钢筋混凝土发展前景20

我国混凝土结构发展

混凝土结构的发展极为迅速, 在改革开放20 年的时间里我国发展极为迅猛, 从新材料、新技术的研究、开发和推广应用, 到工程结构的建造, 取得了惊人的巨大成就, 创造了一个个新的纪录。有的已达到国际先进水平, 或已进入国际先进行列, 有的甚至暂居领先地位。

混凝土结构的应用围日益扩大, 无论从地上或地下, 乃至海洋, 工程构筑物很多用

混凝土建造, 因为它的耐久性和耐火性都较钢结构优越。甚至有建议太空站也可采用在月

球上烧制水泥和炼钢, 在此制作预制构件运至太空装配, 较在地球上用航天飞机往返(达

45 次) 运输钢构件为经济。

新加坡每年8 月份召开一次Our World in Concrete St ruct ures 学术会议, 1999 年8

月24 —26 日召开第24 次会议, 论题为“21st Cent ury Concrete & St ruct ures ”。

但无可否认, 钢结构自重较轻, 施工速度较快。我国钢产量已连续3 年超过亿吨。在

某些情况下, 笔者认为经各方面比较, 有的可能以采用钢结构为宜, 包括采用劲性钢筋混

凝土结构。

如所周知, 混凝土结构发展经历了三个阶段, 现已进入第四阶段[1 ] 。根据学习, 从较

多方面考虑, 对这一阶段的特征作出新的描述并结合最近工程资料, 从材料、工艺、施

工、高层建筑、桥梁和大坝以及特种结构予以简要举例说明。

1 新阶段特征

新阶段的特征是:

进一步发展工业化体系如大模板现浇和大板体系。高层建筑结构体系的发展, 如框桁

体系和外伸结构的采用。

在设计中引入概率方法。由于计算机的发展和普及, 在结构工程领域引起深刻的改

革和革命。专家系统的采用; 计算机辅助设计和绘图(CAD , CA G) 的程序化, 包括结

构动态分析图形的描绘, 因而改进了设计方法和提高设计质量, 也减轻了设计工作量, 提

高了人的工作效率。优化设计和施工的实际广泛应用, 节约了建设投资。

振动台试验和拟动力试验以及风洞试验较普通地开展。建筑和桥梁结构的主、被动抗震控制的实际应用。计算机模拟试验大大减少了试验工作量, 节约了大量人力和

物力。

有限元法的广泛应用和计算模式研究的开展, 以及其他数值计算方法的创立和发展。

结构机理包括破坏机理研究的加强; 对复合应力的研究并结合实验结果提出各种强度理

论。因而产生了“近代混凝土力学”这一学科分支, 并将逐步得到发展和完善。

工程结构的“移植” , 如将桥梁中的斜拉结构应用于房屋建筑; 及至创造新的结构形

式, 如创造出双拱架结构和桁式组合拱桥等; 以及各学科间的相互渗透, 如将有限元法应

用于混凝土的微观研究。

工程材料微观研究的开展与加强, 为材料强度和性能的不断提高创造了条件, 新材

料、新工艺和新施工方法的研究和开发。

模糊数学在抗震设计中的应用。

混凝土结构寿命的研究。

“现代三力学” (这是笔者这样称谓的) 即“断裂力学”、“损伤力学”和“微观力

学”[3 , 4 ]对混凝土的应用。

混凝土结构的应用围在多方面的拓宽, 其尺度不断向高、长、大方向发展。

下面仅就材料、施工、高层建筑、桥梁、大坝和特种结构进行些具体介绍。

2 新材料、新工艺和新施工方法的研究和应用

高强混凝土应以工程特性来划分, 而不应以时间的推移而改变。目前认为C50 以上

的混凝土为高强度, C100 以上则为超高强混凝土。

70 年后期, 丹麦率先采用掺微硅粉(micro2silica f ume , 我国习称硅粉) 制作高强混

凝土。至80 年代中期可制成C200 以上的混凝土。原先认为硅粉是惰性材料, 在混凝土

仅起填充作用(使混凝土密度增大而达到提高强度的作用, 因为混凝土强度近似地与其

密度成比例) , 后来研究表明硅粉也有一定的活性。密筋混凝土组合材料(compact rein2

forced composite) 的强度可达C400 , 因配筋率高达10 % , 甚至更高, 其容重达40kN/

m3 , 则强度与容重比λ达10000m , 而一般软钢在4000～5000m。显然这项比率愈高愈

好; 就这点而言, 密筋混凝土是优于普通钢, 对降低自重是有效的, 而钢板焊接受焊缝的

制约, 是受到限制的(80 年代国际上只能焊到300mm 厚钢板) , 而密筋混凝土的厚度则

不受限制。所以笔者基于对“轻质高强”作广义理解, 似应以λ为指标。国也已进行过

密筋混凝土的试验研究[5 ] 。

我校博士研究生在其学位论文中制成强度为369MPa 的纤维加强水泥基材料[6 ] 。因为

高强度混凝土都具有良好的工程特性, 故往往将高强度与高性能混凝土通用。实际高性能

混凝土的强度有时并不高。日本在混凝土中掺大剂量的粉煤灰和矿渣粉(二者的掺量往往

各高于水泥用量) 。这种混凝土的流动性极好, 不能用坍落度衡量而以流动直径来量测。

它不需振捣而可在模板自流动填实, 结硬后密实地好, 而耐久性亦高。

因为硅粉价格高,我国发展高强度混凝土的途径可能采用双掺技术,即掺部分硅粉和部

分粉煤灰(欧州也有这样做的) 。

1993年法国Bouygues Corporation 研制成活性粉末混凝土( recactive powder con2

crete , RPC[7 ,8 ]) 。这种混凝土为水泥基材料,系由水泥、硅粉、细砂、石英粉、高效塑化剂等组

份组成,其质量配合比,例如第一次制作的为1 :0. 325 :1. 43 :0. 3 :0. 027 ,加水(0.

28 - 0. 26)

和钢纤维(0. 2) ,这一配比可制成一种非常密实的混凝土,在凝结前和凝结期间(通常在拌和

后6 - 12h) [8 ]加压,其强度可达200MPa (在90 ℃热水中养护3天) ～300MPa (在tmax = 90 ℃