建筑新材料应用探析

【摘　要】随着水泥加工工艺和施工技术飞快发展,混凝土材料品种不断增多,新型混凝土材料在工程建设中的地位显得日益重要.文章阐述了新型混凝土的特点,并探讨了其在建筑工程中的应用.

【关 键 词】新型；混凝土应用分析

普通的混凝土材料系由胶结材料（石灰、水泥）、细骨料（砂子）、粗骨料（石子）和水所组成.在性能及其应用与发展的普通混凝土基础上,根据添加材料和施工工艺的不同,派生出名目繁多、性能特异、用途不一的新型混凝土,本文以高性能新型混凝为例,探讨了其在建筑工程领域中的应用.

1.新型混凝土(HighPerformanceConcrete)概述

混凝土技术发展已有170多年的历史,在缓慢的发展过程中,曾出现几次变革,那就是1919年发现了水灰比定理,1938年发现了引气剂,60年代初出现高效减水剂.目前,混凝土技术发展又处在一个变革时期.新型外加剂和胶凝材料的出现使既有良好的工作性,又有优异的力学性能和耐久性能的混凝土的生产成为现实.这种新型混凝土称为新型混凝土(HighPerformanceConcrete),简称HPC.HPC的应用将对混凝土建筑施工技术和混凝土结构性能起重要作用.因此,美国、日本、英国、法国、加拿大、挪威等国都将HPC作为跨世纪的新材料,投入大量人力物力进行研究和开发.

上个世纪末以来,一些发达国家相继研制成功新型混凝土（以下称HPC）,使混凝土进入了高科技时代,日益受到国际材料界和工程界的重视.很多国家把HPC作为跨世纪的新材料加以研究与利用,使其成为当代混凝土研究和应用领域中的一个热点.

HPC组成材料包括水泥、粗细集料、多种矿物掺合料、水和超塑化剂,其组成和配比要比普通混凝土复杂,要求也高得多.

HPC的优点体现在：

（1）由于HPC的高强（60Mpa－100Mpa）和超高强(≥100MPa)特性,可使混凝土结构尺寸大大减少,从而减轻结构自重和对地基的荷载,并减少材料用量,增加使用空间,大幅度的降低工程造价.

（2）由于HPC具有高工作性,可以减轻施工劳动强度,节约施工能耗.

（3）HPC的高耐久性可增加对恶劣环境的抵御能力,延长建筑物的使用寿命,减少维修费用及对环境带来的影响,具有显著的社会和经济效益.

2.新型混凝土在建筑工程中的应用

为了分析新型混凝土在建筑工程中的应用,首先从新型混凝土的特性来了解新型混凝土.

2.1新型混凝土特性

2.1.1新拌混凝土的工作性

新拌混凝土的工作性是一个综合指标,如流动性、可泵性、填充性、均匀性等.HPC要求新拌混凝土具有大流动性（坍落度20cm－25cm）及流动度经时损失小,以满足混凝土集中搅拌、运输、泵送、浇注的工艺要求.甚至在浇注时要求混凝土不振捣自流平,即好的填充性.最终得到均匀稳定的混凝土.这些要求是普通混凝土难以满足的.与普通混凝土相比,HPC的组分复杂,多种掺合料与超塑化剂配合使用,其目的是通过这些组分来调整性能.其中最关键的技术之一是超塑化剂及其组成.单一成分的超塑化剂（如萘系和三聚氰胺系高效减水剂）虽然对水泥浆有强的分散作用,减水率高达18以上,但并不能满足HPC对工作性的全部要求.因为单一成分的超塑化剂(SP)难以解决坍落度损失、离析分层等问题.因此,必须将高效减水剂与缓凝剂、引气剂、稳定剂等组成复合超塑化剂(CSP)才能较全面满足HPC对工作性的要求.

2.1.2硬化混凝土的性能

现代建筑向高层化、大跨度方向发展,因此促进了高强HPC的研究和开发.在高层建筑中,混凝土强度是对应于柱子的轴力.可以说建筑物的层数是由所使用的混凝土强度来决定的.25－30层的建筑物要使用强度36Mpa－42MPa的混凝土,30－35层要42MPa~48MPa,更高层的建筑就需要更高强的混凝土,如60层需用100MPa.目前建筑物设计和施工以30~35层（高度约100m）居多.因此,上述讨论的强度范围60MPa~120MPa的HPC是目前研究和今后发展的方向,而大量使用的强度标号是0混凝土.在此情况下,配合比设计可以参照普通混凝土的方法,但是主要组成材料和性能应满足HPC的要求.HPC可能比普通混凝土要耐久得多,这是因为在设计配合比时,就考虑到耐久性问题.特别是早期下沉和硬化收缩小、干缩小、水化放热低,因而提高了混凝土抗裂缝能力,无初始结构缺陷.硬化后的混凝土密实、渗透性低.这些都使混凝土抵抗外部因素的能力得到提高,最终得到耐久性好的混凝土.

2.2新型混凝土的应用研究

据悉,全世界每年混凝土用量可达90亿吨,规模之大、耗资之巨、应用之广,作为现代工程主要材料的地位依然不被撼动.混凝土用于工程结构至今已有170多年历史了,纵观混凝土技术的发展进程,其发展主要遵循复合化、高强化、高性能化三大技术路线长期以来,人们过分注重于混凝土的力学性能,主要集中在提高混凝土的强度上,以搞压强度的比例关系来代表其性能的优劣,而对影响混凝土耐久性则重视不够,从而导致了许多工程结构的开裂,甚至崩塌.例如,1980年3月,北海Stanger近海钻井平台AlexanderKjell号突然破坏；乌克兰境内的切尔诺贝利核电站的泄漏；日本的一些钢筋混凝土桥梁,投入不到20年因不能使用而被炸毁；辽宁盘锦辽河大桥的断毁等等.此外,由于混凝土耐久性不高,致使混凝土工程的维修费急剧增大.如何延长混凝土的使用寿命,发展新型混凝土势在必行.

在近年的建筑施工中,经检验,所有应用补偿收缩纤维混凝土施工的楼板强度均达到设计要求,没有发现任何明显的肉眼可见裂缝,抗裂效果得到各方认可和好评.

早在1992年,吴中伟首次将新型混凝土介绍到国内.如今,我国新型混凝土的研究、应用发展迅速.我国是生产和使用混凝土的大国,混凝土的质量在不断地提高,涉足新型混凝土的研究和应用还是近10年的事.随着新型混凝土的优越性不断地得到认可,混凝土应用技术的进步,城市建设速度的加快,新型混凝土获得了迅速发展.

新型混凝土在实际工程中获得了越来越广泛的应用,尤其是在高层建筑、大跨度桥梁、海上采油平台、矿井工程、海港码头等工程中的应用日益增多.例如：上海金茂大厦(C60)、北京静安中心大厦(C80)、辽宁物产大厦(C80)、南京希尔顿国际大酒店（C30和C50）、长春国际商贸城(C55)、广州虎门大桥(c50)、上海杨浦大桥(c50)等都是应用的典范.

全国很多研究单位已经研制出普通泵送新型混凝土、大掺量粉煤灰新型混凝土、高流态自密实新型混凝土、纤维增加新型混凝土、轻骨料新型混凝土、水下不分散新型混凝土港工与海工新型混凝土、高抛纤维新型混凝土等等,研制出C30-C80的各种强度等级的新型混凝土和完备的混凝土耐久性检测设备,以及掌握了配套的施工成套技术和各种混凝土耐久性检测技术等.其中具有优异耐久性的C30新型混凝土即将在地质条件复杂的深圳地铁工程中大规模使用.

3.结语

如今我国HPC发展形势一片良好,但是要使HPC在建筑工程中推广使用还需一个认识和实践的过程.随着我国建筑基础建设的不断增强.HPC必将成为新世纪的重要建筑工程材料.

【参考文献】

［１］陈本沛.混凝土结构理论和应用研究的理论与发展[M]．大连：大连理工大学出版社．2004．

［２］张鹏,新型混凝土材料在土木工程领域中的应用．邢台职业技术学院学报,2008,(2)．