高性能混凝土技术及其可持续发展的探讨.doc
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1、2011年海南省专业技术人员继续教育培训班(论文)题 目:高性能混凝土技术及其可持续发展的探讨专 业: 施 工 管 理 姓 名: 陈 士 良 指 导: 姜 博 日 期:2012年 1 月12摘 要 介绍了高性能混凝土的发展过程,阐明了高性能混凝土的特征,例举出我国关于高性能混凝土的施工技术,并对其发展趋势作出展望,指出要降低高性能混凝土的强度界限,重视提高其工作性、耐久性,加快向绿色高性能混凝土的转化。关 键 词 高性能混凝土;可持续发展;强度;耐久性;技术途径;环境引 言混凝土作为重要的建筑材料,经历了普通混凝土高强度混凝土高性能混凝土的发展过程。最初,混凝土技术的优劣是以强度作为主要依据的
2、。特别是上世纪70年代末,由于减水剂和高活性混凝土掺合料的开发和应用,使高强混凝土的制备进入了一个新阶段,采用普通混凝土施工工艺,已能较容易配制出80100 MPa的高强混凝土。但是,随着破坏造成的结构崩塌事故在各地接连发生,使人们意识到混凝土强度增加带来的脆性问题已影响到高强混凝土的使用安全。特别是诸如海洋、核电站、高层、大跨度建筑工程领域提出的各种苛刻的要求,迫使混凝土朝着高性能化方向发展。目前,混凝土的高性能化已引起各国土木建筑与材料工程界的高度重视。据预测,今后的100200 a内,混凝土将成为最主要的工程结构材料,而高性能混凝土将占主导地位。1.1. 高性能混凝土的定义及特征1990
3、年5月,美国国家标准与技术研究院(NIST)与美国混凝土协会(CAI)召开会议,首次提出高性能混凝土(HPC)这个名词。对高性能混凝土至今国际上没有一个公认的定义,美国和加拿大的学者强调并侧重的是硬化后混凝土的性能,特别是耐久性;而日本学者则重视混凝土在新拌状态的高流动性与自密实性。综合各国学者的意见,高性能混凝土既然名之为“高性能”,就意味着能体现工程设计和施工所要求的综合的优异的技术特性。具体体现在:1、具有高抗渗性(高耐久性的关键性能)。2、具有高体积稳定性(低干缩、低徐变、低温度应变率和高弹性模量)。3、具有适当的高抗压强度。4、具有良好的施工性能(高流动性、高粘聚性、达到自密实)。1
4、.2. 高性能混凝土的研究现状与热点 长期以来,混凝土一直被认为是坚固耐久的材料,但实践证明普通混凝土并不总是耐久的。许多国家当初修建的一些基础设施工程已进入老化期,其维修和更新不仅耗资巨大而且影响社会生产和生活秩序。以美国为例,美国1992年在这方面的维修费用已高达2580亿美元,为当年造价的4倍。因此,如何改善混凝土的耐久性和解决混凝土的脆性问题,配制出工作性能优良、使用寿命长于100a 甚至达到200300a 的高性能混凝土,成为非常迫切的重要课题。2.1.混凝土裂缝防治技术(1) 主要技术内容混凝土裂缝已成为混凝土工程质量通病,如何防治混凝土裂缝是工程技术人员迫切希望解决的技术难题。然
5、而防治混凝土裂缝是一个系统工程,包括设计、材料、施工中每一个技术环节。本技术主要是叙述防治裂缝的一些关键技术,提高混凝土抗裂性能,从而达到防治混凝土裂缝的目的。本技术的主要内容包括:设计的构造措施、混凝土原材料(水泥、掺合料、细骨料、粗骨料)的选择、混凝土配合比对抗裂性能影响因数、抗裂混凝土配合比设计以及抗裂混凝土配合比优化设计方法以及施工中的一些技术措施等。(2) 技术指标 对于如何评价混凝土原材料及混凝土抗裂性能,本技术提供了相应的试验方法和评价指标,使其具有可操作性。(3) 适用范围 本技术是用于具有较高抗裂要求的混凝土结构的设计、原材料的选择、抗裂混凝土配合比的设计和施工以及混凝土抗裂
6、性能的评价。(4) 已应用的典型工程已在试点工程中应用,取得良好的效果。并给出具体的工程实例。2.2.自密实混凝土技术(1)主要技术内容混凝土在自重的作用下,不采取任何密实成型措施,能充满整个模腔而不留下任何空隙的均质的混凝土称之为自密实混凝土。本技术提供的主要技术内容:对混凝土原材料的技术要求、自密实混凝土设计要点即流动性、充填性、抗离析性以及保塑性和自密实混凝土配合比设计等。(2)试验方法及评价指标本技术给出了相应的试验方法和评价指标,并给出如何在工地控制自密实混凝土拌合物性能的具体规定。(3)使用范围适用于难以用机械振捣的混凝土的浇筑。由于自密实混凝土细分含量较大,更应重视混凝土抗裂性能
7、。在采取抗裂措施的情况下,自密实混凝土抗裂性能相对较差。不适用于连续墙、大面积楼板的浇筑。(4)工程应用实例本技术给出了自密实混凝土在深圳赛格广场钢管混凝土应用实例。从混凝土原材料的选择、混凝土配合比设计、混凝土拌合物验证性试验、现场模拟试验直至现场施工,叙述了自密实混凝土技术的全过程,并制订了自密实混凝土质量标准、生产技术规程和施工技术规程以确保自密实混凝土的施工质量。2.3.混凝土耐久性技术(1)主要技术内容在以往的混凝土配合比设计中,主要考虑的是强度指标,对耐久性考量较少。高性能混凝土以高工作性、高强度、高耐久性为特征,区别于普通混凝土。对于海洋工程、喷洒化冰盐的公路与桥梁工程、盐渍池区
8、的工程,由于氯盐侵入混凝土导致钢筋锈蚀,引起混凝土膨胀开裂,严重影响了建筑物使用寿命。提高其耐久性的最重要的技术措施就是采用高抗氯离子渗透性的高性能混凝土,从根本上提高混凝土本身的护筋性能。采用常规材料、常规工艺可以在常温下配制出抗氯离子渗透能力和抗冻融能力都较强的高性能混凝土。配制的关键在于选用与水泥相匹配的高效减水剂,在水胶比不大于0.35的条件下,是用粉煤灰、磨细矿渣粉、硅粉等矿物掺和料替代部分水泥作胶凝材料。这些磨细矿物掺和料在拌制的混凝土中发挥填充效应和火山灰反应,使混凝土变得更加致密,从而降低混凝土的渗透性。降低混凝土拌合物的用水量,采用低水胶比是提高混凝土耐久性的关键。(2)技术
9、指标抗氯盐污染高性能混凝土耐久性的检验应符合现行水运行业标准水运工程混凝土质量控制标准JTJ269的有关规定,且表征其氯离子渗透性的电通量不应大于1000库伦。我国行业标准海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范JTJ275-2000对海港工程混凝土结构要求的高性能混凝土提出了如下技术指标:混凝土拌合物硬化混凝土水胶比胶凝物质总量(kg/m3)坍落度(mm)强度等级抗氯离子渗透性(C)0.35400120C451000 对混凝土原材料也提出了相应技术要求。减水性的减水率不低于20%。掺合料应选用细度不小于4000cm2/g的磨细高炉矿渣、级粉煤灰和硅粉等。细骨料细度模数在2.6-3.2之间。粗骨料最大
10、粒径不宜大于25mm。在进行配合比设计时应通过降低水胶比和调整掺和料的掺量使抗氯离子渗透性指标达到规定要求。混凝土搅拌应采用强制搅拌机,搅拌时间应比常规混凝土延长40S以上。混凝土抹面后,应立即覆盖。终凝后,混凝土顶面应立即开始持续潮湿护养,在常温下,至少养护15d。(3)适用范围适用于海洋工程、冬季撒除冰盐的公路与桥梁工程、盐渍地区和距离海洋较近的岸上建筑物等处于氯盐污染环境下的建构筑物。(4)已应用的典型工程该技术性价比较高,原材料容易获得,配制工艺简单。所以近几年来已经在南北方的各类港口和跨海大桥工程中应用。如上海洋山深水港工程、东海大桥、杭州湾大桥、盐水港集装箱码头、援巴基斯坦瓜达尔码
11、头工程等。采用抗氯盐污染的高性能混凝土较普通混凝土的单价提高相当有限,但与其耐久性寿命成倍提高的效果相比,大大降低了建筑物的服务周期成本,经济效益和社会效益十分显著,应用前景十分广阔。2.4.清水混凝土技术清水混凝土是指结构混凝土硬化后不再对其表面进行任何装饰,以混凝土本色直接作为建筑物的外饰面。以清水混凝土作为装饰面,对美观、色差、表面起泡等方面都有很高要求,因此在混凝土配制、生产、施工、养护等方面都应采取相应的措施。(1) 主要技术内容 混凝土配制混凝土应使用同一种原材料和相同的配合比,混凝土拌合物应具有良好的和易性、不离析、不沁水。矿物掺合料作为混凝土不可缺少的组分,在考虑掺合料活性的同
12、时,充分利用各种掺合料的不同粒径,在混凝土内部形成紧密充填,增强混凝土的致密性,在外加剂方面应进一步重视解决外加剂和水泥的适应性,减少混凝土的沁水率,减少混凝土坍落度的经时损失。除了不同水胶比将导致硬化后混凝土颜色变化外,骨料对外观的影响也不可忽视,因此同一个视觉面的混凝土工程,应采用相同类型的骨料。 混凝土模板为了使清水混凝土表面光滑无气泡,应根据不同强度等级混凝土选用不同材质的模板,而脱模剂除了起到脱模作用外,不应影响混凝土的外观。 混凝土施工 混凝土浇注时,混凝土下料口与浇筑面之间距离不能过大,否则混凝土易离析,振捣时以混凝土表面出浆为宜,同时应避免漏振和过振。 混凝土养护混凝土的养护应
13、确保混凝土表面不受污染,充分合理的养护是保证混凝土硬化后表面和内在质量的关键。(2) 技术指标 混凝土表面无裂缝、无明显气泡、无明显色差、无明蜂窝麻面。 混凝土表面平整、光滑,轴线、体型尺寸准确。 大截面、变截面结构线条规则,棱角分明。 梁柱接头通顺,无明确槎痕。(3) 使用范围清水混凝土以其古朴稳重、自然、清纯的质感为建筑物增添了独特的装饰效果。一般多用于市政、交通、水利、航空等工程,近年来在住宅建筑上也逐渐被采用。(4) 已应用的典型工程 杨浦和南浦大桥主塔清水混凝土 上海广播电视塔斜筒体清水混凝土 磁浮列车工程墩身部分清水混凝土 东方明珠电视塔 浦东国际机场及首都国际机场新航站楼等。2.
14、5.超高泵送混凝土技术超高泵程混凝土技术一般是指泵送高度超越200m的现代混凝土泵送技术。改革开放以来,高层超高层建筑已达数千座,超高泵程混凝土技术已成为超高层建筑施工技术不可缺少的一个方面,并且已成为一种发展趋势受到各国工程界的重视。(1) 主要技术内容 原材料品质 配制超高泵程混凝土,其原材料较一般泵送混凝土有很大的区别。作为最基本的胶结材料水泥,除了用量以外,还应充分考虑水泥的流变性,即水泥与高性能减水剂的相容性问题,两者相容性好才可获得低用水量大流动性、且坍落度经时损失小的效果。对于细集料其品质除了应符合普通混凝土用砂量标准及检验方法(JGJ52)外,对于不同强度等级的混凝土应选用不同
15、细度模数的中砂。而掺合料作为高性能高泵程混凝土的重要组成材料更需从活性、颗粒组成、减水效果、水化热、泵送性能等诸方面加以平衡选择。作为外加剂,单一成分的外加剂已不能很好发挥其作用,而单纯以减水为目的外加剂也不能达到超高泵程的混凝土的使用目的,外加剂的多组份复合,以及针对具体工程配制特定要求的外加剂已成为外加剂生产厂家加强现场服务的重要方面。 混凝土配制超高泵程混凝土的配制同时也要研究新拌混凝土的整体性、流动性与泵送性的互相关系。要研究混凝土泵送性的直接衡量指标。 泵送设备泵送混凝土离不开混凝土输送泵,因此高压力、大排量、耐磨损,适应性强的泵送设备也是必不可少的。此外泵送管道的设计,如何减小阻力
16、,缩短路线也是泵送技术研究的一个方面。(2) 技术指标 混凝土泵送高度200m。 硬化混凝土性能符合设计要求。 混凝土扩展度600m,倒锥法混凝土下落时间20S(3) 适用范围 超高泵程混凝土适用于泵送高度大于200m的各种超高层建筑。(4) 已应用的典型工程 金茂大厦。泵送高度382.5m,一次泵送174m3。 恒隆广场。泵送高度388m,主楼标准层每层1000多m3混凝土量。2.6.改性沥青路面施工技术(1)主要技术内容 在配合比设计方面:是用沥青混凝土配合比设计及图标制作计算机辅助系统,自动计算矿料配合比,生成并调整级配曲线图;自动绘制马歇尔试验各项指标与沥青用量的关系图,计算最佳沥青用
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