高强度混凝土的研究现状及应用

高强度混凝土的研究现状及应用

土二 赵伟阳 201000202166

摘要：本文介绍了高强度混凝土的原材料、配制方法、适用范围及目前的研究现状，并通过国内外关于高强度混凝土的发展现状发现我国高强度混凝土发展所存在的问题。

关键词：高强度混凝土；应用；配制；

1 概述

混凝土是一种应用十分广泛的人造建筑材料,推广应用至今已有一百多年的历史。在人类建设事业中发挥了巨大的作用。由于混凝土具有可塑性,大部分原材料可就地取材,消耗能源较少,今后仍将是一种主要的建筑材料。近年来混凝土技术还将继续发展,高强度混凝土与高性能混凝土是其主要发展方向,它将成为跨世纪的建筑材料。

高强度混凝土为采用水泥、砂、石、高效减水剂等外加剂和粉煤灰,超细矿渣、硅灰等矿物掺合粉,以常规工艺配制的C50-C80级混凝土。近年来,随着科技进步和建筑市场的繁荣,具有良好工作性的现代高强混凝土在国内外得到迅速发展,它强度高,变形小,耐久性好,能适应现代工程结构向大跨、重载、高耸发展和承受恶劣环境条件的需要。

2 发展高强度混凝土的意义

发展高强度等级的混凝土,不仅有着重要的社会效益,而且有着极其显著的经济效益，它几乎成了衡量一个国家或地区在材料科学领域的研究水平的重要标志。用C100 以上的混

凝土制作的预应力混凝土构件在同等承载的情况下,重量上可以与钢结构相近,这样大部分的钢结构工程,可以用预应力混凝土结构代替。同时高强度等级的混凝土可以使建筑结构的体积缩小,让梁和柱“ 苗条” 起来, 从而起到节约混凝土浇注量和增大建筑物使用空间的作用。采用高强度混凝土具有显著的经济意义。用60MPa的高强度混凝土代替30- 40MPa的混凝土,可节约混凝土用量40%,节约钢材39%左右,降低钢材造价20% - 35%。还具有节能效果。混凝土强度每提高10MPa,每立方米混凝土可节约标准煤13kg。有的资料介绍 ,混凝土强度由40MPa提高到80MPa,由于结构截面减小,可使混凝土体积缩小1/3,结构自重又相应减轻。如采用目前的材料与工艺制得的100MPa高强度混凝土,并采用预应力结构,则结构的自重可与钢结构相当。有资料也介绍，预应力高强度混凝土铁路桥与钢桥相比,可节约能源40% - 60%。

3 高强度混凝土的研究现状

高强混凝土为采用水泥、砂、石、高效减水剂等外加剂和粉煤灰超细矿渣硅灰等矿物掺合料以常规工艺配制,使新拌混凝土拥有良好的和易性,硬化后强度等级为C60及其以上的混凝土。高强混凝土对承受压力的构件有显著的技术经济效益,它不仅减少构件截面,减少混凝土的用量,还能降低成本。在高层建筑中,由于高强混凝土的高强、早强和变形模量,可以缩减低层梁、柱的截面并增加建筑使用面积,扩大建筑的柱网间距并改善建筑使用功能,可以增加结构刚度而减少高层房屋的压缩量与水平荷载的横向位移。

高强度混凝土致密、抗渗和抗冻性均高于普通混凝土,因此在有腐蚀的环境、易遭破损的结构、尤其基础设施工程,多采用高强混凝土结构。高强混凝土变形小,从而使构件的刚度得以提高,大大改善了建筑物的变形性能。在大跨屋盖。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。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。

4 高强度混凝土的配制

4.1原材料的选用

众所周知，高强度混凝土的受力破坏一般出现在骨料和分界面上 而骨料先破坏的可能性小，因为骨料强度大大超过了水泥石与粘结面的粘结强度。所以混凝土的强度主要取决于水泥石的强度及其与骨料表面的粘结强度，而水泥石强度及其与骨料表面的粘结强度又与水泥的强度等级、水灰比及骨料的性质有密切的关系。

4.1.2 水泥强度等级

配制高强混凝土应选用质量稳定、强度等级为42.5以上的硅酸盐水泥或普通水泥。水泥是混凝土中的活性组分，其强度的大小直接影响混凝土强度的高低，在配合比相同的条件下，所用的水泥强度等级越高，制成的混凝土强度就越高。

4.1.3骨料

在混凝土配合比设计时，都要求粗集料的强度大于混凝土的强度 粗集料最大粒径为31.5mm，堆积密度大、含泥量少、针片状少、细集料要求细度模数在2.6以上，含泥量低。在一般情况下，骨料强度对混凝土的强度几乎没有什么影响，但当骨料含有较多的软弱颗粒或杂质时，将会使混凝土的强度降低，配制高强度砼所用骨料的抗压强度应比所配制的混凝土强度高50%以上。

4.1.4混凝土外掺剂

配制高强度混凝土必须使用高效减水剂。在混凝土中加入减水剂 减少用水量，可提高混凝土的强度。研究表明，减水剂的减水率达到25% ~ 35%时，才便于配制出既具有高强度又具有大流动性的混凝土来。外掺剂应根据季节要求优选高效减水剂或缓凝高效减水剂，以满足施工需要和强度要求。

4.1.5外掺粉煤灰

粉煤灰作为一种优良的活性掺合料在混凝土中具有多年的应用历史，已成为混凝土的第六组成部分，在高强混凝土中应为首选的掺合料，以前一般是把粉煤灰看作一种经济掺合料，只是在水工大坝、大型基础工程等结构物中把它作为降低水化热升温的有效措施，而且总是以普通混凝土的配合比为基础，来验证它的最佳取代量，试验方法和使用规程均以“代替”水泥为出发点，并以适应水泥的条件来检验粉煤灰的效应。但大量的研究表明，在混凝土中掺入粉煤灰，可充分发挥粉煤灰的颗粒形态效应、填充效应和活性效应，其不仅仅具有节约水泥、降低水化热升温、改善新鲜混凝土的和易性等优点，而且同时具有高强、高抗渗、低收缩和徐变等优良的结构性能。

4.2高强度混凝土的配制

高强混凝土配合比的计算方法、试配、调整的步骤按普通混凝土方法进行。进行配合比设计时，首先应按原材料性能及对混凝土的技术要求进行初步计算，得出“初步计算配合比”经在实验室试拌调整得出“基准配合比”然后进行强度复核，最终确定出满足设计和施工要求并比较经济合理的“实验室配合比”。

5 国外对高强度混凝土的研究现状

5.1加拿大

从90年代开始高强度混凝土的相关研究。它包括七所大学和两个工业股东,由舍布鲁克大学的研究工作者率领。科学研究的内容66%为基本材料和为基本结构34%。科学研究课题包括耐久性、组成材料选择的标准、粘结力和锚具、抗剪强度、高强度钢筋、标准试验程序、纤维增强喷射水泥砂浆以及破坏性和非破坏性室内试验。

5.2日本

日本的建筑工程部命名为“使用高强度混凝土和高强度钢筋开发先进的钢筋混凝土建筑”的五年科学研究计划从1988年开始。该科学研究计划将不仅研究高强度混凝土而且还研究高强度钢筋。在钢筋的强度为400 ~ 1200MPa的同时，混凝土的抗压强度30 ~ 120MPa。

科学研究项目包括高强度混凝土组成材料的发展、高强度混凝土 的物理性质、高强度钢筋的发展、钢筋的物理性质、混凝土与钢筋之间的粘结力、梁与柱的结构特性以及结构设计方法论(包括抗震设计)。

5.3挪威

在高强度混凝土方面挪威(皇家)议会(NTNF)的科学和工业科学研究以及混凝土工业已联合为挪威全国科学研究计划提供资金。这个计划包括进行混凝土的配合比设计、混凝土的耐久性、混凝土的物理性质、混凝土的挠曲和剪切能力以及混凝土的疲劳特性的科学研

究。

6 进一步做好推广应用工作

高强度混凝土是混凝土技术进步的产物，还存在不少问题需要进一步研究。除了采用上面介绍的配制技术外，还需注意以下工作。

6.1要精选各项原材料

水泥、砂、石、矿物掺合料以及外加剂都必须精心选择，并且还要注意各种材料之间的相互影响。现行的材料标准是针对普通混凝土而制定的，不能认为符合现行标准的要求而满足。

6.2加强生产管理

高强度混凝土的生产需要有高素质的操作人员，较完善的生产施工设备和高水平的质量管理与控制体系。这种混凝土所用的原材料种类多，计量要求严格，拌合物要求搅拌均匀，还要加强养护。

6.3完善有关设计与施工规范

要制定专门的材料标准及测试方法，修订不适合于高强度混凝土的有关条文。研究高强度混凝土的设计方法。推广计算机技术在高强度混凝土中的应用。

7 结语

随着现代科学的迅速发展，以及新的测试技术的应用，将混凝土的研究工作从宏观研究逐步深入到亚微观和微观级的研究，找出材料的组分、结构和性能的基本关系，就一定能制作出高强混凝土。

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