高强混凝土在建筑工程中的应用及施工质量控制

　　一、概述

　　用常规水泥和砂石原材料配制的现代高强混凝土技术是在高效减水剂发明之后发展起来的，它克服了过去配制高强混凝土只能是干硬性混凝土不能工业化预拌生产和泵送施工的根本缺陷，在拌料的工作度和混凝土的强度、体积稳定性与抗渗能力等方面具有综合的优良性能，因而又被称为高性能混凝土，并被看作是将对土建工程的发展起到重要推动作用的新一代建筑结构材料。
高强混凝土在房屋建筑和一般构筑物中的应用场合主要有：

　　1、高层建筑。高层建筑中采用高强混凝土可以大幅度缩小底层钢筋混凝土柱子的截面尺寸，扩大柱同间距，增大建筑使用面积。上下柱子采用不同强度等级混凝土，有利于统一柱子尺寸和模板规格，方便施工，并可利用高强混凝土的早强特点加快施工进度。高强混凝土还因徐变小、弹性模量高，可以减少柱子的压缩量和增加结构刚度，这对超高层建筑来说也是非常重要的。

　　2、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。
 
　　二、原材料和配比

　　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。

　　三、结构设计

　　设计高强混凝土结构时要注意以下各点：

　　1、高强混凝上受压时呈高度脆性，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。
 
　　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。国外甚至有试验表明当混凝土强度超过90～100Mpa后，无腹筋梁的斜截面承载力不再增长或呈现下降趋势。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、高强混凝土受压时的应力应变曲线形状与普通强度混凝土差别甚大，所以按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。
 
　　4、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。

　　5、高强混凝土弹性模量和抗拉强度受骨料品种的影响很大。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。

　　6、高强混凝土的水泥用量通常较高，水化热的有害影响不容忽视。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。

　　四、施工和质量检验

　　高强混凝土的施工必须有严格的质量控制和质量保证制度，这是高强混凝土区别于普通强度混凝土的一个重要特点。

　　1、试配

　　在正式生产施工前，高强混凝土应先通过试配，即根据以往的经验，选定几种不同的配合比与配料的不同投放顺序，通过仔细的比较来确定最优方案，以满足拌合料坍落度、凝结时间、空气含量，以及混凝土强度及其随龄期变化等的要求。试配必须严格模拟施工现场的环境以及实施程序，所用的原材料应是现场实际使用的，试配时的环境温度应与工程施工现场相应；试配时对坍落度的要求应考虑到实际使用的混凝土拌合料在运输和浇注过程中的损失。运输和施工作业所需的时间以及现场可能出现的最高气温是试配中必须注意的重大问题。温度越高，作业时间越大，越能识别坍落度的损失程度。当在试验室条件下进行试配时，要求达到的混凝土强度应该比工地现场所要求的大一些，这是由于现场的条件一般比试验室差，在相同配比情况下获得的混凝土强度往往偏低。

　　2、质量控制与质量保证

　　混凝上的质量控制至少包括以下几方面的内容：

　　（1）施工单位、混凝土供应单位（预拌厂）和甲方委托的设计或试验单位之间的书面协议，明确技术要求，规定各方的职责；（2）各种原材料质量和性能的初始证明和定期测试证明；（3）对混凝土拌合料特性（坍落度、凝结时间、含气量、温度等）及混凝土强度的系统测定记录与统计。
混凝土质量控制的具体内容应该根据工程对象和具体条件而定，一般应实施以下的措施：
（1）  对所有参与操作的人员进行培训和技术交底，并对他们提出需完成的各种记录文件的要求，比如对于运送预拌混凝土的司机，要求有路途运送时间、搅拌输送车搅动转速、以及装卸车时间的记录等；
 
　　（2）   制订专职人员到预拌工厂和现场的定期检查、测定制度，包括对各种原材料和生产状态的宏观检查和抽样测试，对原材料进料、储存、计量、装料、搅拌、运输、振捣、养护的每一环节进行监督；

　　（3）   制定驻现场技术人员对拌合料性能测定并按规定留取混凝土小试件的制度，试件的数量至少应能满足供早期及28天强度测定所需。

　　（4）   制定应急计划。这包括备件的准备（特别是易损坏的振捣设备），以及当供给的混凝土拌合料质量出现问题时（如拌合料因搁置时间过长变硬）的处置方案等；

　　（5）   制定控制水灰比的具体措施。高强混凝土的用水量必须严格计算和控制，骨料的含水量应该从用水量中扣除，每天需用烘干法测定骨料含水量，每次配料时砂子的含水量还应采用含水量自动测试仪连续测定。

　　（6）   制定控制拌合料温度的措施和必要时测定水化热温度的具体措施；

　　（7）  确定施工过程所需的时间，尽可能缩短从搅拌到振捣完毕的时间过程。
高强混凝土施工过程中要注意的问题还有：（l）为了保持砂石洁净，对砂石堆放环境也有专门要求；（2）细骨料在投料前不宜过干，其含水量宜采用自动检测井通过自动称量装置，进行用水量修正；（3）搅拌必须均匀，高强混凝土的搅拌要比普通强度混凝土困难，必须采用强制式搅拌机，并延长搅拌时间，约比普遍强度混凝土搅拌时间长一半；（4）投料顺序对强度有很大影响，需经仔细探讨后确定；（5）对高坍落度的流态混凝土也需认真振捣，时间可稍短些，对驱除拌料中的气泡有作用；（6）及时养护，低水灰比的混凝士表面不泌水，容易在凝结过程或浇注后不久就出现表面干缩裂缝，早期养护对高强混凝土最为紧要。
 
　　五、结语

　　现代高强混凝土的出现是建筑工业上的一个重要进展。在可预见的将来，它是最有潜力能被大量用于各类重要结构尤其是基础设施工程的新一代结构材料。

　　应用高强混凝土可带来很大的技术经济效益。在设计高强混凝土结构时必须注意加强构件的延性，要改变过去习惯追求低配筋率的倾向。高强混凝土的施工必须有严格的质量控制和保证制度，材料的试配和高效减水剂的使用应该在有经验的专业人员指导下进行。