高强混凝土的配制

增刊 何茂华 : 高强混凝土的配制
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性良好 (3 000～6 000 次冻融循环) . 施工艺简便 , 可放宽集料限制 (粉粒含量可达 20 %) . 因材料来源较广泛 、低廉 , 所以 , 碱矿渣混凝土为一种高效 、优质 、价廉的结构材料. 我国 研究者经过近 10 年的研究 , 对碱矿渣混凝土结构以及各项力学性能方面 取得了可喜的进展 与成效. 重庆建筑工程学院研究成果的部分见表 21 313 掺用活性材料
国外有许多学者也将强度下限为 C50 的混凝土称为高强混凝土是因为也选定了这一强 度值的原因. 因为表征混凝土时 , 主要指某一强度值 , 根据该值可将其认为是某一混凝土. 这个标准是必要的 , 但笔者认为这还不充分. 比如 , 现在有二种水泥 , 分别为 525 # 和 725 # . 在一定情况下都可制作 C60 的混凝土 , 在水泥活性较低时 , 混凝土拌和物将是干硬 性的 , 水灰比大约为 W/ C = 01331 而当水泥活性为 7215 MPa 时 , 混凝土拌和物将是塑性 的 , 水灰比大约为 W/ C = 01431 在密实这些拌和物时 , 则要求不同强度的振动 , 虽然强度 同样为 C60 混凝土 , 但成型后期的内部水泥石的密度却是不同的. 另外 , 如将活性为 7215 MPa 的水泥在前者相同的干硬性混凝土拌和物中应用即水灰比为 W/ C = 0133 时 , 混凝土的 强度将不是 C60 , 而是 C100 左右. 由此可知 , 高强混凝土的定义应该与其密度和水泥的活 性联系起来 , 因为混凝土在不同硬化龄期的强度与这些因素有关 , 混凝土强度是水泥石与骨 料共同工作的积分特性〔2〕.
近年来 , 美国 、加拿大等建造了大量超高层建筑 , 日本也紧追其后 , 均大量应用了高强 混凝土技术 , 其原因就是高强混凝土的造价较低 , 能耗少 , 耐久性好等. 我国作为一个能源 较紧张的发展中国家 , 发展钢筋混凝土的高层建筑 , 特别是采用高强混凝土建造高层乃至超 高层是符合国情的. 为了更好地经济有效地在建筑结构及施工中应用高强混凝土 , 也应分析 高强混凝土一些弱点 , 以求引起重视及努力寻求改善的技术措施.
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3 制备高强混凝土的部分途径
制备高强混凝土的途径大致有改进胶结材料 , 改进硬化体 , 利用增强材料及复合结构等 几个方面. 311 聚合物混凝土〔1〕
将水泥混凝土与高分子材料有效地结合起来形成高强结构. 方法有浸渍法 、混合法等. 其机理为用高强聚合物材料填充了孔洞及水泥浆体 - 集料的微裂缝 , 使总孔隙率下降从而提 高强度. 按工艺可分 3 个类型 , 即用水泥和聚合物胶凝材料复合的 “聚合物水泥混凝土”; 用纯聚合物作胶结材料 “树脂混凝土”; 硬化后水泥混凝土经树脂单位浸渍 、聚合的 “聚合 物浸渍混凝土”. 聚合物混凝土的抗压 、抗拉 、抗弯强度和耐磨性 、水密性 、耐久性均大大 改善和提高.
本文收到日期 : 1996 - 04 - 02
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柱子 , 其能耗比为混凝土∶砖∶钢 = 1∶316∶61 另外 , 承载力为 815 kN/ m3 的 18m 桁架 , 如用 35 M Pa 的混凝 , 需用 3111m3 , 而用 60 M Pa 的混凝土制作只需 118m3 可节约 40 %的混凝 土. 应用在高层建筑中 , 则可大幅度减少静荷载 , 减小混凝土截面 , 增大跨度. 高层建筑的 底层框架柱 , 配筋率高达 6 % , 在转换层部位用钢量更是可观. 如用 60 MPa 代替 30～40 MPa 混凝土 , 可降低工程造价 20 %～35 %. 日本土木工程学会也认为预应力高强混凝土铁 路与钢桥比较 , 可节约能源 40 %～60 %. 可见 , 发展高强混凝土及超高强混凝土 , 具有重大 的技术经济意义〔1〕.
第 24 卷 增刊 1996 年 9 月
福州大学学报 (自然科学版) Journal of Fuzhou U niversity (Nat ural Science)
Vol. 24 Sep . 1996
高强混凝土的配制
何茂华
(邗江县建筑安装工程公司 , 邗江 , 江苏 , 225000)
摘 要 经济有效地用普遍易得的水泥 、砂石等材料和常规设备及工艺配制出良好工作度的高 强混凝土是大家所关心的问题. 本文论述了一些高强混凝土应用中的问题 , 有利于全面认识和推 广应用高强混凝土. 关键词 混凝土 ; 高强度 ; 制备
混凝土属水泥复合材料 , 本质为非匀质脆性材料 , 高强化后 , 其固有的脆性更为突出. 因为高强化引起的脆性 , 不仅使材料的高强效果得不到充分发挥而造成浪费 , 还有可能造成 工程事故 , 所以高强混凝土的应用受着一定的限制. 目前 , 尽管从材料到施工技术已达到制 作 80 MPa 及以上的混凝土的水平 , 但在土木建筑的设计及施工中 , 难以被工程采用. 现行 的建筑结构设计规范以及现行的国家标准 “混凝土结构工程施工及验收规范” ( GB 50204 92) , 最高仅列了 C60 混凝土的设计及施工验收 , 这就是因为考虑到技术的进步与发展以及 高强混凝土及超高强混凝土的一些性能还需研究. 应综合考虑高强及超高强混凝土这种工程 材料存在着脆性断裂的问题 , 及全面兼顾其各项物理性能 , 而不能一味单纯片面追求高强混 凝土及超高强的效果.
高强混凝土呈强度高特性 , 与普通混凝土性能相比 , 相对地有脆性 、延性较差 , 破坏突 然的特点 , 而且这些特点有随着强度增高而显著的趋势〔1〕.
针对混凝土的强度增大塑性将下降的特点 , 可加强箍筋等横向约束作用来提高构筑物的 延性 , 在受弯构件中还可以通过适当降低受拉主筋的配筋来改善延性. 在拉筋搭接 、锚固部 位 , 因为高强混凝土塑性相对较差 , 还可增置横向箍筋以加强约束 , 改变高强混凝土塑性相 对较差 , 造成的锚固粘着应力不均匀分布的现象. 使锚固粘着应力分布均匀.
国家有关研究单位针对高强混凝土的特征 , 近期已做了一些项目研究 , 如 “方格网配筋 高强混凝土的性能与强度试验研究”、“钢管高强混凝土性能与极限强度试验研究”等. 经过 工程实践 , 认为在相匹配的含钢率条件下 , 可以充分发挥高强和三向应力的综合效应 , 延性 可与钢结构媲美 , 容量却只相当于钢材的一半左右 , 比强度指标已超过普通钢结构的比强度 指标. 这种约束高强混凝土可称为一种高强性 、高塑性能的三向应力混凝土 , 用于爆炸荷载 以及各种重级荷载下轴心受压或小偏心受压结构 , 将具有很大的技术经济效益.
表 1 聚合物混凝土的典型性能比较
性 能
普遍砼
抗压强度/ MPa
35
抗拉强度/ MPa
215
抗弯强度/ MPa
419
弹性模量 ×10 - 5/ MPa 附着强度/ MPa
0125 0188
吸水率/ %
515
抗冻融性 (次数/ 重量损失 %) 700/ 25
抗硫酸盐性 (浸渍日数/ 膨胀率 %) 500/ 015
1 高强混凝土的定义有时代性
相对于混凝土技术的发展 , 高强混凝土定义也有变化. 一般认为混凝土强度应高于水泥 活性强度. 50 年代 , 抗压强度为 35 MPa 的混凝土即称为高强混凝土. 60 年代抗压强度 40～ 50 M Pa 的混凝土被认为是高强混凝土〔1〕. 近年 , 国内很多工作者普遍认为 , C50 及以上的 混凝土才是高强混凝土. 这些均表现了定义时的材料水平及施工水平 , 另外也反映了混凝土 强度超过所采用的水泥实际活性强度即称为高强混凝土的这种习惯表达方法. 如果认同这种 习惯的定义 , 即么用 325 # 水泥制作的强度为 C35 的混凝土应被认为是高强混凝土 , 而用 625 # 水泥制作的 C60 混凝土应属普通混凝土 , 显然这种定义有片面性.
wenku.baidu.com所以 , 笔者比较赞同这样的定义 : 高强混凝土是强度等级不低于 C50 的混凝土 ; 是用优 质的骨料 , 标号不低于 425 # 的水泥 、较低的水灰比 , 在强烈密实作用下 , 全部固相颗粒形 成了最紧凑空间 、相互排列的组成物.
2 高强混凝土的特性
在大跨结构物及高层建筑中 , 采用高强混凝土可获得显著的技术经济效益. 与钢材相 比 , 高强混凝土可节约能源 3/ 4 , 将钢材 、砖 、混凝土分别制成高 1m , 承载力为 1 000 t 的
2 6112 4110 7187 4916 01068 141606 01129 01810 12109
3 7615 4122 7159 / 01055 181128 01099 /
/
4 8116 4158 7143 6416 01056 171817 01091 01791 14110
5 9112 4171 /
表 2 碱矿渣高强与超高强混凝土力学性能
抗压强 序号 度 f cu
(28 d)
抗拉强 度 ft
抗折强 度 ff
轴压强 度 f tc
ft f cu
f cu ft
ff f cu
f tc f cu
f tc ft
1 5219 4104 617 4616 01076 131049 01127 01881 11184
利用活性超细的硅灰 、矿渣粉及优质粉煤灰 , 可有效地提高混凝土强度. 活性材料一般 以氧化硅 、氧化铝为主要成份 , 超细的活性材料颗料分散在水泥颗粒之间 , 填充了部份孔 隙 , 虽难以自行硬化 , 但能与水泥水化析出的Ca (O H) 2 发生反应生成强度较好 、较稳定的 胶结物质硅酸钙 , 并能促进硅酸三钙水解 , 加速水泥水化过程 , 使砼强度与密度大大提高.
/
2915 C + D
注 : A 为石灰岩碎石 ; B 为重庆长江粉矿 ( M x = 0156) ; C 为花岗岩粗集料 ; D 为中砂
312 碱矿渣 (J K) 混凝土〔3〕 碱矿渣混凝土是近年来发展的一种高效新型结构材料 , 主要原料是废矿渣 , 还可充分利
用钢渣 、磷渣 、有色冶金属渣以及其它适宜的工业废渣. 碱矿渣混凝土组成有矿渣 、碱组份 及普通集料 , 具有良好的和易性和自塑化作用 , 可不掺减水剂 、增塑剂 、抗分离剂等即可获 得大流动性 、不分层 、不泌水的高强混凝土 , 而且快硬 、高强 、耐腐蚀 、抗渗性极好 , 对集 料含泥量要求不严 , 甚至可用含泥 5 %的细粉矿制备 60～99 MPa 的混凝土. 护筋性 、抗冻
总之 , 高强 、超高强混凝 土缺点是抗压强度增加的同时 , 抗拉强度增加缓慢 , 应力 应变曲线的直线段变陡增大 , 而曲线段陡而短 , 延性降低 , 脆性增大. 将其用于一般高层 , 大跨度建筑能显示出它的优超性 , 但超大跨结构及超高层建筑结构的底层 , 若不考虑其脆性 破坏的因素 , 将有一定风险. 因此 , 设计中必须考虑高强混凝土的种种折减修正及结构构造 措施. 也可通过复合手段 , 在提高比强度的同时 , 提高抗弯 、抗剪 、抗拉强度或复合约束来 保证结构安全性.
7816 01052 191363 / 01861 14198
(单位 : MPa)
与光圆钢筋 粘结强度
静弹性 模量 E
备注
6100 5148 6105 6121
/
3717 3819 4011 3812 3612
A +B A +B A +B A +B A +B
6 12015 5158 /
9916 01046 211595 / 01826 15198
抗酸性 (相对普遍砼改善率 %)
/
抗磨损性 (相对普遍砼改善率 %) /
聚合物浸渍砼 ( PIC) 140 1015 1715 0142 / 016
3500/ 2 700/ 011
10 5
树脂砼 ( REC) 135 918 21 0135 > 415 016
1600/ 0 /
> 20 10
聚合物浸渍砼 ( PIC) 3815 516 1216 0114 > 45 / / / 4 10