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	高强混凝土的工程应用

发布时间：2016.07.22 新闻来源： 浏览次数：

高强混凝土具有强度高、负荷能力大、资源和能源消耗少以及耐久性优异等特点，能满足高层建筑及大跨、重载的土木工程的要求，已在国内外众多工程中得到大量应用。目前我国的结构设计规范中允许使用的混凝土强度等级为C80，在国家标准《高强混凝土应用技术规程》（JGJ/T281-2012）中规定的最高强度等级为C100，在实验室中使用普通混凝土原材料可以配制出C120强度等级的混凝土并可实现高层泵送。在一些试验性工程中，实际结构试用了一些C100强度等级的混凝土。沈阳清华同方信息港8#楼（A、B座）的地下1层～10层钢管混凝土柱内浇筑了C100高强混凝土。沈阳市皇朝万鑫大厦的地下2层～8层钢管混凝土柱内浇筑了C100高强混凝土。
在我国的一些超高层建筑工程中已实际使用了C 8 0 高强混凝土，如深圳汉国城市商业中心，地下5层～46层剪力墙及大截面框架柱均采用C80混凝土，总用量约33770m3，每层C80混凝土用量50 0m3～90 0m3。优化后的C 8 0混凝土配合比（k g /m 3）为: 水∶水泥∶砂（干料）∶石（干料）∶外加剂∶I 级粉煤灰∶S 9 5 矿粉=142∶340∶728∶980∶10∶140∶140，水胶比0.24。混凝土入泵坍落度240mm～260mm，坍落扩展度（650±30）mm，倒坍落筒流空时间5s～15s，混凝土初凝时间8h～12h，入泵温度≤32℃。
上海卢湾107#、108#地块为两栋24层99.9 米高的酒店。采用钢筋混凝土结构，其中4层～22层结构使用C80高强混凝土，总共使用C80混凝土5057m3，是上海首次大规模使用C80高强混凝土。通过原材料的比较选择，确定的试验配合比和力学性能见表3。配合比所用砂率为0.42，水胶比为0. 2 5，该配合比没有使用硅灰。试配时扩展度为650±75mm，28d强度达到92.4MPa，60d收缩值为330×10- 6。实际施工的混凝土28d强度平均值为90.6MPa，方差5.39MPa，达到设计要求。

    深圳市安托山混凝土公司也没有使用硅灰，采用普通原材料配制C80混凝土，在深圳的数个建筑工程中实际使用超过4万m3，拌和物工作性良好，能够长距离泵送；28d强度平均达到95MPa以上。
    由于结构设计规范的限制，C80混凝土的经济优势不突出，性价比不高，其应用并不是很广泛。在许多工程中，C70是性价比最高的混凝土强度等级，而C60混凝土的制备难度大大低于C70混凝土。所以C60与C70混凝土得到更为广泛的应用。C70混凝土主要用于钢-混凝土组合承重柱，C60混凝土则用于核心筒和剪力墙。深圳平安金融中心、天津117大厦、上海中心和北京中国尊等超高层建筑都是这样设计的。每个工程的高强混凝土用量均达到数万m3。
    高强混凝土的胶凝材料用量大，浇筑的结构体积一般较大，其水化放热量大，导致混凝土的温度升高，温峰陡峭，由此产生的温度收缩大；高强混凝土的自收缩也很大，两种收缩叠加，易导致结构开裂。为此需要控制混凝土的入模温度，延缓其水化进程，减小其降温速率，也可采用内养护技术、补偿收缩技术，加强保温保湿养护等措施来提高其体积稳定性，降低开裂风险。
    高强混凝土的胶凝材料用量大，水胶比低，其拌和物的黏度大，长距离泵送时的阻力较大，增加泵送难度。为了提高高强混凝土的泵送性能，需要选择合适的减水剂，使减水剂与胶凝材料的相容性良好。减水剂应具有降低拌和物黏度，长时间保持拌和物流动性的特性。合理选择胶凝材料的组成也可改善混凝土的可泵性。优质粉煤灰可提高混凝土的流动性；硅灰虽然能提高混凝土的强度，但会增加拌和物的黏度，影响可泵性。需要通过试验，选择合理的水泥、粉煤灰、磨细矿渣粉和硅灰的比例，达到力学性能与工作性的平衡。此外，优化骨料的级配与粒形，形成最紧密堆积，降低其空隙率，也可明显改善混凝土的可泵性。目前限制高强混凝土的力学性能与工作性提高的重要因素是优质的骨料不易获得。砂的含泥量高，级配不合格；碎石的针片状颗粒含量高，压碎值大，空隙率大等已成为全国性的普遍问题。骨料的品质若不能提高，将严重阻碍高强混凝土的发展。
    四、大掺量矿物掺和料混凝土
    超高层建筑的荷载巨大，通常采用厚大的钢筋混凝土筏板基础。这些结构施工时，为了保证结构的整体性，满足承载要求，大多要求整体浇筑，除沉降后浇带外，不留其他后浇带。同时还要控制混凝土结构内部的温升不能过高，避免由于过大的温度收缩而导致开裂。施工方希望加快施工进度，满足工期要求，也不希望留温度后浇带。因此目前实际施工时，一次性浇筑的混凝土板块的尺寸越来越大，远远超出我国现行施工规范规定的范围。为了浇筑超出规范允许尺寸的大体积混凝土底板，发展了多种混凝土施工技术。最常用的是补偿收缩混凝土和大掺量矿物掺和料混凝土。
    由于补偿收缩混凝土性能的影响因素众多，实际应用效果难于预测。虽然有大量成功案例，但也有许多失败的案例。对于膨胀剂的作用和补偿收缩混凝土的合适用途，目前混凝土学术界与工程界争论很大。大掺量矿物掺和料混凝土可以避免补偿收缩混凝土的许多缺点，在大体积底板工程中使用效果很好，得到越来越多的应用。
    大掺量矿物掺和料混凝土是指所用胶凝材料中的矿物掺和料的比例在40%以上的混凝土。对于大体积混凝土，通常使用粉煤灰，有时也复合使用粉煤灰和磨细矿渣粉。大掺量矿物掺和料混凝土配合比设计特点是低水胶比、高胶凝材料用量、低水泥用量。其性能特点为：早期强度发展较慢，后期强度持续发展；干缩较大，抗碳化性能稍差；水化温升值和温升速率较低。由于矿物掺和料的水化反应受温度影响很大，混凝土结构内部水泥的水化放热可促进其反应速率，提高其性能。所以大掺量矿物掺和料混凝土，特别是大掺量粉煤灰混凝土在实际结构内的性能要优于实验室内制备的小试件。
    表4为一些超高层建筑底板的混凝土配合比。这些底板最薄4m，最厚12m；都采用混凝土60d强度验收。对于C40强度等级的混凝土，P·O 42.5普通硅酸盐水泥的用量最少只有200kg/m3，远低于现行规范要求的最低水泥用量；胶凝材料总量不到400kg/m3，也低于常规混凝土配合比的取值。一些工程已完工多年，性能良好，无开裂，无渗漏。所以大掺量矿物掺和料混凝土不但性能优良，其资源消耗也少，是名符其实的绿色混凝土。

表4所列国贸三期A塔楼基础底板所用大掺量粉煤灰混凝土，测定其绝热温升，其最大绝热温升仅43℃，2006年6月主体部分一次连续浇注混凝土18000余m3。实体结构测温结果显示，顶部混凝土温峰约为55℃～60℃，底部混凝土温峰60℃～65℃，中部温峰最高，约为75℃，绝大部分测温点温差在25℃以内，大大低于结构设计提出的最高温度不超过85℃的要求。测定在标准、同条件和温度匹配等3种不同养护制度下养护的混凝土强度。在标准（20℃，RH≥95%）条件下养护的混凝土试件，60d强度达到57.9MPa，满足验收条件。在按照结构内部温度变化曲线进行的温度匹配养护条件下养护的混凝土试件，由于结构内部高温环境激发了粉煤灰的火山灰活性，使其水化反应提前，程度增加，其早期强度迅速增长，各龄期强度都远高于标准条件养护的试件强度，28d即达到66.5MPa。