高强高性能混凝土结构的设计与施工研究

吴文锦

（安徽省建筑设计研究院有限责任公司，安徽 合肥 230001）

1 概述

目前来说世界上应用最广泛的就是水泥混凝土，但是随着经济社会的发展和建筑结构的不断变化，在某些特殊领域，水泥混凝土已经胜任不了人们的期望，于是有着特殊性能的高强高性能混凝土应运而生，这也是迄今为止最完善的混凝土品种。作为一种新型的高技术含量的混凝土，高强高性能混凝土是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，主要是提高了混凝土的耐久性。高强高性能混凝土不仅具有高强度，还具有良好的工作性能和高抗渗能力，能更好的满足结构功能要求和施工工艺的要求，最大限度的延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。

随着时代的发展，建筑结构向着更高的方向发展，这就对混凝土提出了更高的要求：高强度、高弹性模量、轻质、低徐变率、较高的工作性、早期强度与耐久性高的特性，因而具有这些特征的高强高性能混凝土便得到更广泛的应用，这也使得高层建筑的安全寿命大大提高到一百年以上。

高强高性能混凝土的出现，给土木工程界最直接的冲击是对混凝土耐久性的重视有所加强了，粉煤灰、矿渣等掺合料的使用增多了，预拌混凝土更普遍了。目前在中国北京、上海等地已经有许多企业能够供应C80以上商品预拌混凝土、超高强商品混凝土的能力。然而，在高强高性能混凝土带给我们巨大益处之时，它的负面作用也开始显露，首先就是其材料组成和配合比十分复杂，生产相对麻烦且成本高；其次是近年来国内外发生了较多起“高强高性能混凝土”结构开裂的情况，特别是早期开裂问题更为普遍。由于高强高性能混凝土的配置特点较为复杂独特，具有高胶凝材料用量、低水胶比与掺人大量活性掺合料等特点，使其与普通混凝土有很大的差异，随之带来了它的早期体积稳定性差、容易开裂等问题。

2 高强高性能混凝土结构的设计要点

2.1 设计依据

我国89混凝土结构设计规范中的某些条文已经不再适用于高强高性能混凝土，对于新技术的应用，目前在设计工作中主要是参考《高强高性能混凝土结构设计指南》和《高强高性能混凝土结构技术规程》。而且新规范中对混凝土强度等级也做出了新的规定，取消低强等级C7.5和C10级，增加高强等级C60-C80级。在新型混凝土的特殊力学性能方面，对其应用范围和较高强度的利用加以必要的限制， 同时调整设计参数和增加构造措施保证结构的延性。

2.2 柱子的延性控制

为了保证混凝土的高强度，配置的混凝土拥有低水灰比与致密的微观结构，这就使得其很高的强度和抗渗性能，但是随着这些新型混凝土的使用，一些问题也逐渐表现出来：较大的脆性、低防火能力、长期强度增长很少和自收缩问题。因此，在高强高性能混凝土结构设计中，最重要的问题就是要保证构件的延性。

2.3 梁柱节点核心区的验算与处理

对于梁柱的结点核心区，其抗剪验算可以按照新混凝土结构设计规范来进行，当然，不仅仅要进行抗剪验算，还要从构造上采取一定的措施来增强结点：为增强梁对柱的约束，可采取梁端水平加腋的方法，保证梁宽要大于柱宽的一半，对边、角柱宜使外墙适当外移，采取加挑梁的结构布置方法使节点四周均处于四面均有梁的约束中。

2.4 混凝土强度等级变化部位的施工

混凝土强度等级变化的部位通常是在梁柱的分界面处，在设计时要注意梁端混凝土的高强高性能设计，以改善梁的延性和梁纵筋在核心区中的锚固性能，提高梁端抗剪能力和减少柱核心区剪力。在具体工程实际中，分界面采用加楔或绑扎筛网，先浇筑高强高性能混凝土，再浇筑普通混凝土。

3 工程施工及试验研究

为了详细说明高强高性能混凝土在实际工程中的应用，下面结合某机场航站区的扩建工程为例，来阐述此技术的具体应用。机场航站区的扩建工程要求极高，该区结构整体要求是采用高强高性能混凝土，对混凝土的应用以及整个工程的施工都提出了极高的要求。

高强高性能混凝土在此工程中的应用包括制作与施工2个方面，要求这两方面必须有效的结合在一起，相互照应，不仅在生产阶段要采取相应措施，在施工阶段也要注意必要的技术措施来配合施工，才能保证高性能混凝土的施工质量。可以在振捣时采用高频振捣器，但是实际操作时要严格根据规定要求来进行，避免出现振捣不足或者过劲的情况；为了防止裂缝的发生或者减小裂缝的严重程度，可以将振捣与压面操作多进行几次；为了防止混凝土内部严重失水，要加强对混凝土的早起养护。

用C60高强混凝土配合以及采取了一定技术处理之后的C60高性能混凝土配合比各浇筑一段形体相同的墙，然后测试混凝土内部问题以比较二者水化热情况。7天的测试期过后可发现，后者的水化热峰值比前者要低不少而且出现的时间也推迟了不少。然后测试掺入复合高效减水剂的混凝土的凝结时间，结果发现比正常要推迟了10多个小时，测试该混凝土的坍落度也是极大的降低了损失率。对该混凝土配比成型的抗渗试件进行28天的抗渗试验，发现试件内部渗水高度在5-10mm左右。这些试验证明该混凝土具备高强度、低水化热、小收缩性、良好耐久性和抗渗性等主要技术特点，可用于该工程。

结语

作为传统混凝土技术的突破，高强高性能混凝土的研究与应用，使得工程领域进入一个全新的时代，对于建筑结构的发展做出了巨大的贡献，不仅如此，高强高性能混凝土还对建筑节能、工程质量、工程成本等有着比较积极的意义。根据高强高性能混凝土的发展和广泛应用，看以预期，在不久的将来，其应用必将更为广泛，其更多的工程功效也有待我们的开发和利用。

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