试论高强混凝土在建筑工程中的应用

沈　忠

（新疆伊犁新星建筑安装有限公司，新疆 伊宁 835000）

【摘　要】高效减水剂的推广应用，使高强砼的应用范围迅速扩展到工民建、地铁、地下人防、道路桥梁等各个领域。要推广和应用好高强砼必须认真把握好以下几个重要环节：把好水泥、外加剂、掺合料、粗细骨料等原材料质量关；科学、合理地做好高强砼配合比设计；认真、严谨地制订好高强砼结构构件的施工方案，并通过精心施工操作把蓝图变成现实。

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关键词 高强砼；高效减水剂；精心施工

自从20世纪70年代高效减水剂问世以来，以常规水泥、砂、石为原料配制的高强砼施工技术得到了较快发展，特别是高效减水剂的推广应用，克服了已往高强砼只能以干硬性状态进行现场拌制，不能采用工厂化拌制和泵送技术浇筑砼的弊端，同时，在砼拌合物的工作度、砼强度、密实度和抗渗能力等方面均具有优良的综合性能，因而其应用范围已遍及工民建、地铁、地下人防、道路桥梁、港口码头等各个领域。某些发达国家已能提供强度等级达C80～C100的高强商品砼，这对我们既是挑战，也是一种机遇。

1　高强砼原材料与配合比

高强砼与普通砼相比，不同之处在于多组分与低水灰比，其最终目的都是为了增加砼的密实度，改善和优化骨料与水泥浆之间的界面性能，从而实现高强和耐久的目标。由于高效减水剂具有分散水泥颗粒和消除絮凝的作用，在砼拌和物中引入高效减水剂能有效解决低水灰比与拌合物工作度之间的矛盾；而在拌合物中加入矿物掺合料，对于防止因水泥水化热引发的砼开裂也有显著效果，而且还可使其后期强度得到较快增长；在拌和物中掺加粉煤灰和磨细矿渣粉等掺合料，不仅能在确保强度不降低的情况下减少水泥用量和水化热，还有改善拌合物工作度、减少泌水和离析现象，提高砼耐酸性和防止发生碱骨料反应的作用。

1.1　高强砼对水泥的要求

高强砼宜选用强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥，至于水泥品种，还应考虑其水化热、早期强度和耐久性等要求；水泥中游离氧化钙、氯化镁等有害成分应尽量少些，因含碱量大的水泥配制的砼易开裂；还应尽可能减少水泥用量，为保持砼拌和物必需的浆体，可用粉煤灰、硅粉或矿渣粉等加以补充，因如水泥用量过多，不仅对强度的提高作用不大，反而会增加砼的收缩变形，对强度和耐久性极为不利。

1.2　高强砼对外加剂的要求

正确选择和使用高效减水剂是配制高强砼的关键，需要通过反复试验才能确定，并且往往还要参照外单位的成功经验，因此，对初次从事高强砼配制的施工企业来说，还应向专门机构作技术咨询。配制高强砼所需的外加剂主要有高效减水剂和缓凝剂等。由于水泥品牌的不同，高效减水剂的化学成分各异，因此，在配制高强砼前，应对水泥（包括矿物掺合料）和高效减水剂进行低水灰比条件下的相关检测，以及其他因素对高效减水剂效果产生的影响，比如高效减水剂的掺加量、投放时间及方式、砼的配合比、矿物掺合料的品种和掺量以及环境温度等。使用高效减水剂常会遇到其拌合物的流动性会随时间推移而逐渐损失，解决这个问题的办法是：（１）采用能与缓凝剂复合的高效减水剂；（2）使用载体流化剂，将高效减水剂与载体流化剂混合，加入砼拌合物后使减水剂缓慢释放出来，就可使拌合物塌落度在1.5～2小时内不受损失。

1.3　高强砼对掺合料的要求

最常用的掺合料有以下三种：

1.3.1　粉煤灰

它能有效提高砼的抗渗性，显著改善砼拌合物的工作度，并具有减水作用。泵送高强砼更应掺加适量优质粉煤灰，以有效提高拌合物的可泵性。掺用粉煤灰时必须关注它的物理特征与化学成分之间的关系和变异性；配制高强砼应首选Ⅰ级粉煤灰，粉煤灰的掺量应控制在水泥总量的30%以内。

1.3.2　磨细矿渣粉

高炉粒状矿渣磨细后与水泥类似，会发生明显的水化反应，生成具有胶粘性的产物，因此，掺加磨细矿渣粉的高强砼具有很好的活性，还能改善砼的耐化学侵蚀性，其缺点是会增加砼的水化热和凝固收缩值，因而应控制好掺量。

1.3.3　硅粉

掺加硅粉后的砼具有早强和耐磨特点，配制时应控制水胶比；掺加硅粉后砼中的水泥、粉煤灰的水化作用会加快、用水量稍大，故应与高效减水剂配合使用。

还有一点需要强调的是，在配制高强砼时，同时掺入两种以上掺合料要比单一矿物掺合料效果会更好，可使砼产生叠加效应，取长补短。

1.4　高强砼对粗细骨料的要求

用于拌制高强砼的粗骨料宜选用坚硬密实的石灰岩、花岗岩、辉绿岩、正长岩等深层火成岩碎块；粗骨料的最大粒径与砼构件的断面尺寸、钢筋间距以及泵送条件等因素有关，一般可选用20～40mm；石子含泥量不得大于0.5%。拌制高强砼应优选细度模数为2.45～3.20的中粗砂，含泥量≤1.5%。

1.5　高强砼对配合比设计的要求

当按上述各项要求选定了配制高强砼的水泥品种、强度等级、外加剂和各种掺合料以及粗细骨料以后，还必须选择有相应资质和试验能力的建材试验室进行配合比设计和试配工作。由于高强砼的组分比较复杂，在进行配合比设计时往往要进行多次试配、反复检测各项力学指标，还要考虑高效减水剂、粉煤灰、磨细矿渣粉、硅粉等与水泥、砂石之间的相容性问题，耗时较长，所以务必提早一段时间进行配合比设计和试配，以免耽误正常施工使用。

2　高强砼在建筑工程中的应用

早在20世纪70年代初，我国就开始了对高效减水剂的应用研究，但在相当长的一段时间内，由于当时的政治形势和缺乏一些相关技术政策和规范，我国建筑业的施工技术和施工管理水平还是比较低下，使高强砼的应用研究处于停滞状态。直至1978年改革开放以后，一些高档的建筑工程和较大规模的基础设施建设项目才逐渐蓬勃兴起，迫使建筑业科技人员不得不加快对高强砼的应用研究步伐；也只有在这种新形势下，高强砼在技术上、经济效益上的巨大优越性才日益被人们所认识。对此，国家还组织了多项大型研究课题，比如：对高强砼结构性能、设计理论及施工工艺的研究；高强与高性能砼材料的结构力学性状研究等。

高强砼在工业与民用建筑工程中的应用主要有以下几方面。

2.1　高层建筑结构

高层、小高层乃至超高层建筑不仅在大城市、特大城市蓬勃兴起，就是在许多中小城镇也在快速兴建中；在设计和建造高层建筑过程中，有一个关键难题始终困扰着从事结构设计计算和把设计蓝图变为实际建筑物的结构工程师和施工工程师们，就是如何用自重较小而强度、韧性、刚度、耐久性相对较高的建筑材料来设计和建造层数越来越多、总高度超过数百米的高层建筑结构。高强砼的开发和应用研究，为解决这个难题开辟了一条广阔的道路：可以在高层建筑结构的设计和施工中，采用具有相应强度等级的高强砼来设计和建造柱、梁、剪力墙和筒体等结构，在按使用要求扩大柱网间距、加大网架或梁的跨度后，可以在楼层之间采用相同截面的框柱、框梁、剪力墙等结构构件，有利于统一框柱、框梁、剪力墙等的断面尺寸和模板规格，节省制作、安装模板工料，方便施工，还可利用高强砼早强特点加快施工进度。高强砼还有弹性模量高、徐变小的特点，可大大减少高层建筑框柱的压缩变形值和提高结构刚度。

2.2　大跨度结构

大跨度楼屋盖的自重占结构设计荷载中的绝大部分，如采用高强砼就可显著减少结构设计计算荷载；对大跨度受弯构件而言，设计所需的截面高度或最大跨度往往是受刚度而非强度控制；采用高强砼能显著提高其刚度、减少其截面高度或增加其跨度。

2.3　处于露天或侵蚀性环境下的建（构）筑物

高强砼有较强的抵抗大气环境作用和化学物质侵蚀及耐磨等能力。贮存某些化学物品的筒仓或贮罐，周围大气或所处土层中含有较多盐类的工程构筑物，以及直接受到侵蚀性介质作用或机械磨损的车间、车库等地面或构件，均宜用高强砼来建造。

［责任编辑：汤静］