(xì)微孔隙中水化，減少和填充混凝土中的毛細(xì)孔，達(dá)到增密和增強(qiáng)的作用。

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