高強(qiáng)混凝土的研究應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)

【摘要】本文對(duì)高強(qiáng)混凝土當(dāng)前的技術(shù)水平及研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，對(duì)高強(qiáng)混凝土的工程應(yīng)用情況與標(biāo)準(zhǔn)化情況進(jìn)行介紹，對(duì)高強(qiáng)混凝土的發(fā)展趨勢(shì)和推廣應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了研究探討。

【關(guān)鍵詞】高強(qiáng)混凝土；研究應(yīng)用；發(fā)展趨勢(shì)；應(yīng)用

高強(qiáng)混凝土早在上世紀(jì)60年代就在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家得到推廣使用。發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，高強(qiáng)混凝土在其預(yù)拌混凝土公司基本都能夠生產(chǎn)出來(lái)，在房屋、橋梁、道路、港口建設(shè)等方面得到了廣泛應(yīng)用。

高強(qiáng)混凝土作為新型建筑材料，是建設(shè)部推廣的十項(xiàng)新技術(shù)之一，一直受我國(guó)政府的高度關(guān)注。高強(qiáng)混凝土的廣泛推廣，能夠節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、并且對(duì)提高資源綜合利用效率等方面有著重要推動(dòng)作用，因此，作為公路、鐵路、水工、建筑等行業(yè)部門研究推廣的新技術(shù)之一的高強(qiáng)混凝土，在2004年的《工程建設(shè)中鋼鐵、水泥應(yīng)用的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略》中明確指出加大高強(qiáng)混凝土的升級(jí)，建議將C100-C160混凝土作為高端戰(zhàn)略，把我國(guó)爭(zhēng)取建設(shè)成為世界高強(qiáng)高性能混凝土技術(shù)強(qiáng)國(guó)。

1、高強(qiáng)混凝土的研究現(xiàn)狀

在高強(qiáng)混凝土的制備技術(shù)中，國(guó)內(nèi)外科研人員進(jìn)行了系統(tǒng)研究。降低水灰比可以采用高效減水劑，過(guò)渡區(qū)界面結(jié)構(gòu)的改善可以通過(guò)添加礦物摻合料，用來(lái)消耗水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣，改善混凝土生產(chǎn)施工工藝可以使用“水泥裹砂攪拌工藝”和“高頻振搗成型工藝”等。如果需要降低混凝土拌合物的黏粘度可以選擇較低單位的水和水泥用量，采用優(yōu)質(zhì)砂石、高強(qiáng)水泥等原材料，這也是高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)的重要點(diǎn)。

近年來(lái)，我國(guó)混凝土為了縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)差距，對(duì)高強(qiáng)混凝土的研究和推廣應(yīng)用格外重視，進(jìn)行了一系列的應(yīng)用研究，例如高強(qiáng)混凝土的收縮裂縫、自收縮規(guī)律、配置技術(shù)和施工技術(shù)等。同時(shí)，為了能夠推廣高強(qiáng)混凝土，使高強(qiáng)混凝土得到普及，在國(guó)家“七五”、“八五”重點(diǎn)科技項(xiàng)目；國(guó)家“九五”、“十五”科技攻關(guān)項(xiàng)目；國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃；國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目中以及其他一系列各類專項(xiàng)基金課題研究中都對(duì)高強(qiáng)混凝土的研究應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)有針對(duì)與涉及。

關(guān)于高強(qiáng)混凝土方面的研究，中國(guó)建筑科學(xué)研究院近年來(lái)對(duì)此展開(kāi)了大量的工作，主持了大量的相關(guān)科研項(xiàng)目，并且承擔(dān)了重大的高強(qiáng)混凝土技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目。例如，沈陽(yáng)富林大廈C100級(jí)混凝土、上海中技C60～C80預(yù)應(yīng)力混凝土離心方樁耐久性技術(shù)研究等技術(shù)項(xiàng)目的承擔(dān)。因此，我國(guó)高強(qiáng)混凝土方面得到了飛躍發(fā)展。與此同時(shí)，高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度也在活性粉末混凝土等新型混凝土的深入研究中得到了不斷的提升。

發(fā)展推廣高強(qiáng)混凝土的工程應(yīng)用，并且讓高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用更加提高工程質(zhì)量。因此，高強(qiáng)混凝土在工程應(yīng)用中的問(wèn)題受到廣泛關(guān)注，其性能被許多研究人員進(jìn)行了系統(tǒng)研究：

1.高強(qiáng)混凝土的脆性

研究表明，當(dāng)高強(qiáng)混凝土的應(yīng)變值達(dá)到3%0時(shí)，其實(shí)際承載能力已經(jīng)接近零，同樣的應(yīng)變值對(duì)于普通混凝土而言，其承載能力仍然能夠保持在一半以上，高強(qiáng)混凝土的脆性問(wèn)題顯而易見(jiàn)。高強(qiáng)混凝土的脆性致使混凝土在應(yīng)變值還很高時(shí)，就出現(xiàn)可用肉眼觀察到的裂縫，對(duì)工程質(zhì)量造成了嚴(yán)重影響。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外研究人員進(jìn)行了大量的研究，研究觀點(diǎn)大致可分為兩種：一種觀點(diǎn)是以GProkopski科學(xué)家為代表的，認(rèn)為混凝土的脆性受界面過(guò)渡區(qū)的影響，可通過(guò)改善其界面性能，提高斷裂韌度和承載能力；另一種觀點(diǎn)是以徐世娘為代表，認(rèn)為混凝土的斷裂韌度與骨料的最大粒徑有關(guān)，改善提高混凝土的韌性可以通過(guò)采用高強(qiáng)韌度的骨料。在目前的研究與工程實(shí)踐中，多采用摻入纖維、聚合物等改善混凝土的脆性，提高其韌度。但是，高強(qiáng)混凝土的脆性問(wèn)題仍然沒(méi)有從根本上解決，其研究和改進(jìn)措施仍然是研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

2.高強(qiáng)混凝土的抗裂性

高強(qiáng)混凝土在發(fā)展推廣中因在工程的應(yīng)用中存在著易開(kāi)裂的問(wèn)題，而且其開(kāi)裂敏感性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通混凝土，受到了阻礙。經(jīng)過(guò)研究，高強(qiáng)混凝土的開(kāi)裂有很多因素，包括其材料性能、結(jié)構(gòu)荷載、應(yīng)用環(huán)境等。高強(qiáng)混凝土的開(kāi)裂性不解決就難以在市場(chǎng)推廣，因此，國(guó)內(nèi)外科研人員對(duì)如何增強(qiáng)高強(qiáng)混凝土的抗裂性進(jìn)行了研究，研究表明，外界氣溫、水泥水化熱產(chǎn)生的內(nèi)部氣溫等產(chǎn)生的變形都會(huì)造成高強(qiáng)混凝土開(kāi)裂。提高混凝土抗裂的基本途徑是減小其收縮，可以通過(guò)在高強(qiáng)混凝土中摻加纖維、減縮劑等成分，提高其抗裂性。但是在具體應(yīng)用中，如何長(zhǎng)時(shí)間維持其抗裂性仍然是研究的重點(diǎn)。

3.高強(qiáng)混凝土的耐高溫性

高強(qiáng)混凝土在高溫下會(huì)受到嚴(yán)重破壞，尤其是在火災(zāi)等溫度速升的情況下，高強(qiáng)混凝土甚至?xí)l(fā)生爆裂現(xiàn)象。雖然經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期大量的研究和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，摻入少量的聚丙烯纖維和鋼纖維能夠改善加強(qiáng)高強(qiáng)混凝土的耐火耐高溫性，但是沒(méi)有在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，并且缺乏規(guī)定和措施。

2、高強(qiáng)混凝土的工程應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

高強(qiáng)混凝土體積穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)合理、環(huán)保節(jié)約，是未來(lái)混凝土發(fā)展的趨勢(shì)。在世界范圍內(nèi)房屋建筑物的建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，我國(guó)對(duì)高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用發(fā)展尤為重視，在多個(gè)城市的工程中采用高強(qiáng)混凝土，不僅節(jié)約工程成本，而且應(yīng)用效果良好。在橋梁工程等領(lǐng)域，高強(qiáng)混凝土通過(guò)摻入新成分，提高其抗侵蝕性，而且結(jié)構(gòu)輕，得到了很好的推廣應(yīng)用。在混凝土制品領(lǐng)域，制備管樁、橋梁構(gòu)件、軌枕等建筑制品中，高強(qiáng)混凝土得到了較高的利用，同樣，由于高強(qiáng)混凝土的耐久性，在港口和海洋工程領(lǐng)域等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用發(fā)展，其中碼頭建設(shè)、采油平臺(tái)的建筑中多采用高強(qiáng)混凝土。沈陽(yáng)市是我國(guó)最早采用高強(qiáng)度混凝土的城市，具有代表性的工程有沈陽(yáng)富林大廈，主要應(yīng)用了C100高強(qiáng)度混凝土，在1997年建成的上海金茂大廈，其高度為420.5米，采用的高強(qiáng)混凝土型號(hào)為C60，或者在2009年廣州所建成的國(guó)際金融中心，高度為103層，主要采用了C60-C100高強(qiáng)混凝土，在施工的時(shí)候?qū)100高強(qiáng)混凝土一次性成功泵送到400多米的高度，從而開(kāi)創(chuàng)了混凝土泵送新高度。