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高性能混凝土技术在房建施工中的应用

日期：2017-5-23 16:54:54　来源：本站原创　浏览数：
　

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    0 ·引言
    近年来，我国的建筑行业水平得到了不断提升，随之提升的还有房屋建筑施工技术，传统的施工技术已经无法满足当代建筑行业的要求，于是越来越多的新技术和新施工工艺开始在施工过程中涌现出来，这些新的施工技术不仅满足了当代建筑行业的各项要求，还大大提高了工人的施工效率。而施工技术水平的提高也对混凝土结构工程的承载力性能提出了更高的要求，只有混凝土结构的承载力性能符合要求，才能确保工程的安全施工。高性能混凝土具有较高的韧性、良好体积稳定性和长期的力学性能稳定性，也正是因为这些特性，使得其具有良好的经济性。不仅如此，良好的耐久性还能够延长结构的使用寿命，减少结构的维修费用，经济效益良好。经过大量工程施工实践，降低了混凝土材料本身引起的开裂风险，保证了高性能混凝土的耐久性能。
    1· 高性能混凝土的特性及在高层建筑中的应用优势分析
    1.1 HPC 的特性
    高性能混凝土（high performance concrete，HPC）是具有高工作性（流动性）、高体积稳定性和高耐久性的混凝土，但又采用常规混凝土材料和工艺生产，并可以满足混凝土结构所需要的各项力学性能。根据CECS 207：2006《高性能混凝土应用技术规程》相关内容，HPC 对强度等级并无特定要求，因为HPC 并不等同于高强混凝土，后者一般要求强度等级在C50 以上，但是HPC 明确提出水胶比不应大于0.38，这意味着HPC 不能通过提高水胶比来实现高工作性。HPC 强调混凝土的可持续性发展，突出绿色、节能，因而在HPC 中要求节约更多的熟料水泥，以减少碳排放和保护环境。并且大量地掺入粉煤灰、矿渣粉、硅灰等工业废料，利用HPC 优势减少水泥与混凝土用量。通过延长建筑物的寿命和降低维护量来提高混凝土的经济效益，所以HPC 对耐久性能也提出了较高要求，如56d 龄期的6h 总导电量要小于1000C、300 次冻融循环后相对动弹性模量大于80%等。高工作性要求有好的流动性、充填性和可泵性以及适中的黏聚性，以保证混凝土结构均匀并改善施工条件，因此在进行HPC 配合比设计时不仅要优化骨料的级配，还要使用高效减水剂和塑化剂等外加剂。
    1.2 高性能混凝土在高层建筑中的应用优势分析
    1.2.1 高强度
    混凝土强度对结构来说是最基本的性能要求。当前通常认为高性能混凝土应在C50 以上，但需要注意的是高强混凝土不一定就是高性能混凝土。随着城市人口的增多，楼越来越高，这无疑对高楼底层受压构件的承载性能提出了更高的要求，高性能混凝土在此时与传统混凝土相比具有巨大优势，它能够在保证构件承载力的基础上，有效减小截面尺寸，满足高层建筑的需求。
    1.2.2 高耐久性
    高层建筑需要有较高的使用年限，对耐久性有很高要求。混凝土的耐久性即抵抗劣化的能力，对混凝土耐久性的要求可从两个方面分析，即自然老化和人为劣化。要解决上述耐久性问题，就必须使混凝土密实度高且不产生原生裂缝；硬化后体积稳定而不产生收缩裂缝；同时减少混凝土内部产生侵蚀的组分。通过掺加聚合物、纤维和掺合料，提高抗裂能力，改善韧性；并降低碱度，以增加高层建筑物的抗碳化能力。高性能混凝土的耐久性是普通混凝土的3～10 倍，其耐久性甚至可达百年之久。
    1.2.3 高体积稳定性
    混凝土的体积稳定性对结构的存在直接的影响，与结构的安全性息息相关。高性能混凝土通过组成材料的合理配制，具有较高的密实度和强度，各类体积变形量小，具有较好的体积稳定性，从而避免了收缩、温度和受力等引发的裂缝。
    1.2.4 高工作性
    超高层建筑结构由于泵送高度大，对混凝土的工作性要求较高。采用工作性能优异的高性能混凝土，可使混凝土的一次泵送高度达到300m 以上，从而大大降低施工难度。除此之外，高层建筑所具有的筒体结构，以致钢筋密集，难以振捣，为了解决这些难题，工程常常应用免振捣自密实混凝土。
    免振捣自密实混凝土是高性能混凝土的一种，也是混凝土工作性发展方向。
其最主要的性质是能够在自重下不用振捣，自行填充模板内的空间，形成密实的混凝土结构。其优越性主要表现在：①简化工序，缩短工期，提高效率；②可消除振捣噪声，改善环境；③降低作业强度，节省劳力、振捣机具和电能消耗；④提高混凝土的密实性和耐久性。
    1.2.5 环保性
    在当今建筑行业飞速发展的时代，混凝土的应用已经越来越广泛。但是传统混凝土会消耗大量的砂石、水泥这些天然资源，而这些天然资源的开发势必要破坏生态环境的稳定性。另外，在水泥反应阶段，会产生大量的二氧化碳，排放到空气中，容易引起温室效应。高性能混凝土的用料更为节约，这是直接降低自然资源使用量的方法。同时，高性能混凝土是可持续发展道路的必然选择，其自身仍有很大的发展潜力。而由于高性能混凝土较高的使用寿命，使用高性能混凝土，能够避免结构过早破坏给环境带来的污染。
    1.2.6 应用经济性
    尽管与普通混凝土相比，高性能混凝土成本更高，但由于减小了截面尺寸，减轻了结构自重，降低了钢筋用量，仍具有良好的应用经济性。
    2· 高性能混凝土配制
    2.1 正确的选择原材料
    ①水泥可采用硅酸盐水泥和普通水泥，为了实现混凝土的高强及超高强，国内外开始研制和应用球状水泥、调粒水泥、活化水泥等水泥。
    ②选用良好的骨料，有效的防止钢筋生锈，增强抗碳化能力。细骨料多采用河砂或人工砂。粗骨料应选用表面粗糙、强度高的骨料，如砂岩、安山岩、石英斑岩、石灰岩和玄武岩等。
    ③使用硅灰、超细矿粉做掺合料。
    ④应用聚羧酸高效减水剂作为减水剂。
    ⑤添加膨胀剂，以补偿收缩。
    2.2 合理控制工艺参数
    掺加高效减水剂，减少用水量，降低水灰比，一般水灰比小于0.4。经试验确定采用合理砂率，一般含砂率为34%～44%，随混凝土强度的提高，含砂率呈减小的趋势。混凝土用水量范围120～160kg/m3，胶凝材料总量500～600kg，水泥用量不宜过多，可掺加掺合料，一般等量取代水泥10%～25%。粗骨料体积含量0.4m3 左右。高效减水剂掺量0.8～1.5%。
    3· 高性能混凝土的养护
    为避免高强高性能混凝土因早期失水而降低强度或造成表面裂缝，因此当高强高性能混凝土浇筑完毕后在8小时内即可开始养护。一般，对平面结构进行洒水养护；对竖向结构，初期带模养护，脱模后喷洒养护液养护，养护时间不少于14d；对楼板混凝土，应用塑料布盖严，再压1-2层草袋或麻袋来进行洒水养护；对于墙体的混凝土，可推迟模板拆卸时间进行带模养护，或用小水慢淋的方式进行充分养护。
    4· 高性能混凝土在高层房建工程施工中的应用
    沈阳远吉大厦工程整体高96m（地下2 层，地上27层），地下2 层至地上5 层的构造柱采用浇筑C100、C80混凝土的钢管混凝土叠合柱，钢管外围浇筑C40 混凝土。C100 高性能混凝土满足超大流动、低收缩、高弹性模量等方面的要求，采取“双掺”技术线路，选用42.5 级P•II 的优质水泥，拌合特殊的掺合剂，选用颗粒形状较好的石灰石、普通河砂进行配制。最终成型的C100 混凝土初始坍落度为250~260mm，扩展度为600~650mm，经过4 个小时的静止自由离析后坍落度和扩展度均未发生较大变化，这些都充分说明C100 混凝土的流动性及工作性都很好，不泌水、不浮浆、不离析。混凝土拌合物的初凝时间约8~10 个小时，初凝后的混凝土形成了较高的早期强度，之后的凝结过程也非常顺利，且完成各个环节后检测得出混凝土的强度值符合要求。整个施工程序高效、方便，不仅降低了现场施工人员的工作强度，还缩短了施工周期。
    5· 结论
    ①高性能混凝土的高工作性，要求它具有良好的可泵性，基于此要求采用自密实混凝土。
    ②高层建筑对抵抗各种荷载作用的要求很高，采用高强或超高强混凝土。
    ③采用高性能混凝土提高其耐久性，同时提高抗碳化能力，增加高层建筑物使用寿命。
    ④高性能混凝土具有的高体积稳定性，能有效防止高层建筑施工中混凝土变形带来的危害。
    高性能混凝土目前研究有限，尚无统一标准和结论，但因其自身优异的性能，已得到迅速发展和一定范围的应用。因此，必须加强对高性能混凝土其结构性能进行系统研究，完善理论体系，制定相关规范和文件，总结应用经验，优化使用方法，提高使用的有效性和可靠性，如此不仅能够克服传统的混凝土中存在的问题，还能够促进优质、低耗、高效、可持续发展之路的实现，具有良好的经济效益和社会效益。