论高强混凝土施工控制技术的应用

周洲

身份证号码：450302197603261010 广西省南宁市 530021

摘要：高强混凝土首先用于30层以上高层建筑物的钢筋混凝土结构，因为这种建筑物下部三分之一的柱子，在用普通混凝土时断面很大。除节省材料费用外，与钢结构相比，加快施工速度也是采用混凝土结构的重要特点。

关键词：高强混凝土；自收缩；脆性

前言

改革开放以来，我国的建筑事业得到了迅速的发展。通过近些年的较为成功的大型案例来看，我国的建筑施工水平已經上升到一定的技术高度。建筑中最为重要的关键环节就是高强混凝土的施工，可以说高强混凝土施工技术水平的高低直接关系到建筑的成败。随着经济的高速发展所产生的高层和高承载力的建筑物增多的现状，我国部分使用率较高的建筑出现了抗震性能薄弱，相应承载力不足的情况，这严重影响了建筑物的安全性能和使用寿命。建筑的质量关系到人民群众的生命财产安全，更加关系到国家经济的长足发展。如何加强高强混凝土施工技术的改进和创新，在满足设计需要的同时减轻结构自重，简化工艺，降低成本，以促进工程建设的质量飞跃，是目前建筑科学重要的发展方向。

1、高强混凝土的优越性

在一般情况下，混凝土强度等级从C30提高到C60，对受压构件可节省混凝土30-40%；受弯构件可节省混凝土10- 20%。虽然高强混凝土比普通混凝土成本上要高一些，但由于减少了截面，结构自重减轻，这对自重占荷载主要部分的建筑物具有特别重要意义。再者，由于梁柱截面缩小，不但在建筑上改变了肥梁胖柱的不美观的问题，而且可增加使用面积。以深圳贤成大厦为例，该建筑原设计用C40级混凝土，改用C60级混凝土后，其底层面积可增大1060平方米，经济效益十分显著。由于高强混凝土的密实性能好，抗渗、抗冻性能均优于普通混凝土。因此，国外高强混凝土除高层和大跨度工程外，还大量用于海洋和港口工程，它们耐海水侵蚀和海浪冲刷的能力大大优于普通混凝土，可以提高工程使用寿命。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。

2、高强混凝土配合比设计的一般原则

（1）高强混凝土的用水量低，水灰比一般小于0135；对80MPa的混凝土，水灰比小于0130；对100MPa的混凝土，水灰比小于0126；更高强度时水灰比取0122左右。

（2）水泥用量一般为400～450kgm3，对80MPa的混凝土可为500kgm3，更高强度时也不能超过550kgm3。应该通过外加矿物混合料来控制和降低水泥用量。高强混凝土必须采用优质水泥。

（3）集料应挑选强度高、吸水率低的碎石，最大粒径不超过15～20，如混凝土强度等级不是很高可以放宽到25，尽量排除片状和针状石子。

（4）砂率可为013甚至更低。但过低砂率会影响工作度，所以一般可取013～0135，尤其是泵送时不宜取较低砂率。

（5）当水灰比很低时，为溅改善工作度弹性弯曲变形，预弯集中力释放后利用钢梁的弹性恢复变形使下缘混凝土产生预压应力。

3、高强混凝土施工技术

3.1现代高强混凝土在施工中要解决下列技术问题：

（1）低水灰比，大坍落度

高强混凝土一般要求低水灰比，这种低水灰比的混凝土早在60年代末，我国就有过研究与应用，但由于混凝土在低水灰比的情况下，坍落度很小，甚至没有坍落度，其成型和捣实都很困难，无法在现浇混凝土施工中应用。

（2）坍落度损失问题

现代城市混凝土施工，一般采用预搅或商品混凝土。施工工地往往与搅拌站相距很远，要把混凝土从搅拌站运到工地需用较长的时间。混凝土在运输的过程中，其坍落度随时间的增加而减小，这对高强混凝土来说无疑又增加了难度。

（3）混凝土可泵性问题

泵送混凝土几乎是高层建筑施工的唯一方法。所以高强和泵送几乎是不可分割的。所以对高强混凝土要解决混凝土可泵送的要求。

3.2 施工工艺

3.2.1高强混凝土拌制：投料顺序及搅拌工艺；严格控制施工配合比，原材料按重量计，要设置灵活，准确的磅砰，坚持车车过秤。定量允许偏差不应超过下列规定：水泥±2%；粗细骨料±3%；水、掺合料，高效减水剂±1%；高强混凝土搅拌时，应准确控制用水量，应仔细测定砂石中的含水量并从用水量中扣除，配料时采用自动称量装置和砂子含水量自动检测仪器，自动调整搅拌用水。不得随意加水；高效减水剂可用粉剂，也可制成溶液加入，并在实际加水时扣除溶液用水。搅拌时宜用滞水工艺最后一次加入减水剂；保证拌合均匀，制配高强混凝土要确保拌合均匀，它直接影响着混凝土的强度和质量要采用强制式搅拌机拌和，特别注意确保搅拌时间充分，不少于60秒。

3.2.2高强混凝土运输与浇筑：快速施工。由于高强混凝土坍落度损失快，必须在尽可能短的时间内施工完毕，这就要求在施工过程中精心指挥有严密的施工组织，从搅拌、运输、浇筑几个工序之间要协调作业，各个环节要紧扣，保证一小时内完成；密实性对混凝土的强度至关重要。在施工过程中为保证混凝土的密实性，要采用高频震捣器，根据结构断面尺寸分层浇筑，分层震捣。浇筑混凝土卸料时，自由倾落高度不应大于2米；不同强度等级混凝土接处的施工宜先浇筑高强混凝土，然后再浇筑低等级混凝土，也可以同时浇筑。此时应特别注意，不应使低等级混凝土扩散到高混凝土的结构部位中去。

3.2.3养护：为免高强混凝土因早期失水而降低强度及由于内外温差过大造成表面裂缝，因此要加强养护。高强混凝土浇筑完毕后，在八小时内加以覆盖和浇水养生。浇水次数应维持混凝土结构表面湿润状态。浇水养护日期不得少于14昼夜。冬施时间要延长拆模时间，采取保温措施，不得遭受冻害损失。

4、解决方法对策

（1）对原材料的选择

配置C60级高强混凝土，不需要用特殊的材料，但必须对本地区所能得到的所有原材料进行优选，它们除了要有比较好的性能指标外，还必须质量稳定，即在施工期内主要性能不能有太大的变化。

（2）工时的质量控制和管理

一些在普通情况下不太敏感的因素，在低水灰比的情况下会变得相当敏感，而对高强混凝土，设计时所留的强度富余度又不可能太大，可供调节的余量较小，这就要求在整个施工过程中必须注意各种条件、因素的变化，并且要根据这些变化随时调整配合比和各种工艺参数。对于高强混凝土，一般检测技术如回弹、超声等在强度大于50MPa后已不能采用。唯一能进行检测的钻心取样法来检验高强混凝土也有一定的困难（主要是研究资料较少和标准不完善）。这说明加强现场施工质量控制和管理的必要性。

（3）超细活性掺合料的应用

对于强度等级为C80或更高的混凝土需要采取一些特殊的技术措施-掺入超细活性掺合料。混凝土强度达到一定极限后就不可能再增加了，因为混凝土强度在水化时不可避免地会在其内部形成一些细微的毛细孔。如果要使其强度进一步提高，就必须采取措施把这些孔隙填满，进一步增加混凝土的密实性。最常用的方法是用极细（微米级）的活性颗粒掺入混凝土，使它们在水浆中的细微孔隙中水化，减少和填充混凝土中的毛细孔，达到增密和增强的作用。但是这些极细的颗粒需水量很大，就需要大量高效减水剂加以塑化，否则难以施工。再者，超细活性颗粒在混凝土搅拌时，到处飞扬，很难加入混凝土中，故必须对超细活性颗粒进行增密处理后才能使用。

5、高强混凝土在性能上尚存在的问题及其改善的途径

配制高强混凝土的特点是低水胶比并掺有足够数量的矿物细掺合料和高效减水剂，从而使混凝土具有综合的优异的技术特性，但由此也产生了两个值得重视的性能缺陷。

（1）自干燥引起的自收缩

近年来，国外许多学者发现高强混凝土存在早期收缩开裂的问题。其原因是由于在低水灰比或水胶比并掺入较多的具有相当活性的矿物细掺合料的混凝土中会产生自干燥从而引起混凝土的自收缩，使混凝土内部结构受到损伤而产生微裂缝。有关文献资料表明：水胶比低于0.3的混凝土，其自收缩值可高达200～400×10-6。免振自密实混凝土由于含有较多的粉料量，当粉量达500kg/m3，其自收缩值可达100～400×10-6。而掺有大量磨细矿渣的大体积混凝土，其自收缩值也可达100×10-6。混凝土产生自干燥并非由于外部环境相对湿度的影响而引起的干燥脱水，而是由于混凝土内部结构微细孔内自由水量的不足，使混凝土内部供水不足，内部相对湿度自发地减小而引起自干燥，并导致了混凝土的收缩变形，故称之为自收缩。

高强混凝土的配制，正因为是低水灰比或水胶比并掺有较大量的活性矿物细掺合料，因此，其早期的收缩开裂十分敏感。在混凝土内部水量较少的情况下，除水泥水化所需的水量外，在孔隙和毛细管中的水也被逐步吸收减少，在没有剩余自由水的情况下，就形成了空的孔隙，使水泥石的内部不再存在未结合水的平衡。因此，水泥石内部的相对湿度显著地降低。在处于难以水分蒸发而同时也是难以有水分渗滤的封闭状态中的粘弹性固态的胶凝材料系统中，由于水泥石内部相对湿度的降低而使孔中存在一定的气相，孔中水饱和蒸汽压随之而降低，毛细管中水呈现不饱和状态。此状况在长期处于封闭状态的情况下，随着水泥水化反应的进行越演越烈，其结果导致了毛细管中的液面形成变月面，使毛细管压升高而产生毛细管应力，使水泥石受负压作用，成为凝结硬化混凝土产生自收缩的主要因素。

混凝土的自收缩一般发生在混凝土初凝之后。当混凝土由流态转向粘弹性固态时，尤以初凝到1d龄期时为最显著，自收缩值随龄期而减缓。水胶比愈小，1d龄期时的自收缩愈大。由于硬化后高强混凝土的致密性高于普通混凝土，在减少了泌水的同时，也阻碍了外部养护水对混凝土的湿养护作用。因此，以适用于普通混凝土的传统养护措施来改善此类混凝土的自干燥、自收缩并无明显的效果。

（2）脆性

脆性可以描述为混凝土无法防止的不稳定裂缝的扩展与增长。从混凝土承受轴向压荷载作用下的应力——应变曲线中，峰值后下降曲线段的陡斜程度可以反映出混凝土的脆性大小。众多的试验已表明，混凝土的强度愈高，其应力——应变曲线过峰值后的下降段曲线愈陡斜。这意味着该混凝土的脆性愈大。因此，高强混凝土的脆性已引起广泛的重视，混凝土脆性的增大会给工程结构特别是有抗震要求的工程结构带来很大的危害。在高强混凝土中掺加纤维是一种有效的措施。国外已有学者提出纤维增强高性能混凝土，而且将之与纤维增强传统混凝土和基材（未掺纤维的传统混凝土）进行拉伸应力——应变的对比。

6、质量标准

6.1 高强混凝土的配制及施工，必须有严格的质量控制和质量保证制度。针对具体的工程对象，事先必须有设计、生产和施工各方共同制定的书面文件，提出质量控制和质量保证的具体细则，规定各种表记载的内容，并明确专人负责监督检查和施行。

6.2 高强混凝土施工前，施工单位必须对原材料性能，所配制手工劳动高强砼拌合物性能及砼硬功夫化性提出试验结果报告，等设计单位或甲方监理单位许可后，方可施工。

6.3 高强混凝土质量检查及验收，可参照《钢筋混凝土工程施工及验收规范》GBJ204-83中的有关规定。检查内容，应包括浇筑过程的坍落度变化及凝结时间，当环境温度与标准养护相差较大时，应同时留取在现场环境下养护的对比试件。标准养护的留取试块宜比普通混凝土所要求的增加1-2倍，以测量早期及后期强度变化，测定抗压极限强度的试件可用边长为10cm立方体，对15cm边长立方体强度的换算系数由50 Mpa到90 Mpa取0.95到0.91逐步递减，中间取值可直线内插。

6.4 对于大体积和大尺寸的高强混凝土工程或构件，应监测水化热造成的温升变化，并采取相应的防裂措施。

6.5 高强混凝土强度检驗评定标准参照《混凝土强度检验评定标准》GBJ107-87的有关规定。

7、结束语

对于纤维品种的选用，试验表明，在同样纤维体积含量的情况下，钢纤维和碳纤维对改善高强混凝土的脆性比合成纤维更为有效。

参考文献

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