高強混凝土在火電廠主廠房結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用分析

馬 濤，汲 蕾，魏 博

(1.河北省電力勘測設(shè)計研究院，石家莊 050031;2.石家莊供電公司，石家莊 050051；3.河北省電力公司，石家莊 050021)

高強混凝土在當(dāng)前的電廠工程建設(shè)中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，從電廠工程的建設(shè)經(jīng)驗來看，混凝土強度等級從C30提高到C60，對受壓構(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%。雖然高強混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，這對自重占荷載主要部分的建筑物具有特別重要意義，而且由于梁柱截面縮小，不但在建筑上改變了肥梁胖柱的不美觀問題，而且可增加使用面積。高強混凝土作為一種新的建筑材料，近年來在電廠高層建筑結(jié)構(gòu)及某些特種建(構(gòu))筑物結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。

1 高強混凝土的概念及特點

1.1 高強混凝土的概念

高強混凝土是用水泥、砂、石原材料外加減水劑或同時外加粉煤灰、F礦粉、礦渣、硅粉等混合料，經(jīng)常規(guī)工藝生產(chǎn)而成。GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中把混凝土抗壓強度等級大于50 MPa(C50)的混凝土定義為高強混凝土[1]，美國將混凝土抗壓強度等級為C100及以上混凝土定義為高強混凝土，在日本將C80及以上混凝土定義為高強混凝土，在前蘇聯(lián)將C90及以上混凝土定義為高強混凝土，在挪威將C70及以上混凝土定義為高強混凝土。結(jié)合我國當(dāng)前的混凝土材料研究和應(yīng)用水平，行業(yè)內(nèi)的專家一般認為抗壓強度等級C60及以上混凝土為高強混凝土。

1.2 高強混凝土的特點

1.2.1 抗壓強度高

高強混凝土最大的特點是抗壓強度高，一般為普通強度混疑土的4～6倍，故可減小構(gòu)件的截面。試驗表明，在一定的軸壓比和合適的配箍率情況下，高強混凝土框架柱具有較好的抗震性能。而且柱截面尺寸減小，減輕自重，避免短柱，對結(jié)構(gòu)抗震有利，可以提高經(jīng)濟效益。高強混凝土材料為預(yù)應(yīng)力技術(shù)提供了有利條件，可采用高強度鋼材和人為控制應(yīng)力，從而大大提高受彎構(gòu)件的抗彎剛度和抗裂度[2]。

1.2.2 密實度高

應(yīng)用于高強混凝土的原材料及其配比與傳統(tǒng)的混凝土相比，高強混凝土在原材料的配比上主要有兩點不同，即低水灰比和多組分，其目的都是為了增加混凝土的密實度，改善骨料和硬化水泥漿之間的界面性能，從而實現(xiàn)高強和耐久性能?；炷恋膹姸群褪湛s變化在很大程度上取決于硬化水泥漿中的孔隙，降低水灰比是使混凝土減小孔隙并達到高強的最主要途徑。要使低水灰比的混凝土拌料有良好的工作度，就必須外加高效減水劑。外加粉煤灰、硅粉等摻和料也有改善拌料工作度、降低泌水離析、改善混凝土的微結(jié)構(gòu)、增加混凝土抗酸堿腐蝕和防止堿骨料反映的作用。由于高強混凝土的密實性能好，因此其抗?jié)B、抗凍性能均優(yōu)于普通混凝土。

1.2.3 彈性模量高

高強混凝土與傳統(tǒng)混凝土相比還具有彈性模量高的特點，混凝土彈性模量越大，其截面剛度越大，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)撓度計算原理可知，剛度越大其撓度變形越小。因此，使用C60混凝土能大大改善建筑物的變形性能。

2 高強混凝土的應(yīng)用分析

隨著電力建設(shè)行業(yè)的迅猛發(fā)展，近2年高強混凝土開始被廣泛應(yīng)用于我國電力行業(yè)中。高強度和高性能混凝土一直是電力建筑材料行業(yè)研究的熱點，對于C60等一般的高強混凝土不管是從設(shè)計還是施工，以及實際的電廠工程建筑經(jīng)驗來看，其性能都是安全可靠的。目前，國華浙能寧海電廠二期擴建工程(2臺1 000 MW)首次在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主廠房設(shè)計中采用鏡面C55高強混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，國電黃金埠發(fā)電廠一期新建工程(2臺600 MW)燃煤發(fā)電機組主廠房框架采用C60高強混凝土，錦界電廠(2臺1 000 MW)主廠房設(shè)計采用C60高強混凝土結(jié)構(gòu)體系。下面以錦界電廠為例進行分析。

2.1 工程概況

錦界電廠為2臺1 000 MW機組，地震基本烈度為6度，主廠房采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，主廠房材質(zhì)采用C60高強混凝土。由于電廠主廠房結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，柱腳荷載較大，在位于抗震設(shè)防烈度小于8度的地區(qū)，水平地震力對柱的影響相對較小，柱完全以全截面受壓為主，因此采用C60高強混凝土能夠充分發(fā)揮其良好的抗壓性能。

2.2 主廠房結(jié)構(gòu)采用高強混凝土與普通混凝土的對比分析

采用高強混凝土能夠減輕火電廠主廠房結(jié)構(gòu)自重，降低梁柱斷面，減少鋼筋用量，最終降低造價，詳見表1。按電力系統(tǒng)定額，C40混凝土材料費為172.17元/m3，按C60混凝土配合比和市場價格，其材料費為193.81元/m3。

表1 不同強度等級的混凝土柱對比結(jié)果

由表1可知，采用C40、C50等級混凝土比C60等級混凝土柱斷面分別增大約40.95%和16.67%，因假定按全截面受壓考慮，配筋相應(yīng)增加約40.95%和16.67%，柱每延米造價分布增加27.35%和11.04%?？梢姡词箍紤]C60混凝土比其他等級混凝土價格高的因素，采用C60高強混凝土仍然能夠降低造價。

2.3 高強混凝土與高性能鋼筋的匹配優(yōu)勢

高強、高性能鋼筋在建筑行業(yè)得到大力推廣。強度400 MPa、500 MPa級高強熱軋帶肋鋼筋逐漸作為縱向受力的主導(dǎo)鋼筋[1]。在主廠房結(jié)構(gòu)中高強鋼筋與高強混凝土匹配應(yīng)用可以降低梁柱的斷面尺寸與配筋率，充分發(fā)揮高強鋼筋的延展性，提高鋼筋與混凝土的錨固性，有利于提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

3 施工注意事項

在火電廠主廠房結(jié)構(gòu)中采用高強混凝土可大幅度縮小底層鋼筋混凝土柱子的截面尺寸，增大建筑使用面積，減少柱子的壓縮量，增加結(jié)構(gòu)剛度等優(yōu)勢。但高強混凝土在施工過程中還要注意以下問題[3]：

a. 為保持砂石潔凈，砂石堆放環(huán)境應(yīng)干爽、清潔；

b. 細骨料在投料前不宜過干，其含水量宜采用自動檢測井，通過自動稱量裝置進行用水量修正；

c. 攪拌必須均勻，高強混凝土的攪拌要比普通強度混凝土困難，必須采用強制式攪拌機，并延長攪拌時間，約比普遍強度混凝土攪拌時間增加一倍；

d. 投料順序?qū)姸扔泻艽笥绊?，需?jīng)仔細探討后確定；

e. 對高坍落度的流態(tài)混凝土也需認真振搗，時間可稍短些，對驅(qū)除拌料中的氣泡有作用；

f. 及時養(yǎng)護，低水灰比的混凝士表面不泌水，容易在凝結(jié)過程或澆注后不久就出現(xiàn)表面干縮裂縫，早期養(yǎng)護對高強混凝土最為緊要。

4 結(jié)束語

高強混凝土可改善結(jié)構(gòu)的性能，提高混凝土的強度，是未來電廠建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的主要研究方向，也是推動我國向節(jié)能環(huán)保和低碳發(fā)展的有效途徑。目前，C60高強混凝土由于在設(shè)計和施工方面具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟效益和優(yōu)良的性能，已經(jīng)在電廠主廠房結(jié)構(gòu)中被廣泛采用。隨著C60混凝土在電廠各類結(jié)構(gòu)中的大量采用，可有效節(jié)省投資，提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，并能改善建筑物的變形性能。但在高強混凝土使用過程中也要注意，施工中必須有嚴格的質(zhì)量控制和保證制度，與高強鋼筋的匹配應(yīng)用才可以更好地發(fā)揮其作用，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

參考文獻：

[1] GB 50010-2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]．

[2] 孫達響．高強混凝土的應(yīng)用[J]．科協(xié)論壇，2010(8)：13．

[3] 王 山．高強混凝土的發(fā)展及應(yīng)用[J]．山西建筑，2010，36(7)：143-145．