林燕妮（廈門市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司）

淺析C60以上高強(qiáng)混凝土材料的選擇和應(yīng)用

林燕妮
（廈門市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司）

高強(qiáng)混凝土在高聳機(jī)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)和高層建筑等工程中具有重要的作用。高強(qiáng)混凝土和一般的混凝土相比有很明顯的技術(shù)優(yōu)越性，如果采用高強(qiáng)混凝土，不僅能減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸，還能減輕自重，提高經(jīng)濟(jì)效益。這也是我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷擴(kuò)大，城市化水平不斷提高的必要。本文主要探析混凝土的特點(diǎn)及應(yīng)用和原材料的選擇。

高強(qiáng)混凝土；性質(zhì)；材料

1 引言

工程中一般把強(qiáng)度等級(jí)為C60及其以上的混凝土稱為高強(qiáng)混凝土，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到C100以上的混凝土稱為超高強(qiáng)混凝土。高強(qiáng)混凝土是用優(yōu)質(zhì)水泥、優(yōu)質(zhì)骨料，摻入減水劑或同時(shí)外加粉煤灰、礦粉、礦渣、硅粉等混合材料，經(jīng)特殊攪拌工藝生產(chǎn)而獲得的混凝土。

高強(qiáng)混凝土是近年來(lái)建筑工程領(lǐng)域發(fā)展的重要方向，高強(qiáng)混凝土具有強(qiáng)度高、耐久性能好、防滲性強(qiáng)、高流動(dòng)性等優(yōu)越性能。在建筑的底部柱子和剪力墻中的使用有很好的效果，能夠增加截面的凈面積，改善空間提高使用功能。

2 高強(qiáng)混凝土的技術(shù)現(xiàn)狀

高強(qiáng)混凝土在我國(guó)的發(fā)展歷史是從上個(gè)世紀(jì)80年代以后才開始運(yùn)用，隨后在近三十年中得到使用和推廣。目前在我國(guó)某些地區(qū)的高層建筑和結(jié)構(gòu)中都有高強(qiáng)混凝土的使用。結(jié)果表明，高強(qiáng)混凝土的運(yùn)用在建筑工程中獲得了客觀的經(jīng)濟(jì)效益和施工效應(yīng)。高強(qiáng)混凝土材料為預(yù)應(yīng)力技術(shù)提供了參考，可采用高強(qiáng)度鋼材的作用提高了受彎構(gòu)件的抗彎剛度和抗裂性能。因此世界范圍內(nèi)越來(lái)越多地采用施加預(yù)應(yīng)力的高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于大跨度結(jié)構(gòu)和道路橋梁中。

3 高強(qiáng)混凝土特點(diǎn)

3.1一般性質(zhì)

和普通的混凝土相比，高強(qiáng)混凝土也具有流動(dòng)性、粘聚性和保水性等方面的重要性能，同時(shí)具有混凝土硬化后的最重要的力學(xué)性能；在荷載或溫濕度作用下會(huì)產(chǎn)生變形，主要包括彈性變形、塑性變形、收縮和溫度變形等?；炷猎谑褂眠^(guò)程中抵抗各種破壞因素作用的能力，包括抗凍性、抗?jié)B性、抗蝕性及抗碳化能力等

3.2優(yōu)越性質(zhì)

高強(qiáng)混凝土作為一種新的建筑材料，其性能較一般混凝土相比具有抗壓強(qiáng)度高、抗變形能力強(qiáng)、孔隙率低的性質(zhì)。在高層建筑結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁結(jié)構(gòu)以及某些特種結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。高強(qiáng)混凝土最大的特點(diǎn)是其抗壓強(qiáng)度是普通強(qiáng)度混凝土的4～6倍。

由于這個(gè)性質(zhì)，在建筑中，可減小構(gòu)件的截面增加使用空間。在軸壓比和配箍率合適的情況下，高強(qiáng)混凝土框架柱具有較好的抗震性能。而且柱截面尺寸小，自重輕，抗震性能好，經(jīng)濟(jì)效益高。

此外，由于高強(qiáng)混凝土的密度大，在建造承受沖擊和爆炸荷載的建（構(gòu)）筑物中可使用這種材料，如核反應(yīng)堆的維護(hù)結(jié)構(gòu)等。利用高強(qiáng)混凝土抗?jié)B性能強(qiáng)和抗腐蝕性能強(qiáng)的特點(diǎn)，還建造具有高抗?jié)B、高抗腐蝕要求的工業(yè)水池。

4 C60 高強(qiáng)混凝土配置材料的選擇

根據(jù)CECS 104:99《高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》1.0.2條明確規(guī)定：“高強(qiáng)混凝土為采用水泥、砂、石、高效減水劑等外加劑和粉煤灰超細(xì)礦渣硅灰等礦物摻合料以常規(guī)工藝配制的C50～C80級(jí)混凝土?！?/p>

4.1水泥的選擇

高強(qiáng)混凝土所用的膠凝材料主要有一般水泥、特種水泥和超細(xì)礦物摻合料。更多的情況是選擇水泥，水泥宜選用不低于42.5等級(jí)的普通硅酸鹽水泥，作為無(wú)機(jī)膠凝材料與水?dāng)嚢韬笫够炷涟韬衔锞哂锌伤苄?。選用時(shí)水泥的流變性比強(qiáng)度是一個(gè)重要參數(shù)，最后要與減水劑相容性要好，因此C3A與含堿量要低，不宜用立窯水泥、早強(qiáng)水泥或其他混合材水泥。水泥的選用質(zhì)量必須符合GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》中硅酸鹽水泥或普通水泥的規(guī)定。同時(shí)，在高強(qiáng)混凝土中，水泥用量一般宜為400～500kg/m3。

4.2骨料的要求

骨料分粗骨料和細(xì)骨料。按照規(guī)范要求，粗骨料應(yīng)選用質(zhì)地堅(jiān)硬，級(jí)配良好的花崗巖、石灰?guī)r、正長(zhǎng)石、輝長(zhǎng)巖、火成巖等碎石(不宜用卵石)，最大粒徑不超過(guò)20mm，骨料的各個(gè)方向要接近。骨料的立方體抗壓強(qiáng)度應(yīng)比所配制的混凝土強(qiáng)度高20%以上，粗骨料的性能對(duì)其彈性模量及抗壓強(qiáng)度起到關(guān)鍵性的作用。粗骨料的形狀、大小、礦物成分和強(qiáng)度都對(duì)混凝土的強(qiáng)度發(fā)生作用，如果粗骨料的強(qiáng)度不足，對(duì)高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度影響將無(wú)法彌補(bǔ)。例如選擇碎石骨料，石子的粒徑、表面性質(zhì)，雜質(zhì)含量也很重要，應(yīng)嚴(yán)格控制，立方抗壓強(qiáng)度f(wàn)g>1.2fcu以上，針片狀小于%，不得混入軟弱顆粒。碎石的含泥量要小于1%。

細(xì)骨料優(yōu)先選用質(zhì)地堅(jiān)硬，級(jí)配良好的河砂或人工砂。高強(qiáng)混凝土對(duì)細(xì)骨料的要求不是很高，但其中的粘土及云母含量應(yīng)盡量的低。粘土不但降低強(qiáng)度，并使拌料的需水量增加，影響水灰比。中砂的細(xì)度模數(shù)Mx≮2.6，含泥量≯1.5%（強(qiáng)度>C70級(jí)的混凝土≯1.0%且不容許有泥塊存在）。

4.3摻入外加劑

摻入外加劑的質(zhì)量應(yīng)符合GB8076-2008《混凝土外加劑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。根據(jù)混凝土的原材料、配合比和標(biāo)號(hào)確定對(duì)外加劑的減水率和摻量的要求宜選用減水率高（>20%），與水泥相容性好，含堿低，坍落損失小的品種。如果是兩種復(fù)合外加劑，摻量一般為膠結(jié)材總量的1.5%～2.0%，摻量太多，超過(guò)飽和點(diǎn)后，不再提高減水率，并延緩凝結(jié)時(shí)間。

⑴緩凝劑。主要用于控制混凝土的凝結(jié)、硬化速度，以減少坍落度損失，降低放熱量，防止早期開裂，對(duì)于C3A與含堿量低的水泥，緩凝效果較好，但摻量不宜過(guò)多，要嚴(yán)加控制；摻量為水泥用量的0.1%～0.6%。

⑵引氣劑。摻入引氣劑可提高混凝土的流動(dòng)性、減少離析、泌水現(xiàn)象，對(duì)保證混凝土拌合物的均勻性和硬化后的耐久性很有利，但引氣劑要降低強(qiáng)度，故不宜多加，一般以含氣量在3%～4%來(lái)控制其摻量?；炷恋臒釘U(kuò)散及傳導(dǎo)系數(shù)降低，提高了混凝土的體積穩(wěn)定性，增強(qiáng)了野外結(jié)構(gòu)的耐候性，延長(zhǎng)了道路混凝土的使用壽命。當(dāng)含氣量為3%～5%時(shí)，抗折強(qiáng)度提高10%～20%。

⑶膨脹劑。主要是為了補(bǔ)償水泥的干縮和自收縮，增加抗裂性并在約束條件下增長(zhǎng)強(qiáng)度。當(dāng)水泥凝結(jié)硬化時(shí)，隨之體積膨脹，起補(bǔ)償收縮和張拉鋼筋產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力以及充分填充水泥間隙的作用。

4.4摻料

高強(qiáng)混凝土中的摻料一般有硅粉、粉煤灰、磨細(xì)的礦渣粉、沸石粉等。主要作用是改善混凝土的和易性，降低混凝土的孔隙率，改善水化物組成與過(guò)渡區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)。

⑴粉煤灰。在混凝土中摻量應(yīng)大于膠凝材料總量的20%，當(dāng)摻量達(dá)30%以上時(shí)，水膠比不宜大于0.5，并應(yīng)隨粉煤灰摻量的增加而減小。粉煤灰作為摻和料用于凍融和腐蝕環(huán)境下的引氣混凝土?xí)r應(yīng)嚴(yán)格限制其燒失量。

⑵磨細(xì)礦渣。礦渣微粉可等量替代水泥制品中的水泥用量，可以明顯的改善混凝土和水泥制品的綜合性能。有效抑制水泥混凝土的堿骨料反應(yīng)，顯著提高水泥混凝土的抗堿骨料反應(yīng)性能，提高水泥混凝土的耐久性；改善混凝土的和易性；其比表面積宜在400m2/kg左右。對(duì)于硫酸鹽腐蝕環(huán)境宜將大摻量礦渣作為膠凝材料的必需組分，礦渣的最大摻量在低水膠比的混凝土中可達(dá)膠凝材料總量的90%。

⑶硅灰。硅灰在混凝土中的摻料應(yīng)由試驗(yàn)室作出施工配合比。摻量一般不超過(guò)8%。它能有效防止發(fā)生混凝土堿骨料反應(yīng)，提高澆注型耐火材料的致密性。硅灰中的二氧化硅含量宜大于90%，比表面積不小于15m2/g。硅灰能夠填充水泥顆粒間的孔隙，同時(shí)與水化產(chǎn)物生成凝膠體，與堿性材料氧化鎂反應(yīng)生成凝膠體。硅灰宜用于配制有特殊要求的混凝土，或與其它礦物摻料復(fù)合使用。

⑷復(fù)合摻合料。由二種或二種以上的摻和料復(fù)合組成,其效果通常要明顯高于單一礦物摻和料。復(fù)合摻和料是由超細(xì)硅粉、高活性礦粉和多種高性能外加劑優(yōu)化配制而成，具有較高的活性指數(shù)，摻加此增強(qiáng)型礦物摻合料能夠顯著改善軌道板混凝土的力學(xué)性能和耐久性能。

4.5養(yǎng)護(hù)措施

為了減少混凝土內(nèi)外溫差，避免高強(qiáng)混凝土因內(nèi)外溫差而導(dǎo)致早期失水，降低強(qiáng)度及造成表面裂縫，因此必須采取適當(dāng)?shù)谋卮胧?。高?qiáng)混凝土澆筑完畢后，在8小時(shí)內(nèi)加以覆蓋和澆水養(yǎng)護(hù)。澆水次數(shù)應(yīng)使混凝土結(jié)構(gòu)表面呈現(xiàn)濕潤(rùn)狀態(tài)，澆水養(yǎng)護(hù)日期不得少于14天。通過(guò)這個(gè)措施，可以使混凝土在緩慢的散熱過(guò)程中獲得必要的強(qiáng)度來(lái)抵抗溫度應(yīng)力，減緩變形速度，充分發(fā)揮材料的徐變特性，從而有效地削減約束力。冬施施工要延長(zhǎng)拆模時(shí)間，采取保溫措施，防止遭受凍害破壞。

5 結(jié)論

隨著建筑工程技術(shù)的不斷革新和發(fā)展，作為與傳統(tǒng)混凝土具有不同性能的材料，高強(qiáng)混凝土的前景必將在工程建設(shè)領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。但就目前的情況而言，我國(guó)的技術(shù)還處于研究階段，所以要建立科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，加強(qiáng)高強(qiáng)混凝土工作性能的研究和應(yīng)用，把設(shè)計(jì)理論加快變成科研成果。

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