高强混凝土

高强混凝土（精选十篇）

高强混凝土 篇1

混凝土作为建筑工程的主要结构材料,其强度的高强化已经成为发展的必然方向。目前,高强混凝土应用领域涉及范围已越来越广,针对超高强混凝土而开展的研究与应用也越来越多,然而,高强化所引起的高脆性在很大程度上制约了高强混凝土在实际工程中的运用。

1 高强、超高强混凝土的脆性

工程结构材料在设计使用中除必须考虑强度外,还须认真对待材料的脆性。混凝土具有突发性的破坏特征,是公认的脆性材料之一,且随着混凝土强度的提高,其脆性趋向也更为明显。因此,搞清楚混凝土的脆性破坏并定量地提出衡量材料脆性程度的脆性指标,从理论研究和实际应用两方面来说,都具有重要意义。

1.1 脆性的定义

材料破坏过程中的所消耗的能量值即定义为脆性。脆性与韧性相对,其实质是断裂临界点前材料内部积累起来的最大弹性能快速地转化为主裂纹断裂表面能的能量转化过程。脆性破坏发生在断裂过程中,是在静加载速度下,主裂纹在失稳扩展中表现出的一种高速率破坏现象。

材料脆性大小的量度之一是该材料断裂表面能否抵抗裂纹扩展、抑制材料断裂。这取决于材料本身的组成、结构和特性参数。

1.2 脆性指标

关于混凝土脆性问题,研究得最多的是寻找一个既科学合理又有实用价值的参数来定量表示脆性,但至今未果;而针对混凝土脆性形式和本质,现已存在包括宏观的脆性指标和微观结构的衡量方式等概念来衡量脆性。

从宏观力学角度出发以衡量混凝土脆性的方式相对较多。在混凝土工程中常以混凝土的拉压比来衡量其脆性,拉压比越小则脆性越大。另外则是韧性概念,通常以荷载-变形曲线或以应力-应变曲线所围面积表示材料或结构在荷载作用下到破坏或失效为止吸收能量的性能。从微观结构角度出发衡量混凝土脆性的方式即为研究其化学键,仅具有定性的意义,故研究方式相对较少。

按常规考虑,通常只将混凝土的脆性当作为一种不变的材料参数,故常提到的不同材料的脆性只是各种材料常用尺度下的力学行为对比。事实上,同种材料不同尺度时所表现出来的断裂特征不同。例如,当玻璃制成玻璃纤维时韧性非常好,与其通常尺度情况下所表现出典型的脆性性质不同。制成玻璃纤维时,玻璃本身的材料性质并没有明显改变,因此表明了材料的脆性行为包含了尺度因素的结论。然而,现有常规脆性评价指标往往忽视了这一点。

由于脆性指标试验须测定抗拉强度ft、断裂韧性KIC、抗压强度σU和断裂能GF等值,而这些参数均须在一定尺度和一定实验条件下测得,所以当试件尺寸发生变化时,这些参数值也会随之改变,故可以认为,现有断裂力学脆性指标中其实考虑了尺寸因素。

但也正因如此,现有的绝大多数脆性定义都只能定性地反映材料的脆性,并没有将脆性尺度因素变化而产生的改变实际列入定义范围,故无法反映其他尺寸范围内该材料的真实脆性。

1.3 混凝土的脆性特点

硬化水泥浆体中最基本的硅氧四面体结构元件如图1所示。由于晶体中的离子键和共价键断裂耗能很高,且断裂时共价键和离子键几乎不产生任何变形。根据水泥浆体中晶体的这一特点,水泥浆体材料即表现出了延伸率小、脆性大和强度高等宏观特点。

(a)硅氧四面体;(b)硅酸盐结构二维示意·-硅原子;○-氧原子;●-钙原子

由于硬化过程中,胶凝材料会因为泌水作用而在与骨料间界面上形成一定尺寸且混有杂物的微裂缝和微孔洞,加之由于非均质和多相多孔为混凝土的结构特点,其骨料中原本即含有大量微裂缝和微孔洞,这就使得混凝土在受荷时会产生局部的应力集中,导致混凝土易于发生脆性破坏。

混凝土的力学性能始终是学术界关心的课题。由于针对微观、细观结构较之宏观研究而言相对烦琐,因此,常将混凝土视为宏观的均质各向同性材料。由于材料力学中将材料的破坏可最终归纳为由于剪切作用的滑移或由于拉伸作用的断裂等两个因素,因此即使材料已处于受压状态,但其破坏实际上并非所受正应力导致。由于何种破坏机制处于主导地位决定着材料宏观状态下的破坏形状,所以对于晶态固体而言,因其微观表现为结晶面之间的相对滑移,故宏观状态下的塑性变形也针对该微观表现而有所体现。但由于混凝土分子尺寸远大于金属原子,且晶格点阵参数大,Bogers矢量大到其位错能远远超过金属材料,水泥混凝土材料的塑性,与固态金属晶体材料有本质性区别;且硬化水泥浆体作为多相复合材料,相界面受位错运动无法发生,因此这种塑性实质上是微观的真脆性和宏观的假塑性。而混凝土破坏往往是由于材料内出现宏观裂纹导致结构失稳扩展而导致的材料破坏;或在宏观裂纹并未形成之前,即出现材料失稳崩溃,因此混凝土的宏观破坏性状是表现为脆性破坏的。

1.4 高强混凝土的脆性

由于高强混凝土的相对水泥浆体积远大于普通混凝土,且由于增加水泥浆体积和提高水泥浆强度是使粗骨料和砂浆之间弹性相容性接进而提高混凝土强度的必要手段。因此,高强度混凝土的性质较均匀,水泥浆中水灰比有所提高,故该混凝土的抗拉能力大大加强、砂浆相与骨料相之间的粘结强度大大提高,开裂情况有所缓解。因粘结导致的裂缝出现频率大幅度降低,所以高强混凝土比普通混凝土呈现出更多的弹性性质,且应力-应变曲线斜率更大,呈更为明显的线性上升趋势;砂浆相的强度和弹性模量与粗骨料相接近,由于粘结裂缝不再起阻挡作用,所以砂浆-骨料联合裂缝的扩展迅速且不稳定。因此高强度混凝土较之普通混凝土而言,在应力百分数相同的条件下,开裂情况大幅降低,且若高强混凝土破坏突然发生,可根据最大荷载后应力-应变曲线的迅速下降表示出来。

2 混凝土脆性破坏机理

混凝土脆性破坏机理可从微观化学键及细观、宏观层次断裂力学两个方面研究、分析和讨论。

2.1 脆性破坏与微观化学键

材料的脆性可分为高度脆性、半脆性和非脆性等三类,如表1所示。由表1可知,有无位错迁移是区分脆性与非脆性的关键,而位错迁移则与化学键类别有关。由于金属键是不具有方向性的饱和化学键,因此各金属原子之间易于形成新的化学键,会产生位错滑移,因此表观为非脆性;但由于组成混凝土的水泥石、砂和石子中化学键绝大部分为共价化学键,其间的原子力是作用具有方向性的饱和化学键,一旦断开即为断裂,无法形成位错滑移,所以总是取脆性破坏模式。

据此,目前不少研究者利用水溶性聚合物,使形成的聚合物水泥混凝土中的共价键减少,以降低脆性。试验表明此法是减脆的可行方案之一。

2.2 脆性与裂缝

水泥石、玻璃和陶瓷等材料的脆性断裂现象很早便为人们所熟识,但直到20世纪初,一些公认的非脆性金属材料发生脆性断裂面引起的灾难性事故才让人们重新认识了材料的脆性概念。在对此进行考察和研究后,相关学者提出了断裂力学理论以解决这类金属的低应力脆断问题。

1970年Griffith提出著名的断裂力学公式——Griffith公式(平面应力状态)。

式中σ——断裂应力;

rs——表面能;

E——弹性模量;

α——裂缝长度一半。

这个公式中包含了裂缝扩展释放的能量如足以使其扩展产生新表面,则裂缝将扩展这一准则。这一准则说明了材料可能因为裂缝的存在,而在低于设计强度时发生脆断的情况。

根据这一思想,1949年Irwin把Criffith公式推广成适用于非脆性材料的断裂力学重要公式(平面应力状态)。

式中rp——裂缝扩展单位面积所需的塑性变形能。

同理Griffith公式,当裂缝扩展释放的能量足以提供其扩展所需表面能及塑性变形能之总和rp)],裂缝便将扩展,即Griffith公式中表达的,材料可能因为裂缝的存在,而在低于设计强度时发生低应力脆断。

导致混凝土受压时脆性远远低于受拉时脆性的主要原因,是由于混凝土直接受拉时,初步状态为在很小的断裂区内产生较为集中的微裂缝,一定程度后,裂缝最终沿其中一条最为薄弱的主裂缝扩展断裂;而当混凝土受压时,微裂缝产生于各个界面的过渡区,并于断裂时同时形成多条主裂缝。这种开裂方式导致受压时的混凝土需要的能量远大于受拉时的能量,因此,宏观状态下即表现为非弹性变形,即呈现脆性降低的假塑性。

由于混凝土中裂缝通常会绕过骨料连续扩展,这种特殊的扩展方式使得裂缝间混凝土的断裂面有所增加;加之混凝土中存在许多较为薄弱、易形成界面裂缝的界面过渡区,因此,这导致了普通混凝土的断裂虽然主要为水泥石开裂,但其脆性却比水泥石低且所需断裂能相较于水泥石要多,这也导致了混凝土表现出了更多的假塑性、低脆性等特点。

3 高强、超高强混凝土脆性影响因素与改善

混凝土各组分的质量、数量和比例是混凝土强度与耐久性的影响要素,而这些要素同样影响着混凝土的脆性及断裂参数。

3.1 矿物掺合料

由于磨细矿物掺合料具有促进水泥水化的特性,且具有较高的反应活性,将其掺入混凝土后,可促进水泥石基体和界面的微观结构更为密实,从而减少水泥石基体中的各种微裂缝及其他微观缺陷。由混凝土断裂理论可知,当裂缝尖端扩展至混凝土基体内缺陷部位时,其内部缺陷会钝化裂缝尖端对混凝土基体的作用效果,因此,当脆性材料内部缺陷的尺寸、数量与形状达到一定程度时,脆性材料的脆性会有所降低。

高强、超高强混凝土常用的矿物掺合料主要有粉煤灰、硅灰和磨细矿渣粉等三种。虽然作为活性掺合料,这三种材料均能显著改善混凝土的强度和耐久性能,但三者对混凝土脆性的作用却不完全相同。向混凝土中加入硅灰,可以大幅提高混凝土的抗压强度,但却无法同步增加混凝土的抗拉强度,这导致加入硅灰后,混凝土的拉压比较之基准混凝土反而有较大的下降,增大了混凝土的脆性;向混凝土中加入超细矿渣粉则对混凝土的脆性影响不大;与硅灰及超细矿渣粉这两种矿物掺合料相比,加入粉煤灰后,混凝土的抗压强度的增幅并不是很大,但其拉压比却有较大提高,因此,粉煤灰对改善混凝土的脆性有利。立体显微镜、扫描电镜(SEM)和能量散射X-射线分析仪(EDX)研究断裂表面可知在含硅灰混凝土中,可观察到穿晶型的脆性断裂产生,裂缝通常横穿骨料,在不含硅灰混凝土中,裂缝通常沿粗骨料周围扩展,这使得断裂的路径更曲折。

3.2 纤维增强材料

碳纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维和钢纤维都是混凝土的增强材料,其中以钢纤维尤为突出;由于其具有阻碍裂缝生成、增强材料韧性的作用,故掺入混凝土可很好地减少混凝土裂缝的形成、开裂和扩展,是很理想的混凝土增强材料。

当混凝土基体开裂时,乱向分布于混凝土中的纤维可缓冲因基体开裂而产生、转移的荷载,借助其与混凝土截面之间的粘合力将荷载传递至基体各处,在保证混凝土基体不会因开裂而立刻拉断的同时,可使基体裂缝产生均匀。与此同时,纤维可以承受更大的荷载直至峰值荷载时产生裂缝的失稳扩展。由于纤维的这一特点,可以显著提高混凝土的限缩、阻裂能力,提升混凝土的抗拉强度和抗弯强度,增强混凝土的耐疲劳、抗冲击和变形能力,大幅度提高混凝土的韧性。

现有研究者提出了“三维配筋”的基本构想,这一新型的基于分散、细化、连续、定向的三维网格配筋和混凝土立体配制,可以显著地提高混凝土强度,大幅度地提高混凝土的延性和韧性,消除脆性。

3.3 聚合物

当聚合物掺入混凝土后,会在水化的水泥表面凝聚、附着,形成均匀的网状薄膜结构,这些薄膜结构可以使聚合物和水泥互相渗透,同时,骨料也可以通过复合材料而粘结到硬化混凝土中,从而连接应力作用下产生的裂缝,避免了裂缝的进一步扩展,提高了混凝土的韧度。诸如橡胶粉等聚合物,由于其本身的弹性模量相对较低,当其作为掺合料掺入混凝土后,该物质在混凝土中即起到了软性弹性体的作用。它能够缓和混凝土内部产生的包括收缩自应力、温度应力在内的各种应力,从而减少混凝土内原有裂纹的产生和发展;当混凝土受到冲击荷载时,橡胶粉还能起到缓冲作用,减少冲击对混凝土造成的损害。此外,由于橡胶粉颗粒与混凝土基体间存在一定的粘结强度,具有类似纤维的功用,当裂纹产生时,可抑制裂纹的产生与发展,从而缓和应力集中,改善混凝土的韧性。

4 混凝土的脆性研究方向

Kap1an于1960年通过三点弯曲梁测定了混凝土的断裂韧度,这个实验将断裂力学应用于混凝土研究尚属首例;但是,由于裂缝尖端的断裂过程区(FPZ)比混凝土试件的尺寸大,因此Kaplan直接将线弹性断裂力学应用于混凝土实验的这一做法存在较大问题。

1976年,Hillerborg等研究者提出了基于混凝土直接拉伸时的应变软化关系而产生的虚拟裂缝模型FCM(Fictitious Crack Model)。FCM模型的产生使混凝土断裂力学进入了全新的发展阶段,促进了混凝土非线性断裂力学的日益成熟。

高强混凝土 篇2

操作流程：

一、挖土方。考虑送桩深度一般不宜超过2m及地基承载力问题（第二层粉质粘土）。决定，第一层大土方开挖绝对标高，主楼为20.700（主楼送桩2米左右，电梯集水坑送桩4.7米左右和电梯井送桩3.5左右），地下车库为22.200（送桩2.5~3米）。车库大面积筏板垫层底标高20.200米。土方开挖的同时，据现场具体情况，护坡队伍配合施工。（原始地貌约为24.800，第一层取土车库约2.6米，主楼约4.1米。）

二、桩机进场

场地完成三通一平、排水畅通，并满足打桩所需的地面承载力。按图纸、规范和现场要求进行参考，选择2台静压桩机ZYC400-600。进出场路线和压桩顺序(见下图)，并经监理、甲方及设计院同意。桩机应经国家法定单位近期检测合格后，方可进行打桩作业。静压桩机的机械性能要求：

1、机身总重量加配重要求达到设计要求；(压桩控制力：4200KN≤Qu≤4300KN)

2、桩机机架应加固、稳定，并有足够刚度，沉桩时不产生颤动位移；

3.夹具应有足够的刚度和硬度，夹片内的圆弧与桩径应严格匹配，夹具在工作时，夹片内侧与桩周应完整贴合，呈面接触状态，且应保证对称向心施力，严防点接触和不均匀受力；

4、桩机行走要灵活，底盘要能承受机械自重和配重的基本要求，底盘的面积要足够大，满足地基承载力的要求。根据先开挖一层土方，再压桩。开挖土方标高在第（二）层粉质黏土上，根据地质勘探报告，本层土方地基承载力约为250kpa。

三、控制点交接

1、应具有拟建场地的工程水文资料、周边环境的有关资料、已审查批准的施工图设计文件、可供参考的类似桩基工程的经验资料、管桩的产品合格证及说明书等。

2、编制完成并经监理审查通过的施工组织设计或管桩施工专项方案。

3、施工图纸会审工作已经完成，形成图纸会审记录。

4、已处理好场内影响管桩施工的高空、地面及地下障碍物。

5、移交坐标点和高程。

四、定位放样

施工人员质量安全技术交底完成的条件下。根据桩位平面图、总平面图及建设方提供的坐标控制点，按照测量程序实施放样、复核工作，桩位放样的偏差：单排桩不大于10mm，群桩不大于20mm。高程控制点和轴线定位已设置完毕，并已经复查和验收完毕。

五、试桩

工程桩正式施工前应先在有代表性的地段对不同桩径、不同类型（含抗压和抗拔桩）的桩进行成桩试验，桩试验根数大于总桩数的1%，且试验根数≥3根，以此调整单桩承载力及桩长并校验打桩设备、施工工艺及技术措施是否符合要求；桩基工程压桩记录和隐蔽工程验收记录表格，并安排好记录。打桩机应经国家法定单位近期检测合格后，方可进行打桩作业。

六、桩机就位

桩机移动到压桩位置，调好桩机平整度，并使夹具中心对准桩位中心。

七、吊桩（见下图）

按施工平面布置图堆放合格的管桩，堆放时分好规格。本工程采用外径500mm的管桩，按规范堆放不宜超过2层，不合格的管桩另堆放。在吊桩符合规范、购入管桩桩身质量检查合格的情况下，吊桩到机器上，准备压桩。

八、压桩

对于可能影响附近建（构）筑物、道路、地下管线正常使用和安全的，应有相应的保护措施，并设置观测点进行专业监测。

1、压第一节桩要在端头加十字钢桩尖(见下图)。压桩时应严格控制其定位和垂

直度，他对整根桩的质量至关重要。在互相垂直的两个方向用两台经纬仪控制垂直度，偏差不宜大于0.5%。若偏差过大，应拔出重新修正。在压桩过程中应全程监控垂直度和桩长。

2、单节桩长L≤12m，采用焊接接桩，单桩的接头数量不宜超过2个，接头应避免在软弱及液化土层处。桩分节数3~4节。

3、在压桩过程中应认真填写施工记录，随时检查压桩力、压入深度。当压力表读数突然上升或下降时，应停机对照地质资料进行分析，查明原因。

4、遇到下列特殊情况之一，应暂停压桩，通知项目部处理。A、按设计要求的桩长压桩，压桩力未达到设计值。B、单桩承载力已满足设计值，压桩长度未达到设计要求。C、地面明显隆起，邻桩上浮或位移过大。D、压力值突然下降，沉降量突然增大。E、桩身砼剥落、破碎。F桩身突然倾斜、跑位，桩周涌水。

5、沉桩顺序：

1、空旷场地沉桩应由中心向四周进行；

2、某一侧有需要保护的建筑物或地下管线时，应由该侧向远离该侧进行；

3、根据桩型、桩长和桩顶标高，宜先深后浅，先长后短，先大后小；

4、根据建筑物的设计主次，宜先主后次，先密集型，后稀疏型；

5、沉桩路线因经济合理，方便施工。

九、焊接接桩或机械接桩（见下图）

A、焊接管桩时必须严格遵守管桩焊接要求，焊接宜优先采用二氧化碳保护焊，6 按规定选用焊条，焊前做好端板的除污、除锈清理工作，焊接结束后应让其自然冷却5分钟以上方可继续施压。B、抗拔桩应采用机械连接。注意事项：

1、下节桩段的桩头宜高出地面0.5m；

2、下节桩的桩头处宜设导向箍。接桩时上下节桩段应保持顺直，错位偏差不宜大于2mm。接桩就位纠偏时，不得采用大锤横向敲打；

3、桩对接前，上下端板表面应用铁刷子清刷干净，坡口处应刷至露出金属光泽；

4、焊接宜在桩四周对称地进行，待上下桩节固定后拆除导向箍再分层施焊；焊接层数不得少于2 层，第一层焊完后必须把焊渣清理干净，方可进行第二层（的）施焊，焊缝应连续饱满；

5、焊好后的桩接头应自然冷却后方可继续锤击，自然冷却时间不宜少于5min；严禁采用水冷却或焊好即施打；

6、雨天焊接时，应采取可靠的防雨措施；

7、焊接接头的质量检查，对于同一工程探伤抽样检验不得少于3 个接头。

（此图为A桩焊接连接）（此图为AB桩抱箍式机械连接）（此图为参照图集10G409预应力混凝土管桩图集机械连接。）

十、送桩

送桩前，应该计算好桩顶标高并复核。送桩时，应该用水准仪严格控制桩顶标高。送桩工具的中心线应与桩身吻合一致方能送桩；送桩深度一般不宜超过2m；送桩留下桩孔位立即防护好。

十一、终压

施工时应采用压桩力（4200≤Qu≤4300）和桩身进入持力层深度（桩端选用(6)层粉砂层作为桩端持力层；桩端进入持力层深度≥1.0m，桩端以下持力层厚度≥3.0m）同时进行控制并以压桩力控制为主的原则，实际桩长根据地质实际情况进行调整。

十二、复压

预应力管桩全部施工完毕后需全部复压，防止上浮。（土方塌陷，怎么负压）

十三、桩施工完毕

管桩，先做桩的低应变试验，桩基工程完成至少7天后做静载试验。桩施工完毕后，应采用静载试验对基桩承载力、低应变法对桩身完整性进行检测，检测方法及数量要求如下：（统计每栋楼）

8（1）单桩竖向抗压承载力静载试验：静载试验根数为总桩数的1%且≥3根（当总桩数＜50根时，不少于2根）。

（2）低应变法检测桩身完整性：抽检数量为总桩数的30%且≥20根（三桩及三桩以下的承台为每承台≥1根）。

十四、全部工程桩施工检测完毕后

全部工程桩施工检测完毕后，应送一份完整的沉桩记录、检测报告及桩号平面图等有关资料给设计单位，待设计人员对全部资料进行全面研究，提出是否补桩等正式答复后，有关单位方可决定沉桩机械是否退场。

十五、开挖桩间土方

桩基完成至少7天后，基坑开挖。桩间土开挖之前，先确保基坑降水施工完成。当采用机械开挖基坑时,须保持坑底土体原状结构，根据土体情况和挖土机械类型,应保留200~300mm土层由人工挖除铲平，每班停班后机械应停在 1:2 坡度以外处–。

十六、截桩（见下图）

截桩应采用锯桩机截断，再割断主筋，严禁用大锤横向敲击、冲撞，截桩后的桩顶应作认真处理，桩顶修平，钢筋割齐，上面铺设高标号水泥砂浆或环氧砂浆。截桩完成后，灌桩孔。进行白蚁防治，基础验收后，浇筑垫层。

高强泵送混凝土施工技术的研究 篇3

【关键词】高强泵送混凝土；施工技术；研究

0.引言

在社会经济高速发展的新时代，人们的生活生产水平不断提高，因此人们对生活的物质条件也提出了更高的要求。而随着现代建筑行业的高速发展，在现代的建筑领域中涌现出了大批先进的施工技术和施工材料，从而为进一步促进建筑行业发展和现代的建筑工程建设以及满足人们对建筑的要求奠定了基础。在现代的建筑工程中，随着人们对混凝土强度的要求逐渐提高，通常会应用到高强混凝土，而高强混凝土其以抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低等优越性在现代的建筑工程中深受欢迎。而随着泵送混凝土的应用发展，现代的混凝土施工中，泵和高强混凝土得到了完美结合，从而有效的提高了高强混凝土施工的效率和质量。因此，为了提高高强泵送混凝土施工技术的水平和促进建筑行业的发展，必须加大对高强泵送混凝土施工技术的研究力度。在高强泵送混凝土施工中，科学合理的施工技术能够大幅度提高泵送混凝土施工的质量和效率，并且还能够为社会节约大量的能源资源以及工程成本。本文从高强泵送混凝土施工性能的评价出发，对高强泵送混凝土施工技术进行研究，并对该技术进行了详细地阐述，希望能够起到抛砖引玉的效果，使同行相互探讨共同提高，进而为我国今后的高强泵送混凝土施工起到一定的参考作用。

1.高强泵送混凝土施工性能的评价

1.1评价方法

在现代的高强泵送混凝土施工中，混凝土拌合物必须要具备良好的工作性，才能够使施工时操作更加方便，并且也便于确保施工的质量。传统的混凝土的工作性是可塑性和稠度以及易修饰性的总称。而对于高强泵送混凝土来说，工作性还应包括充填性、可泵性和稳定性（即抗泌水和抗离析性）等概念。因此，在评价高强混凝土拌合物的工作性时，就不能只考察用以表证流动性的坍落度值。由于目前尚没有评价混凝土工作性的统一方法和标准，本研究中，借鉴了国外的一些评价方法和实验中摸索出来的方法。

1.1.1坍落度（SL）与坍落流动度（SLf）之比值（SL/SLf）

所谓坍落流动度即拌合物坍落稳定时所铺展的直径。一般认为，坍落度（SL）与坍落流动度（SLf）之比值（SL/SLf）约等于0.4时，拌合物工作性好。

1.1.2 L—流动值（Lf）

测L—流动值的试验。试验前用湿布湿润L型仪内壁，并把L型仪置于水平位置，将混凝土拌合物用小铲缓慢装入竖箱内，装满后用抹刀抹平。然后，上提挡板，从上提挡板时开始计时，量取2min时混凝土拌合物流动的长度Lf。一般认为Lf在500mm—700mm范围内，其拌合物的工作性好。

1.1.3 充填性试验

用U型仪评价混凝土充填性能。U型仪分左右两腔，中间有距底板一定距离的隔板分开，并用挡板挡住间隙。试验前用湿布湿润两腔内壁，试验时，将混凝土拌合物缓慢加入左侧腔内，加满后用抹刀抹平。上提挡板，混凝土拌合物从底部间隙流过，从上提挡板开始计时。测量2min时两腔混凝土拌合物顶面高差△h，若△h≤25mm，拌合物充填性良好。

1.1.4抗离析性能试验

按充填性试验测得两腔混凝土拌合物顶面高差小于25mm的条件下，将两腔内混凝土拌合物分别称重得H1和H2，并用5mm筛筛去砂浆，将粗骨料上的砂浆用水洗干净，用毛巾将粗骨料擦至饱和面干，再分别称重G1和G2后，计算△G两腔粗骨料含量误差百分比。

1.1.5保塑性试验

保塑性试验是用以评价混凝土拌合物流动性随时间延续而逐渐降低程度的指标。新拌混凝土拌合物即使满足上述①、②、③和④所规定的指标要求，而保塑性不好，那么在实际工程中也难以组织施工。拌合物保塑性的评价方法是：将拌合物制作好后，放在温度为20±3℃，湿度为90%以上的环境下静止120min后，再将拌合物放入强制式搅拌机中搅拌60S，按上述①、②、③和④方法重新评价SL/SLf、Lf、△h和△G值，若上述各值均在规定的范围内，则认为拌合物的保塑性良好。

1.2评价结果

依据上述规定的评价方法，对最终确定的各等级混凝土拌合物进行施工性能评价，所检测结果列于表1中，可以看出，上述各配比配制的混凝土不仅能满足各等级强度指标要求，也能满足施工技术要求。

2.高强泵送混凝土的制备方案

为保证高强泵送混凝土的泵送性能，其制备方式主要采取以下三种方式：

（1）在工程现场，把泵送剂加入基体混凝土中，经搅拌后进行流态化、泵送浇注。

（2）在基体混凝土的制备场所（商品混凝土搅拌站）将泵送剂加入基体混凝土中，一面搅拌、一面运输，到达工程现场后，搅拌流化，泵送浇注。

（3）在基体混凝土的制备场所，把泵送剂添加到基体混凝土中，搅拌后成为泵送混凝土，将泵送混凝土运至施工现场，泵送浇注。

3.高强泵送混凝土施工计划概念

在进行高强泵送混凝土施工时，首先必须要拟定一套科学合理的施工计划。并且还要对混凝土的种类和配合比以及泵的类型等进行严格的筛选和深入分析。科学合理的高强泵送混凝土施工计划，能够有效的控制混凝土的质量问题，从而减少混凝土中麻面和蜂窝等问题的产生。因此，采用泵送施工时，要搞清楚混凝土泵的能力与浇注及整平作业的关系——即制订泵送混凝土施工计划概念图。

例如浇注混凝土的垂直距离在40m以内，水平距离10m，混凝土的浇注量约为25m3/h，其水平距离30m，垂直距离仍为40m时，则浇注量只有20m3/h左右。泵送量、水平运输距离、垂直运输距离及混凝土的捣固整平方法等工序是有机联系的。按照全面计划泵送施工，就可以保证混凝土的质量。

4.结束语

高强混凝土 篇4

关键词：高强,箍筋,轴心受压

0前言

在钢筋混凝土框架结构体系中,国内外许多研究者致力于采用不同的方法以提高框架的变形能力,其中,采用高强钢筋与高强混凝土的方法逐步受到了关注[1,2]。然而,在我国建筑工程中普遍使用的受力钢筋是HRB400,箍筋大多为HRB335,与发达国家相比,所用钢筋强度普遍低1～2个等级。多年来,为推广应用高强钢筋,我国虽采取了一些措施,但高强钢筋的用量在建设行业钢筋和混凝土总体用量中所占比率仍然很低。而目前高强材料(高强混凝土和高强钢筋)的生产技术已相当成熟,造成高强材料在实际中应用较少的主要原因是与高强材料相适应的结构设计理论发展严重滞后,甚至一些观念还阻碍了高强高性能材料的推广应用。目前高强钢筋的研究和应用大多集中在高强受力钢筋(纵向钢筋),已取得了较大的进展,在实际工程中取得了较好的经济效益和社会效益,而对于抗剪和起约束作用的箍筋研究不够。利用箍筋对混凝土的约束是克服混凝土脆性、改善其力学性能的一个重要手段[3,4]。

目前,钢筋混凝土结构中采用的箍筋强度较低,致使受剪承载力也较低,而且也不能对混凝土形成有效的约束,或在有些情况下,需要的箍筋直径大间距密,致使混凝土浇捣困难,造成材料的浪费。本文的目的也在于通过设计制作钢筋混凝土棱柱体试件,分别采用不同强度的高强钢筋对试件进行轴向加载试验,着重对箍筋约束混凝土在轴向压力作用下的破坏过程、破坏形态与应力-应变关系曲线等进行研究,将高强箍筋约束混凝土轴心受压性能同普通箍筋约束混凝土进行对比,掌握高强箍筋约束混凝土的基本力学性能和规律,以期为高强度材料的推广应用提供依据和基础资料。

1 原材料及试验方法

本文的约束混凝土棱柱体试件共有2组4个,考虑的变化参数是根据影响约束混凝土的强度和变形性能的因素来制定的,包括箍筋强度、箍筋形式和平均有效约束应力,箍筋间距由平均有效约束应力反算选择。试验中试件的高宽比为3,尺寸为200mm×200mm×600mm。混凝土强度等级为C50,混凝土保护层厚度为5mm。具体参数如下:

(1)箍筋屈服强度分别为400MPa、1100MPa;

(2)箍筋形式为矩形箍和菱形箍两种;

(3)箍筋间距分为35mm、45mm和59mm三种;

(4)体积配箍率pv=1.07%～3.62%。

为保证破坏发生在试件中部,试件两端分别设置100mm箍筋加密区,加密区箍筋间距为20mm;量测区为试件中部,长度400mm。箍筋端部设135°弯钩,并深入核心混凝土内部60mm。纵筋均采用HPB335级、直径为12mm的热轧钢筋,试件详细信息见表1。

试件混凝土设计强度等级为C50,所有试件均采用木模板立式振捣浇筑。试件分两批浇筑,室外自然条件下养护28d后进行试验。试件浇筑的同时,预留150mm×150mm×150mm标准立方体试块,同条件养护,以试验测定混凝土材料的力学性能。

本试验在配置C50高强混凝土时,采用江苏产P·O 42.5级普通硅酸盐水泥,南京市中砂,最大粒径25mm的锤破石,Ⅱ级粉煤灰,以及由萘系高效减水剂(粉剂)、氨基-磺酸系高效减水剂(水剂)和葡萄糖酸钠(粉剂)制成的复合高效减水剂。在配置高强钢筋的过程中,试件A、B为配置普通强度钢筋的混凝土柱,A'、B'为高强钢筋配置的混凝土柱。

2 试验结果及分析

2.1 试件破坏过程

试验中约束混凝土试件的破坏过程相似,但箍筋形式的不同和体积配箍率的变化使得最终的破坏形态略有不同,见图1。在试验加载初期,试件处于弹性变形阶段,轴向应变和泊松比较小,箍筋的约束作用尚未体现。随着荷载的增加,试件截面角部处的保护层开始出现竖向裂缝,同时在试件的中部出现水平裂缝,裂缝不断地延伸、变宽。极限荷载附近,裂缝开裂明显,伴随着混凝土表皮开裂的“辟叭”声,试件截面角部处的混凝土不断劈裂脱落,同时,试件中部保护层开始外鼓。随着试件轴向变形的不断增大,保护层大面积外鼓剥落,轴向荷载出现小幅下降。随着轴向荷载的继续施加,试件承载力缓慢下降,裂缝开展与保护层的剥落明显加快,核心混凝土横向应变增加,箍筋开始外鼓,相邻箍筋之间的核心混凝土逐渐压碎破坏,但由于箍筋的约束作用,约束区核心混凝土仍能承受荷载的不断增加。加载末期(下降到极限荷载的60%之后),纵向钢筋屈曲,箍筋外鼓成圆形。当箍筋在弯折的角部处断裂后,试件承载力直线下降。

图1(a)和图1(d)为中等约束混凝土试件A和A'的破坏图。从图中可以看出,试件破坏时箍筋外鼓明显,中下部的箍筋已接近圆形,箍筋在弯折处被拉断。试件A'破坏时轴向变形量达到30mm左右,体现出良好的塑性。

对于体积配箍率较高的(pv=2.54%)约束混凝土试件B和B',见图1(c)和图1(d),达到第1峰值荷载之后,由于高强箍筋的约束作用,约束区混凝土仍能承受荷载的继续增加,其轴向荷载逐渐增值至第2峰值;加载末期,试件的纵向变形量高达40多mm,体现出很好的塑性。该试件采用的是复合箍,内箍由于过高的应力而被拉断,外箍并未断裂甚至没有明显外鼓。

2.2 试件破坏形态

在试件破坏的过程中,大致会形成3种破坏形态(见图2所示):以竖向开展为主的竖向裂缝;一部分裂缝斜向发展,与试件中部出现的水平裂缝相互连通,形成X形或H形裂缝;斜向开裂形成的斜向裂缝。中等、高约束混凝土试件破坏过程中,以斜向开裂为主,低约束混凝土试件则以前两种裂缝形态为主。

2.3 箍筋强度的影响

图3为箍筋屈服强度对约束混凝土的应力-应变曲线的影响。由图形对比可知:虽然箍筋形式和箍筋间距不同,但是箍筋屈服强度的提高并未对约束混凝土应力-应变曲线的比例上升段产生显著影响,但能在一定程度上提高了混凝土的极限承载力。图3(a)中,采用高强箍筋的试件(A'),其下降段更为平缓,且应变达到2%后应力不再下降。图3(b)中,采用高强箍筋的试件(B'),其应力-应变曲线达到第1峰值经一水平段后,又开始上升,直至第2峰值后才逐渐下降,且第2峰值应力高于第1峰值。随后,荷载继续增加,直至箍筋断裂,整个破坏过程体现出很好的强度和延性性能。图3(c)和图3(d)中,箍筋强度的提高可以显著改善混凝土的延性性能,由于高强箍筋的直径更细,在满足更高的延性要求的同时还能节约钢材。

高强箍筋在改善混凝土的延性性能方面体现出了普通强度箍筋所不具有的优势。这是因为在曲线的上升段,混凝土还未开裂,横向变形较小,箍筋对混凝土的约束效果还不明显;而在曲线的下降段,由于混凝土开裂,横向变形加大,箍筋的约束作用得到发挥,高强箍筋较普通强度箍筋在屈服前能提供更高的约束力,故能较好地改善混凝土的延性性能。

3 结论

(1)箍筋屈服强度对约束混凝土延性性能的影响大于其对强度的影响。约束较差的试件达到峰值强度时高强箍筋不能屈服,箍筋应力仅为其屈服强度的40%左右。

(2)只有约束较好的试件达到峰值强度时,高强箍筋的强度优势才能得到充分发挥。要想使高强箍筋的约束效果充分发挥,建议体积配箍率在采用普通箍筋形式时不宜小于2.8%,采用复合箍时不宜小于2.5%。

(3)高强箍筋较普通强度箍筋在屈服前能提供更高的约束力,能较好改善混凝土的延性性能。

参考文献

[1]阎石,肖潇,张日果.高强钢筋约束混凝土矩形柱的抗震性能试验研究[J].沈阳建筑大学学报:自然科学版,2006,22(1):7.

[2]Mander J B,Priestley M J N,Par k R.Theoretical Stress Strain Behavior of Concrete[J].Journal of Structural Engineering,ASCE,1988,114(8):1245-1249.

[3]楚留声.高烈度区型钢混凝土框架-钢筋混凝土简体混合结构体系抗震性能研究[D].西安:西安建筑科技大学,2008.

高强混凝土 篇5

关键词：高强机制砂泵送混凝土 混凝土配合比设计 施工质量控制

中图分类号：tu37 文献标识码：a 文章编号：

当前，建筑业的快速发展促进了建筑项目的非常复杂，同时对于混凝土的需求量也在不断的提升，从而促进了砂石用量的增加，因此，经过多年的天然砂开采活动使得天然砂的质量受到了一定的影响，尤其是在自然条件有限的地区如贵州地区，天然砂资源严重匮乏，如果继续使用天然砂则会导致施工成本的增加。由于建筑行业的快速发展对混凝土的需求量不断提升，必须要通过有效的措施对人工砂的质量进行有效的控制，然后将其作为天然砂的替代品应用到建筑工程中，因此必须要对机制砂的质量进行有效的控制，才能保证高强机制砂泵送混凝土配比的科学性。

一、机制砂的基本特征

由于岩石类型不同以及受到破碎机械运行的影响，在机制砂的运

行制作过程中，其物理特性也会由于受到不同因素的影响而产生变化，如配级、粒形、石粉含量等都会产生不同程度的影响，而且会对混凝土的性能产生重要的影响。一般机制砂混凝土不好泵送，经常容易出现堵管、爆管等现象，而导致现场施工中断，影响混凝土连续施工及质量。由于是通过机械设备制成，所以机制砂的颗粒通常都具有棱角，而且会存在着较多的针片状颗粒，机制砂的表面较为粗糙，为了保证其适应性，所以与碎石或者其他热学性能一致的岩母进行混合，能够体现出更好的施工效果。机制砂本身也存在着一定的不足，比如机制砂配级不足的问题，在机制砂中所含有的不同比例的石粉对于混凝土的性能也会产生一定的影响。当前，在机制砂应用的过程中，对于石粉的应用比例有着不同的要求，一方面不能将石粉与含泥量混为一谈，因为二者在热学性能方面有着不同的特性；另一方面需要对含有石粉的机制砂进行严格的检查，才能对机制砂的质量进行有效的控制，这样才不会造成资源的浪费，以此来达到要求的质量。

二、机制砂中的石粉对混凝土性能的影响

石粉对于机制砂的性能有着较大的影响，因此对于石粉的研究已经成为了当前机制砂质量研究中一项重要的工作。机制砂的颗粒相对较为均匀，而且形状粗糙、尖锐，表面较为粗糙，与自然界中的天然砂相比，机制砂在进行混凝土的配比时对于水的需求量更大，而且容易产生离析沁水的现象，尤其是针对一些高强度混凝土的配比设计中影响更为明显。如果在混凝土的机制砂中含有过量的石

粉，就会对混凝土的质量产生不利的影响，但是如果石粉含量适当，则有利于混凝土性能的提高。在混凝土配比过程中，如果含有适量的石粉能够提升混凝土的密实性，对混凝土的综合性能都能产生重要的影响。

1.石粉对于混凝与工作性能的影响。在相关的研究资料中可以看到，在机制砂中的石粉含量越大，则混凝土的需水量也随之不断增加，这与混凝土自身的性能似乎是相反的。但是如果在机制砂中含有过量的石粉，就会对混凝土的保水性和粘聚性产生影响。如果石粉的含量较为适中，则能够填补混凝土混合中产生混合物界面间空隙，而且有利于混凝土的成型，促进混凝土工作性能的提升与完善。尤其是在高强度混凝土的配比中，这种提升作用更为显著。

2.石粉对混凝土力学性能的影响。当前，很多专家都开展了大量关于石粉对混凝土力学性能影响的相关研究，在相同的水灰比例影响下，机制砂混凝土的抗压强度有着不同的影响。当机制砂中的石粉含量为7%时，运用机制砂搅拌的混凝土相比天然砂混凝土的强度更高。而在同样的条件下，使用机制砂混凝土替代天然砂混凝土运用到建筑工程中，具有更高的混凝土强度，在混凝土质量控制方面也更加有效。

3.石粉对混凝土长期耐久性的影响。适量的石粉可使机制砂混凝土具有很好的粘聚性和保水性，改善了离析泌水现象，石粉填充了混凝土内部各种材料界面间的空隙，使水泥石结构和界面结构更为致密，阻断了可能形成的渗透通路，使混凝土的抗渗性得到改善。

大量研究表明，采用高石粉含量机制砂拌制的混凝土，抗渗性能、抗冻性能会有所提高。

三、高强机制砂混凝土质量控制

在建筑工程中使用的混凝土通常都是高强度混凝土，其具有较强的抗震性和抗腐蚀的要求，所以需要在施工时通过多次的配比试验，才能获得理想的配合比。同时需要注意以下几个方面的质量控制措施：

1.严格控制机制砂的生产质量。在建筑工程施工中使用的机制砂，需要以混凝土应用的方式运用到实际的工程中，为了对混凝土质量进行有效的控制，一方面要在生产时进行严格的分拣；另一方面要严格控制生产技术，加强对机制砂生产质量的检验。

2.对于外购的机制砂质量要严格的控制。有时为了满足工程的施工要求，需要从地方进行机制砂的采购，在进行机制砂采购时要保证石料厂相关的技术要求和生产资料都符合要求。同时负责采购的人员也要严把质量关，不符合施工质量和技术标准的材料禁止进入到施工现场。

3.对机制砂混凝土的配比设计进行不断的优化。为了使机制砂需水量更大的问题能够得到有效的缓解，需要按照不同的施工要求对其配合比进行优化，同时对混凝土的搅拌和振动进行必要的加强，减少由于控制不当所引起的沁水现象，尤其是对于坍塌度较大的混凝土结构施工，更需要对混凝土的粘聚性和流动性进行必要的控制，从而保证机制砂混凝土的质量。为了保证结构物的可靠性，在设计高强混凝土配合比时，必须考虑到工程的性质、特点以及所处的环境要求，合理地设计混凝土配合比，才能满足高强混凝土的强度要求。为了提高高强混凝土的抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化性等性能，要求高强混凝土具备高耐久性，以保证结构物除能安全承受荷载外，还具有在所处自然环境及使用条件下保持原有性质的能力。

结束语：

随着市场经济的不断发展，建筑行业已经逐渐发展成为我国国民经济发展的支柱性产业，与此同时，建筑领域内各种新型的建筑结构和建筑材料也受到了越来越多的关注，高强机制砂泵送混凝土的应用已经成为了建筑领域中一个新兴的环节，如何有效的控制机制砂混凝土的质量已经成为了人们普遍关注的重点问题。基于此，本文主要分析了高强机制砂泵送混凝土配合比设计以及质量的相关问题，以期能够为混凝土工程的发展提供可行性建议。参考文献：

[1]杨玉辉,周明凯,赵华耕.ｃ８０机制砂泵送混凝土的配制及其影响因素[j].武汉理工大学学报,2005(08)

[2]郑春湖.机制砂泵送混凝土的应用试验研究[j].城市建设理论研究,2012(11)

[3]徐文良.机制砂及机制砂高强混凝土研究现状及存在的问题

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[4]陈嘉天,庄均,慈凤娥.机制砂高强水泥混凝土外观质量施工工

艺控制[j].城市建设理论研究,2012(24)

[5]项明军.机制砂混凝土在建筑施工的应用探讨[j].城市建设理论研究,2012(17)

高强混凝土 篇6

【关键词】钢骨高强混凝土;延性;抗震 ;施工

Ductility of high strength steel reinforced concrete column analysis and construction quality control

Fu Lin-lin1，Xie Jian-xue2

（1.Foster Wheeler （Hebei） Engineering Co.， Ltd. BranchShanghai200000;

2.Suzhou University of Science and Technology Department of Civil EngineeringSuzhouJiangsu215000）

【Abstract】For eight steel reinforced high-strength concrete columns under low cyclic loading tests conducted seismic performance， and integration of existing steel high strength concrete columns experimental research analyzes the axial compression ratio， volume stirrup ratio， shear span ratio and with steel rate and other parameters on the ductility of steel reinforced high-strength concrete columns influence and rule. Meanwhile binding assays and specific engineering practices proposed to improve the construction process the seismic ductility.

【Key words】Steel Reinforced High Strength Concrete;Ductility;Earthquake;Construction

1. 钢骨高强混凝土结构的特点

钢骨高强混凝土结构是在钢筋混凝土内部埋置型钢或焊接钢构件，并使钢骨与混凝土组合成为一个整体共同工作，而形成的一种组合结构。其特点如下：

1.1与钢筋混凝土结构相比，由于配置了钢骨，使构件的承载力大大提高，从而有效的减小了梁柱截面尺寸，尤其是抗剪承载力提高、延性加大，显著改善了抗震性能。

1.2与钢结构相比，钢骨高强混凝土构件的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲，提高构件的整体刚度，显著改善钢构件出平面扭转屈曲性能，使钢材的强度得以充分发挥。同时，外包混凝土增加了结构的耐久性和耐火性。

1.3钢骨高强混凝土结构比钢结构具有更大的刚度和阻尼，有利于控制结构的变形和振动。

（1）钢骨高强混凝土充分发挥了钢与混凝土两种材料的优点，在高层及超高层建筑中得到了广泛的应用，但到目前为止，国内外对其研究的成果多集中于构件的强度、刚度等方面，在施工方面经验不多，可供参考的资料很少。而施工现场的施工质量又严重影响着这种组合结构性能的充分发挥。

（2）同时高强混凝土具有高脆性，柱的抗震性能是关系到建筑物在地震作用下是否倒塌的关键，因此笔者对钢骨高强混凝土框架柱的抗震延性进行试验分析，并结合试验过程及具体的工程实践提出确保钢骨高强混凝土柱抗震延性的施工质量控制措施。

2. 试验概况及分析

2.1主要试件参数

本次试验所用试件的剪跨比λ=1.5 、2.0 两种，截面200mm×200mm ，含钢率为3.7% 。纵筋为416 ，配筋率ρs=1.62% 。箍筋采用直径为8@400  。高强混凝土抗压强度实测值范围为86.8～ 96.2 MPa， 试件中钢骨为热轧l12 ， 实测截面面积为1476mm2 。

2.2试验装置及加载制度。

试件采用简支梁式加载， 加载装置如图1。采用变幅变位移混合加载制度，如图2 所示，第一循环以开裂荷载控制， 正反向各加载1 次; 随后按屈服位移控制， 每一控制位移下水平荷载循环3 次， 直至水平荷载显著降低或试件不能稳定地承受预加的轴向荷载时， 停止试验，试件数据用动静态应变（应力） 测试分析系统采集. 试件的滞回曲线实时显示在计算机上。

图1加载装置简图

图2试验加载制度

2.3破坏特征分析

本次试验所用8 根钢骨高强混凝土试件的剪跨比1.5λ2.0 ，试验轴压比分别为0.55、0.50、0.45、0.40、0.35、0.30、0.25、0.10。研究较高轴压力作用下钢骨超高强混凝土短柱的抗震延性问题，试验表明，短柱处于压、弯、剪复合应力状态作用下， 受力极其不利， 破坏一般比较突然， 具体破坏形态表现为：

（1）剪切斜压破坏：本次试验剪跨比λ=1.5 的试件和大多数剪跨比λ=2.0 的试件发生了这类形式的破坏. 在横向荷载作用下， 在柱的受剪平面上首先出现沿加载点至试件支点的微细斜裂缝， 继而在反向荷载作用下， 反向亦出现斜裂裂缝， 形成交叉裂缝.随着荷载的增加和反复， 斜裂缝进一步发展并将试件分隔成许多斜压小柱体; 达到极限承载力之后，混凝土保护层剥落， 破坏面上的石子被击穿，导致试件破坏。

（2）剪切粘结破坏本次试验少部分剪跨比λ=2.0的试件发生了这类形式的破坏， 且有时与剪切斜压破坏同时发生. 这种破坏形态主要是由于钢骨两侧混凝土产生纵向劈裂所致.在反复荷载作用下， 首先出现沿加载点至试件支座的微细斜裂缝， 沿着柱两侧型钢翼缘位置的混凝土表面出现纵向劈裂粘结裂缝， 随着荷载的增加和往复， 这些裂缝逐渐扩展、贯通， 最后由于竖向劈裂粘结裂缝处混凝土被压溃， 试件抗剪承载力下降， 导致试件破坏。

2.4水平力——转角位移滞回曲线性态分析

对8 根钢骨高强混凝土短柱在低周反复荷载作用下进行了试验， 图3 、图4为轴压比为0.10和0. 50时试件的实测水平力——转角位移滞回曲线，曲线图形饱满，无明显的“捏缩”现象，吸能性能好，反映出钢骨高强混凝土柱具有很好的抗震性能。从图中可以看出如下特点：

图3水平力——转角位移滞回曲线1

图4水平力——转角位移滞回曲线2

（1） 构件的初始刚度随轴压比的增大而增大， 刚度随着循环次数的增加而降低。 水平荷载未达到峰值荷载前， 每一位移幅值控制下的3 次循环加、卸载曲线基本重合， 表明此时刚度变化不大; 水平荷载超过峰值后， 出现明显的刚度退化现象。

（2） 在相同条件下， 低轴压比试件的滞回曲线形状较为饱满呈梭形， 承受反复荷载的循环次数较多， 有较大的塑性变形和耗能能力， 而高轴压比的试件滞回曲线形状则相对狭窄， 循环次数也相对较少， 塑性变形和耗能能力也相应降低。

（3） 在相同条件下， 随着剪跨比的增大， 试件的滞回曲线更加平缓， 滞回环的形状趋于饱满， 极限变形能力也明显随之增加， 表明耗能能力更强;反之亦然。

3. 影响位移延性的因素分析

根据试验结果分析了轴压力系数、体积配箍率、剪跨比和配钢率等参数对钢骨高强混凝土柱位移延性的影响及规律如下：

3.1轴压比对延性的影响。

（1）图5是试验分析得到的轴压比与钢骨高强混凝土柱位移延性系数的关系曲线。它表明轴压比是影响混凝土柱抗震延性的主要因素之一。不仅能够影响高强混凝土短柱的破坏形态， 而且能够影响其变形能力、耗能能力及承载能力。

（2）随着轴压比的提高， 横向荷载达到峰值以后， 钢骨高强混凝土框架短柱的延性逐渐降低， 强度衰减的速率加快， 极限变形能力也相应降低， 且骨架曲线的下降段逐渐变得愈发陡峭.表明钢骨高强混凝土柱的位移延性系数随轴压力系数的增大而降低，但轴压力系数增加到0. 40 后延性的变化较小。

图5轴压比与延性系数的关系曲线

图6配箍率与延性系数的关系曲线

图7剪跨比与延性系数的关系曲线

3.2配箍率对延性的影响。

图6是试验分析得到的体积配箍率ρv 与延性系数的关系曲线，它表明了配箍率也是影响混凝土柱抗震延性的主要因素之一. 相同条件下， 提高配箍率可以明显改善钢骨高强混凝土短柱的滞回特性和抗震延性.随着配箍率的提高， 试件的变形能力和延性有了明显改善; 同时试件的受剪承载力也有不同程度的提高.试件的延性随体积配箍率的提高而增大， 随体积配箍率的减小而降低。

3.3剪跨比的影响。

剪跨比（ λ=M/Vh0）反映了截面上弯曲正应力和剪应力的相对关系， 剪跨比对柱子延性的影响不可忽视.是决定框架柱延性破坏还是脆性破坏的主导因素. 由理论推导和结合国内、国外试验结果可知，破坏形态与剪跨比的关系大致可按如下划分：当λ1.5  时，发生斜压破坏; 1.5λ2.5  时， 发生剪切粘结破坏; λ2.5时，发生弯曲破坏.图7 是试验分析得到的剪跨比与位移延性系数的关系曲线.分析结果表明， 随着剪跨比的改变，钢骨高强混凝土柱的破坏形态将发生改变，从而使柱子的延性发生较大变化，位移也发生较大改变.当 时，钢骨高强混凝土柱的延性系数随剪跨比的增加而提高，但当 当时，随着剪跨比的增加钢骨高强混凝土柱位移延性系数反而降低。

图8焊接顺序

3.4含钢率的影响。

含钢率ρss 是指钢骨高强混凝土构件内钢骨截面面积Ass  与构件全截面面积 A的比值. 试验数据表明当其它参数不变，含钢率从3.01%增加到6.37% ，位移延性系数由2.9 增加到4.32，可见增加含钢率在一定范围内可显著地提高延性系数.说明了钢骨高强混凝土构件的延性随含钢率的增加而增加，抗震性能随含钢率增加而改善，其承载能力也随含钢率的增加而增加。

3.5强度对延性的影响。

混凝土强度的变化能够显著影响柱的抗震延性. 相同条件下， 混凝土强度的提高可以明显降低钢骨高强混凝土短柱的滞回特性和抗震延性。

4. 提高钢骨高强混凝土柱延性的施工工艺

施工现场的施工质量严重影响着这种组合结构性能的充分发挥，笔者结合工程的调查分析对组合结构中钢骨柱施工质量的缺陷及原因进行分析， 结果显示钢骨高强混凝土柱施工质量缺陷主要表现在焊接质量差、H 型钢柱不垂直、纵向产生弯曲、钢牛腿标高出现偏差四个方面。其中焊接质量差、H 型钢柱不垂直，是影响钢骨高强混凝土柱延性的主要原因。为此我们提出如下改进工艺：

图9拼装模架

4.1提高焊接质量的施工工艺措施。

（1）焊接前应先进行工艺试验，以取得最佳工艺系数，达到工艺合格、质量可靠和降低成本的目的。

（2）在焊接时改手工焊为采用ZXGI000R自动埋弧焊机，焊接时在其焊缝的两端配置引入板、引出板，做到引入板、引出板与被焊件的坡口形式相同，其长度大于60 mm ，宽度大于50 mm ，焊缝引入、引出的长度大于25 mm ，焊缝焊接完毕后用气割割除，并修磨平整。

（3）焊接时在专用的焊接胎膜上作全自动埋弧焊，按焊接工艺要求的焊接顺序进行施工，减少焊接变形。焊接顺序见图8 。

（4）施焊时，每条焊缝原则上要连续操作完成，不得不在T 字口和构件边缘停弧或换焊条时，施焊后的焊缝应立即覆盖岩棉材料给予保温，延长焊件降温时间。

（5）配置超声波探伤人员跟班检查焊接质量，不合格者应及时返修。

4.2减少焊接变形的方法。

（1）采用拼装模架将H 型、十字型钢板拼装成型，拼装模架如图9所示。

（2）拼装后的几何尺寸经检验合格后进行定位点焊，定位点焊的焊缝长度为60 mm ，焊缝的间隔为200 mm ，焊缝高度为6 mm。

（3）对埋弧焊电流、电压、焊接速度参数进行监控，电流：600 A～650 A ，电弧电压：35 V～38 V ，焊接速度： 0. 42 m/ min。

（4）为防止受热不均匀造成过大变形，施焊前应进行预热，预热区域应在焊缝的两侧各100 mm ，使其产生相应的反变形。

（5）划线下料应考虑焊接收缩量，以满足组焊成型后设计尺寸，使吊装就位后保证柱顶、孔眼标高一致。

5. 结语

（1）影响钢骨高强混凝土柱位移延性系数的主要因素有构件的轴压比、体积配箍率、剪跨比、配钢率和混凝土强度。

（2）钢骨高强混凝土柱的位移延性系数随轴压比的增大而降低，但轴压比增加到0.40 后位移延性的变化较小;随体积配箍率的增加而提高，但配箍率增加到1.9%后位移延性的增长减缓。含钢率在一定范围内可显著地提高延性系数。

（3）由于构件试验本身的离散性较大及样本数量相对较少，造成了某些试件的回归值与实验值偏差较大;此外钢骨高强混凝土柱的混凝土保护层厚度以及配箍形式等也是影响延性的因素之一。

（4）钢骨高强混凝土组合结构是钢与混凝土的优点结合，是建造高层与大跨度结构较好的途径，在我国具有广阔的前景， 施工现场的施工质量严重影响着这种组合结构性能的充分发挥，探讨它的施工方法和施工工艺具有深远的意义。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准. 钢骨混凝土结构设计规程YB 9082-97[S]. 北京： 冶金工业出版社， 1998.

[2]中华人民共和国国家标准. 混凝土结构设计规范GB50010 - 2010[S]. 北京： 中国建筑工业出版社， 2010.

[3]贾金青， 钢骨高强混凝土短柱轴压力系数限值的试验研究[J]. 建筑结构，2003 ，24 （1） .

（3）焊接时在专用的焊接胎膜上作全自动埋弧焊，按焊接工艺要求的焊接顺序进行施工，减少焊接变形。焊接顺序见图8 。

（4）施焊时，每条焊缝原则上要连续操作完成，不得不在T 字口和构件边缘停弧或换焊条时，施焊后的焊缝应立即覆盖岩棉材料给予保温，延长焊件降温时间。

（5）配置超声波探伤人员跟班检查焊接质量，不合格者应及时返修。

4.2减少焊接变形的方法。

（1）采用拼装模架将H 型、十字型钢板拼装成型，拼装模架如图9所示。

（2）拼装后的几何尺寸经检验合格后进行定位点焊，定位点焊的焊缝长度为60 mm ，焊缝的间隔为200 mm ，焊缝高度为6 mm。

（3）对埋弧焊电流、电压、焊接速度参数进行监控，电流：600 A～650 A ，电弧电压：35 V～38 V ，焊接速度： 0. 42 m/ min。

（4）为防止受热不均匀造成过大变形，施焊前应进行预热，预热区域应在焊缝的两侧各100 mm ，使其产生相应的反变形。

（5）划线下料应考虑焊接收缩量，以满足组焊成型后设计尺寸，使吊装就位后保证柱顶、孔眼标高一致。

5. 结语

（1）影响钢骨高强混凝土柱位移延性系数的主要因素有构件的轴压比、体积配箍率、剪跨比、配钢率和混凝土强度。

（2）钢骨高强混凝土柱的位移延性系数随轴压比的增大而降低，但轴压比增加到0.40 后位移延性的变化较小;随体积配箍率的增加而提高，但配箍率增加到1.9%后位移延性的增长减缓。含钢率在一定范围内可显著地提高延性系数。

（3）由于构件试验本身的离散性较大及样本数量相对较少，造成了某些试件的回归值与实验值偏差较大;此外钢骨高强混凝土柱的混凝土保护层厚度以及配箍形式等也是影响延性的因素之一。

（4）钢骨高强混凝土组合结构是钢与混凝土的优点结合，是建造高层与大跨度结构较好的途径，在我国具有广阔的前景， 施工现场的施工质量严重影响着这种组合结构性能的充分发挥，探讨它的施工方法和施工工艺具有深远的意义。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准. 钢骨混凝土结构设计规程YB 9082-97[S]. 北京： 冶金工业出版社， 1998.

[2]中华人民共和国国家标准. 混凝土结构设计规范GB50010 - 2010[S]. 北京： 中国建筑工业出版社， 2010.

[3]贾金青， 钢骨高强混凝土短柱轴压力系数限值的试验研究[J]. 建筑结构，2003 ，24 （1） .

（3）焊接时在专用的焊接胎膜上作全自动埋弧焊，按焊接工艺要求的焊接顺序进行施工，减少焊接变形。焊接顺序见图8 。

（4）施焊时，每条焊缝原则上要连续操作完成，不得不在T 字口和构件边缘停弧或换焊条时，施焊后的焊缝应立即覆盖岩棉材料给予保温，延长焊件降温时间。

（5）配置超声波探伤人员跟班检查焊接质量，不合格者应及时返修。

4.2减少焊接变形的方法。

（1）采用拼装模架将H 型、十字型钢板拼装成型，拼装模架如图9所示。

（2）拼装后的几何尺寸经检验合格后进行定位点焊，定位点焊的焊缝长度为60 mm ，焊缝的间隔为200 mm ，焊缝高度为6 mm。

（3）对埋弧焊电流、电压、焊接速度参数进行监控，电流：600 A～650 A ，电弧电压：35 V～38 V ，焊接速度： 0. 42 m/ min。

（4）为防止受热不均匀造成过大变形，施焊前应进行预热，预热区域应在焊缝的两侧各100 mm ，使其产生相应的反变形。

（5）划线下料应考虑焊接收缩量，以满足组焊成型后设计尺寸，使吊装就位后保证柱顶、孔眼标高一致。

5. 结语

（1）影响钢骨高强混凝土柱位移延性系数的主要因素有构件的轴压比、体积配箍率、剪跨比、配钢率和混凝土强度。

（2）钢骨高强混凝土柱的位移延性系数随轴压比的增大而降低，但轴压比增加到0.40 后位移延性的变化较小;随体积配箍率的增加而提高，但配箍率增加到1.9%后位移延性的增长减缓。含钢率在一定范围内可显著地提高延性系数。

（3）由于构件试验本身的离散性较大及样本数量相对较少，造成了某些试件的回归值与实验值偏差较大;此外钢骨高强混凝土柱的混凝土保护层厚度以及配箍形式等也是影响延性的因素之一。

（4）钢骨高强混凝土组合结构是钢与混凝土的优点结合，是建造高层与大跨度结构较好的途径，在我国具有广阔的前景， 施工现场的施工质量严重影响着这种组合结构性能的充分发挥，探讨它的施工方法和施工工艺具有深远的意义。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准. 钢骨混凝土结构设计规程YB 9082-97[S]. 北京： 冶金工业出版社， 1998.

[2]中华人民共和国国家标准. 混凝土结构设计规范GB50010 - 2010[S]. 北京： 中国建筑工业出版社， 2010.

高强混凝土 篇7

随着建筑物层数的增多、桥梁跨度的增大和建筑物环境的恶化,不仅要求混凝土强度高,而且要求混凝土密度低。轻质高强混凝土具有重量轻、强度高和耐久性好等特点,具有良好的隔热保温性能,是目前世界混凝土技术的发展方向之一[1]。

美国、日本、德国和加拿大等国家十分重视轻质高强混凝土的研究与应用,Zhang[2]等配制了抗压强度100MPa、密度为1865kg/m3的轻质高强混凝土。Berra[3]等配制出抗压强度60MPa、密度1700kg m3以下用于海洋工程的轻质混凝土。Mor[4]等人对轻质高强混凝土的力学性能及硅灰对轻质高强混凝土的粘结强度的影响等进行了系统研究,并配制出抗压强度为69MPa的轻质混凝土。在我国,轻质高强混凝土近几年发展较快,张华英[5]通过正交试验配制出抗压强度超过50MPa、表观密度1950kg/m3的陶粒轻质高强混凝土。黄昱霖[6]以低成本为目标配制出28d抗压强度超过60 MPa、表观密度为2025 kg/m3的大流动度陶粒混凝土。

轻质高强混凝土的配制,关键在于轻骨料的选取。常用的轻质集料有:天然轻质集料(浮石)、烧结天然材料(陶粒)、热处理的工业废渣(膨胀矿渣)及有机材料(塑料)等,但这些轻骨料的质量都有待提高,配制的混凝土强度等级偏低且各组分密度差异较大,新拌的混凝土(特别是大流动混凝土)易出现分层离析现象,导致匀质性变差,进而影响施工质量。

本文采用高强再生轻骨料和轻质玻璃微珠,基于强度和密度的要求,采用体积法进行了高强轻质混凝土配合比设计,通过调整玻璃微珠的粒度、水泥品种及再生轻骨料掺量,成功配制出流动性大、匀质性好且比强度高的轻质高强混凝土。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

水泥为北京某公司生产的P·O 42.5级普通硅酸盐水泥;硅灰为挪威埃肯硅灰,灰白色球状粉末,W(SiO2)≈92%,平均粒径为0.2μm,比表面积为1.8×104m2/kg。

轻骨料采用北京某公司生产的玻璃微珠,粒度分别为0.1~0.3mm、0.25~0.5mm、0.5~1.0mm;粗骨料由破型后的轻质高强混凝土试块经破碎、筛分、烘干后制得。

减水剂为四川某外加剂有限公司生产的KJ-JS50聚羧酸型高效减水剂,棕红色液体,固含量为50%,减水率>30%。

1.2 试验方法

以坍落度、表观密度和抗压强度为指标对轻质高强混凝土的工作性能和物理力学性能进行评价。坍落度的测定按照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行;轻集料混凝土表观密度的测定按照JGJ 51—2002《轻集料混凝土技术规程》的试验方法进行;试验采用100mm×100mm×100mm的立方体模具成型,手工振捣,静置24h后脱模,在(20±2)℃的水中标养28d,按GB50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压强度测试。

2 控制指标

流动性:要求新拌混凝土的坍落度在100mm以上。

匀质性:无明显的集料上浮、泌水现象发生。

表观密度:控制在2000kg/m3以下。

抗压强度:要求28d抗压强度达45MPa以上。

混凝土比强度:︳(45/2400-σa/Va)/(45/2400)︳,其中,σa为3个试样抗压强度的算术平均值,Va为3个试样表观密度的算术平均值。

3 试验结果与分析

3.1 确定水灰比及减水剂掺量

玻璃微珠是碱石灰硼硅酸盐玻璃,内部为空心网状结构,几乎没有强度,在混凝土中可视为缺陷,但其质轻的优势可降低混凝土密度。由Abrams水灰比定则[7]可知,随着水灰比的增大,强度逐渐降低。因此,为保证配制的混凝土有较高的强度,水灰比取0.2。

不同粒度的玻璃微珠需水量不同,为获得较好的流动性,便于成型,经试验确定使用0.1~0.3mm粒度的玻璃微珠时,减水剂掺量取1.6%;使用其它粒度的玻璃微珠时,减水剂掺量取1.2%。

3.2 高强再生轻骨料

高强再生轻骨料取自破型后的玻璃微珠制备的高强轻质混凝土试块,将破型后的混凝土试块破碎成集料。通过破碎、筛分获得5~20mm的粗颗粒,作为高强轻质混凝土的粗骨料。再经200℃烘1d,可使颗粒失去自由水和结合水,进一步降低集料的表观密度。高强再生轻骨料的基本性能见表1。GB/T1743.1—2010《轻集料及其试验方法》中规定,堆积密度大于800kg/m3且小于等于900 kg/m3的人造轻粗集料,属于900级,且900级的高强人造轻粗集料的筒压强度应不低于6.5MPa,1h吸水率不大于10%。由表1可知,高强再生轻骨料满足GB/T1743.1—2010中对900级人造高强轻粗集料的要求。

3.3 配合比设计

从宏观上看,混凝土内部组份为砂浆(包括气孔)和粗骨料。按轻粗骨料取代总体积或玻璃微珠的体积进行计算,剩下的体积为砂浆体积。砂浆中的气孔含量按4%计算,其它组份为水、水泥及玻璃微珠。由于水化后总体积会减小,约为拌合水的12,故水的体积为拌合水的一半,水泥为其真实体积,玻璃微珠也为其真实体积,混凝土内不引入其它组份。由此可得出,水泥浆提供强度,在符合目标密度的前提下应尽可能多,玻璃微珠起到降低密度的作用。玻璃微珠的强度很低,在混凝土中可视作缺陷。为避免各粒度的玻璃微珠紧密堆积形成大的缺陷,玻璃微珠采用单粒级,并加强搅拌使其分散均匀。

试验采用的混凝土配合比计算方法如下:欲配制目标密度为P的混凝土,水的密度为1g/cm3,水泥的密度为3g/cm3,玻璃微珠的堆积密度(不同粒级的密度不同)P波,骨料的密度为1.56g/cm3,1L混凝土中,骨料掺入量VL,水灰比取0.2,硬化水泥浆中水质量计算为水泥的10%。设水泥质量为X,玻璃微珠质量为Y,根据体积和质量可分别获得式(1)和式(2)。

经计算可获得不同密度的混凝土配合比,见表2。配合比试验结果见表3。

注:硅灰取代量为胶凝材料质量的10%。

3.3.1 玻璃微珠对混凝土表观密度和强度的影响

从表3可以看出,随着玻璃微珠粒度的增加,混凝土表观密度减小,抗压强度降低,坍落度增大。特别是0.5~1mm粒度玻璃微珠的使用,会造成混凝土坍落度显著增加。对于A组试验,玻璃微珠粒度小,成粉末状,需水量大,易与水泥、硅灰、高强再生轻骨料形成紧密堆积,拌合物具有较高的粘聚性,故在减水剂掺量为1.6%时,坍落度值较低。同样因为拌合物粘聚性好,颗粒紧密堆积、密实程度高,A组试块的表观密度大、抗压强度高。B、C组使用0.25~0.5mm粒度的玻璃微珠,粒度分布较小,近似于均匀的圆形颗粒且表面光滑,良好的形貌效应使混凝土需水量降低。因此,配合比设计时,减水剂掺量取1.2%。C组与B组相比,水泥用量减少5.90%,玻璃微珠用量增加6.65%,混凝土表观密度降低4.56%,抗压强度降低3.66%,比强度增加1.96%。可见,玻璃微珠的掺量对混凝土的力学性能影响很大,应在体积法的指导下,合理调整玻璃微珠的掺量。D组使用0.5~1mm粒度玻璃微珠,混凝土坍落度显著增加,但抗压强度也明显下降,比强度较低。由于0.5~1mm粒度玻璃微珠粒径大且分布宽,较大的颗粒是混凝土的薄弱区,由此导致混凝土强度下降。

综上所述,玻璃微珠粒度的选择、掺量的确定对混凝土性能影响显著,作为混凝土中最薄弱的环节,配制轻质高强混凝土的关键就在于玻璃微珠的控制。此外,尽管体积法计算配合比较为粗放,计算的是各物料的绝对体积,事实上物料不可能达到理想的紧密堆积,故配制密度与目标密度有一定偏差。在体积法计算配合比的基础上进行试配,可减少试验次数,避免物料的浪费。

3.3.2 水泥对混凝土表观密度和强度的影响

水泥作为一种胶凝材料,其胶结能力的强弱直接影响混凝土的力学性能。因此,本试验选取四川某水泥公司生产的P·O 52.5级水泥、P·Ⅰ42.5级水泥与P·O 42.5级水泥进行对比,其中3种水泥的性能比较见表4,配合比为表3中的C组,试验结果见表5。

从表5可以看出,使用P·O 52.5级水泥和P·Ⅰ42.5级水泥的混凝土试块早期强度发展较快,后期增长缓慢。B2与B3组的1d强度分别是28d强度的73%和77%,与B1组相比,28d强度分别增长了9.4%和6.5%。由表5可知,P·O 52.5级水泥比较细,其标准稠度需水量大于P·O 42.5级水泥和P·Ⅰ42.5级水泥,以至于B2组混凝土拌合物很稠、很粘、不流动、测不出坍落度,成型采用手工夯击的方式。B2组混凝土成型更密实,表观密度增加。使用P·Ⅰ42.5级水泥的混凝土拌合物工作性较好,且在抗压强度测试后发现试块内部有很多分布均匀的微小气孔。由于这些微小气孔的存在,B3组混凝土的表观密度相对于B1降低了。这些微小气孔的产生可能有两个原因:(1)P·Ⅰ42.5级水泥中没有矿物掺合料;(2)P·Ⅰ42.5级水泥与使用的减水剂配合后,具有引气的效果。

3.3.3 高强再生轻骨料掺量对混凝土表观密度和强度的影响

采用表3中C组的基本配比,轻粗骨料掺量分别取0、10%、25%、40%,胶凝材料使用P·Ⅰ42.5级水泥,试验结果如图1。

由图1可知,随着再生轻骨料掺量的增加,混凝土的坍落度逐渐减小,工作性变差;混凝土28d抗压强度和表观密度均在再生骨料掺量为10%处出现峰值。混凝土的工作性逐渐变差是因为再生轻骨料经过烘干处理,其吸水性较强,随着骨料掺量增加,浆体中的水分损失增加,从而导致工作性变差。当再生轻骨料掺量大于10%时,混凝土的表观密度随再生轻骨料掺量增加而增加,28d抗压强度随再生轻骨料掺量增加而降低。这是因为高强再生轻骨料的亲水性强,能很快被润湿,集料表面很多裂缝会吸入新的水泥颗粒,使混凝土结构更加密实。同时,高强再生轻骨料在破碎、高温烘干过程中会产生一定的缺陷,随着集料掺量的增加,混凝土缺陷增多,因此,混凝土强度显著降低。在试验过程中也发现,混凝土受压沿高强再生轻骨料破裂。水泥凝结硬化是一个逐步发展的过程,随着龄期的增长,再生轻骨料中未完全硬化的水泥继续凝结硬化,发挥其活性作用,在一定程度上可促进混凝土强度增长。因此,掺入10%再生轻骨料的混凝土比没掺时的混凝土强度高。由于再生轻骨料的表观密度小于细骨料混凝土,故掺入10%再生轻骨料的混凝土表观密度下降。

4 结论

(1)采用高强再生轻骨料和玻璃微珠,利用体积法配制出了性能满足预定控制要求的轻质高强混凝土,所配制的轻质高强混凝土,28d抗压强度达到58.9MPa,表观密度为1520kg/m3。

(2)调节玻璃微珠的粒度可有效控制混凝土的表观密度,高强再生轻骨料的使用可进一步提高轻质混凝土的强度。因此,合理的调控玻璃微珠和高强再生轻骨料的掺量能够获得性能优异的轻质高强混凝土。

参考文献

[1]王剑.轻质高强混凝土的发展及影响[J].福建建材,2010(4):11-13.

[2]Zhang,M.H.and Gjory,O.E.Mechanical Properties ofHigh一Strength Lightweight concrete.ACI Materials Joural,Vol,88,No.3,1991:240-247.

[3]Berra,M.and Ferrara,G..Normal weight and Total-1ightweight High-Strength concrete.A comparative Experi-mental study[J].ACISP,1990(121-34):701-733.

[4]Mor,A.Steel concrete Bond in High-Strength Lightweightconcrete[J].ACI Materials Journal,Vol,89,1992:76-82.

[5]张华英.陶粒轻质高强混凝土的实验研究[J].佛山科学技术学院学报,2009(5):43-46.

[6]黄昱霖.低成本大流动度轻质高强页岩陶粒混凝土研究[J].新型建筑材料,2011:19-21.

高强混凝土的配制 篇8

关键词：强度,水胶比,泵送施工,坍落度损失

我国的高强混凝土起步比较晚, 直到80年代, 随着高层建筑与大跨度桥梁建设的普及, C60混凝土才日益广泛地在我国各地得到应用并正在向更高强度等级发展, 高强混凝土的配合比设计比普通混凝土更为关键。为了满足施工及泵送要求, 低水灰比和大坍落度的矛盾, 给高强混凝土的配制带来较大困难。本文根据实验研究成果不断探索总结, 取得了很好的成效。配制高强混凝土需要以下三个要素, 这三个要素是缺一不可的。

1) 高强混凝土必须优选原材料

2) 配合比必须通过实验进行验证

3) 施工必须加强管理, 严格质量控制

1 原材料的选择

1.1 水泥的选择

高强混凝土中选择水泥不能象制备普通混凝土以水泥标号为主要指标, 而需综合考虑与高效外加剂的相溶性及水泥标号两个方面。

通过初步试验认为, 高强混凝土水泥的用量差别不显著, 在配制高强混凝土时靠加大水泥用量提高混凝土强度不是很可取, 水泥用量存在一个界限的问题, 最佳水泥用量限值得进一步研究。制备C60以上高强度混凝土, 水泥的富余系数应大于1.10, 本实验中选择了冀东水泥厂生产的盾石牌P·O42.5水泥, 28天抗压强度为49.1MPa。

1.2 砂的选择

吉林市江砂的资源比较丰富, 其品质满足中砂Ⅱ区标准。细度模数2.6~2.8左右, 通过大量的实验发现砂的粗细程度对高强混凝土有明显的影响, 当混凝土胶结材总量、水胶比和砂率相同时, 砂细度模数越大混凝土强度越高。关于混凝土中用砂细度模数与混凝土强度之间的关系见图1。

其中实验用的配合比为:

水泥400kg;粉煤灰:140kg;水胶比:0.30;砂率40%;碎石:5~25mm。

1.3 碎石的选择

选用碎石其岩石抗压强度应大于混凝土设计强度等级的1.3-1.5倍。大量实验发现, 针状、片状物在混凝土强度中的比例变化将影响混凝土强度的变化, 其关系如图2、图3。

选择高强泵送混凝土, 宜选用级配好基本粒形好的石子, 它会增大混凝土的和易性, 减少水用量和水泥用量。

本实验中选择的吉林市市政碎石厂的碎石, 粒径5-20mm, 针片状含量2.7%, 压碎指标6.8%, 岩石抗压强度96.5MPa。

1.4 粉煤灰的选择

选用长春热电二厂的Ⅰ级粉煤灰, 见表1。

通过0.045的方孔筛, 筛余量5%。

1.5 外加剂的选择

高强混凝土的配制需要外加剂具有高的减水率, 减水率应≥20%, 才能使混凝土的水胶比满足强度和泵送的要求, 选择FDN和MG两种外加剂配合使用, FDN掺量1%, MG掺量0.26%, 外加三乙醇胺0.04%, 代号为:FML-1型外加剂, 掺量在1.2%~1.4%之间。取得了比较好的效果。

2 试配

通过进一步试验, 确定了各指标在混凝土中的用量与混凝土强度的关系, 得出结论, 用吉林市本地原材料配制高强混凝土, 胶凝材料用量及砂率应在如下范围内选择:

◇水泥用量宜在450-550kg/m3之间;

◇粉煤灰取代量宜在5%~15%之间;

◇砂率宜在35%~39%之间。

通过大量实验初步确定11组配合比做为进一步分析、总结、试验的基础, 见表2。

3 分析

这11组配合比中的S1组和S2组的对比实验中胶凝材料的总量一样, 水灰比和砂率的差异导致了混凝土坍落度的差异, 最终强度变化不大。S3、S4配合比相差不大, 最终强度也相差不大, 只是坍落度小些。S5、S6强度是由于水灰比的不同而拉开的。S7、S8需通过减水剂的变化, 控制水灰比保证强度。S9、S10差别不大。S11由于施工泵送原因及经济等方面的考虑, 进行相对调整。对上述11组配比进行了进一步的实验。细节不再赘述, 调整结果见表3。

最终选择:S2’、S3’、S6’、S8’、S9’做为比较配合比进行验证。最终确定S2’、S3’配合比可以应用在C50混凝土施工中;S6’可以应用于C55的施工当中;S8’、S9’可以应用于C60、C65混凝土施工当中。

由于吉林地区施工工程的限制, 现S6’配合比已成功应用于C55地下柱及墙壁的施工当中, S8’配合比已应用到C60工程施工中, S9’按C60配合比应用于工程中, 实际强度均达到74MPa左右, 由此推断S9’配合比在实际应用中应按C65进行使用, 由这批实验取得的成果在吉林市第一建筑工程股份有限公司所施工的工程中均取得了良好的效果和可观的经济效益。

4 结语

1) 配制高强混凝土对原材料的要求比较高, 应该在施工中争取优选。

2) 对外加剂要求比较高, 既要与水泥有良好的相容性, 又要有大的减水率。保证坍落度的同时经时损失较小。

3) 高强不是完全靠加大水泥量来取得。

4) 掺和料的性能, 对混凝土的强度以及各方面性能影响很显著。

5) 通过限制用水量, 控制水胶比, 掺入细度合适的一定的复合掺合料, 采取高效减水剂等措施, 可使混凝土获得较高的强度, 并保证泵送和大流动性施工的要求。

参考文献

[1]JGJ 55-2011普通混凝土配合比设计规程

高强混凝土的发展及应用 篇9

关键词：高强混凝土,发展和应用,发展前景

高强混凝土 (High Performance Concrete, 简称HPC) 全方位地改变了混凝土的工作概念。它的概念是相对的, 是与当前混凝土技术的一般水平比较而言的。我国吴中伟院士认为:HPC是一种新型高技术混凝土, 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, 选用优质原材料, 在严格的质量管理条件下制成的[1]。美国混凝土学会363 (高强混凝土) 委员会现行的定义为:“设计强度等于或高于41 MPa, 且不包括应用非常规材料和技术制得的混凝土。”因此, 高强混凝土的下限是41 MPa[2]。从我国现今的结构设计和施工技术水平出发, 同时考虑混凝土材性的变化, 一般认为将强度等级不小于C50的结构混凝土称为高强混凝土[3]。

1 性能研究和技术简况

1.1 性能特点

1) 强度高, 变形小, 使用于大跨、重载、高耸结构。2) 流动性大, 早期强度高。3) 耐久性和抗渗、抗冻性好, 能承受恶劣环境条件考验, 使用寿命长。4) 重量轻, 节材效果显著。5) 能缩短加载龄期, 并承受大的预应力, 且预应力损失小。

1.2 技术研究概况

早在1940年日本用高压脱水法, 制得水灰比小的混凝土, 抗压强度达100.0 MPa以上[2]。在加拿大和美国等国家的大学, 研究高强混凝土结构的比较多, 研究主要集中在钢筋混凝土结构的不同纵筋含量和配箍率对于混凝土结构的强度和延性的影响上。

我国于1960年前后曾用立方体强度达100 MPa的混凝土在北京建造成跨度18 m的预应力屋架。20世纪70年代清华大学研制出抗压强度为100 MPa的高强混凝土, 并施工了80 MPa的混凝土[5]。我国在20世纪70年代初就开始了对现代高强混凝土 (掺加高效减水剂的高强混凝土) 的研究。1980年后, 清华大学土木工程系和海军工程设计局成功地将坍落度为15 cm, C70～C75高强混凝土用于大型拱形防护门工程[6]。清华大学的陈肇元教授、大连理工大学的赵国藩教授, 以及重庆建筑大学和沈阳建筑工程学院等院校的研究人员对于高强混凝土柱的抗震性能作了大量的研究工作, 并作了大量的试验, 这些试验大多集中在混凝土强度、轴压比、配箍率等因素对构件延性的影响[6]。深圳市安托山混凝土有限公司2005年完成的《高强高性能混凝土在工程实践中的应用》项目, 第一次不用硅灰, 采用粉煤灰和聚羧酸等外加剂等材料, 在常规工艺条件下, 配制出了强度高、工作性能优异, 体积稳定性和耐久性良好的C80高性能混凝土, 并成功地应用于直接外露的结构构件中。这些科研探索为高强混凝土的实际应用奠定了很好的基础[7]。

2 国内外应用与发展

2.1 应用领域

基于高强混凝土的优点, 其应用范围很广, 目前主要在以下工程领域应用[4]:1) 桥梁工程。2) 高层建筑。3) 混凝土制品。4) 水利水电工程。5) 港口和海洋工程。6) 其他领域。

2.2 国外高强混凝土的应用概况

美国的高强混凝土应用领先其他工业发达国家, 其中芝加哥市尤其突出, 20世纪70年代前后兴建起大量高层建筑, 大部分是以高强混凝土作为结构受力材料。

加拿大多伦多市56层大楼也用了高强混凝土, Sherbrooke市60 m跨的人行桥的混凝土抗压强度为350 MPa[8]。

日本在20世纪40年代制出的混凝土的抗压强度就曾达到100 MPa, 但出于抗震要求, 建筑规范规定的强度等级较低, 一般不超过C60。其修建的20世纪跨度最大的双层悬索桥——明石海峡大桥结构工程使用的就是HPC[1]。

法国Catenom核电站2 000多根预制预应力梁的混凝土抗压强度约为250 MPa[8]。

马来西亚吉隆坡的石油大厦 (1998年建成) 高达452 m, 为世界上第二高的建筑物[9], 使用的就是高强混凝土。

德国现行的混凝土结构设计规范已达C110级, 强度等级为当今世界之最。

挪威为目前世界上强度等级第二高的混凝土结构设计规范, 已有C105级超高强混凝土结构设计规范。目前应用超高强混凝土最好的国家是挪威。

2.3 国内高强混凝土的应用概况

我国首次用高强混凝土的建筑是“毛主席纪念堂” (1977年) , 全部混凝土结构采用60.0 MPa的高强混凝土[2]。

近年来, 由于高标号水泥和高效减水剂的研制和生产, 为普通条件下配制高强度混凝土提供了有利条件, 促进了高强混凝土的研究和在实际工程中的应用。但我国高强混凝土在多数地区应用还较少, 在较发达地区的高层建筑、大跨桥梁、海上建筑等应用较多。C50以上的高强及C80以上超高强高性能混凝土仅在经济发达的城市或地区的推广应用较为普及。但在国内实际工程中混凝土强度最高达到C130。

3 发展方向

3.1 超高强混凝土

超高强混凝土并没有明确的定义, 在此认为强度等级超过C100的为超高强混凝土。在我国, C100以上的超高强混凝土已经在重要工程中开始使用, 国外已经在实验室中配制出了抗压强度超过800 MPa的超高强混凝土, 并正在研制1 000 MPa的极高强混凝土[10]。已有的研究成果如下:清华大学曹峰等剔除普通混凝土中的粗骨料以提高匀质性, 同时在水泥基体中复合使用粉煤灰、硅粉和高效减水剂并掺加微细钢纤维以增强韧性和延性, 配制出流动性良好的混凝土, 抗压强度达到230 MPa, 抗折强度50 MPa。重庆建筑大学蒲心诚按常规工艺制成28 d抗压强度为117 MPa的超高强混凝土, 后又采用“普通525号水泥+超高效萘系减水剂+硅灰+低水灰比”的技术路线制得坍落度240 mm以上, 28 d抗压强度100 MPa以上的超高强混凝土。目前, 用类似的技术路线已经能制得抗压强度达150 MPa的混凝土[10]。

3.2 高强纤维混凝土

超高强混凝土的研究、应用和推广可以减少结构构件尺寸、有效减轻构件和结构自重, 对发展高耸结构、高层结构有重要意义, 具有长期的综合经济性。但是高强混凝土的脆性及爆裂破坏性能已经严重限制了其进一步的发展应用, 研究发现通过掺入纤维可以明显改善其缺陷, 提高混凝土的抗弯抗冲击韧性, 进而提高超高强混凝土结构的抗动力破坏性能[11]。纤维又分天然纤维、人造纤维和钢纤维[3]。

钢纤维是一种高强高弹模金属纤维, 能明显提高混凝土的抗压、抗劈裂、抗折强度、提高混凝土的弯曲韧性和抗冲击性能。1963年美国学者J.P.Romualdi和G.B.Baston所提出的著名“纤维间距理论”认为, 钢纤维混凝土的开裂强度是由对拉伸应力起有效作用的钢纤维平均间距所决定的理论, 引起了广泛的重视, 从而促进了钢纤维混凝土的发展[12]。

聚丙烯纤维是一种强度高、密度小、不吸水、耐酸碱的新型高分子建筑材料。广东工业大学的苏健波、同济大学吴科如等研究了聚丙烯纤维混凝土的抗压、劈裂、抗拉强度等性能;东南大学的焦楚杰等对聚丙烯纤维——钢纤维混杂增强高强混凝土的弯曲性能进行了试验研究[10]。

3.3 高强纤维混凝土与普通混凝土的比较

在追求强度高的同时, 不能忽略混凝土的自重带来的影响。普通混凝土的质量密度为2 200 kg/ (kg·m-3) ～2 400 kg/ (kg·m-3) , 如果其密度太大, 其单位密度强度值 (fc/ρ) 将会大大降低。结构的自重大, 缩减了结构的有效空间和净空, 限制了向更大跨度和高耸结构的应用, 并且在地震区还加大了惯性力和结构地震响应[3]。为了适应发展的要求, 势必要对结构混凝土材料加以改善以减轻自重。如1936年美国建造的旧金山——奥克兰海湾桥的桥面, 采用了高强轻质混凝土[13]。

4 结语

高强泵送混凝土施工技术 篇10

1 高强泵送混凝土的配制

1.1 高强泵送混凝土的配制原理

高强泵送混凝土的配制主要是解决强度高与混凝土可泵性好的这一矛盾。泵送要求混凝土拌合物能够提供一定水分在管壁上形成一层连续的润滑水膜,使泵送摩擦阻力减少。同时,要求混凝土拌合物有一定的稠度,在泵压力下不会发生组分分离产生堵泵现象。前一要求实际上是要求混凝土加足够的水,保持坍落度在15 cm以上。但高强度混凝土要求小水灰比能满足强度而尽可能少用水泥。要解决这一矛盾,关键要选择高性能的泵送型减水剂,并准确计算其掺量和级配良好的砂石料。

1.2 高强泵送混凝土配合比设计

1.2.1 确定配合比强度

日本建筑学会规定,龄期为28 d的混凝土配合比强度须满足以下要求:

高强混凝土:F≥Fc+T+1.646。

普通混凝土:F≥Fc+T+δ。

F≥0.7(Fc+T)+3δ。

其中,F为配合比强度(试配强度),MPa;δ为混凝土标准差;Fc为混凝土的设计标准强度,MPa;Fc+T为混凝土的气温修正度;T为混凝土的气温修正值。

1.2.2 确定水灰比

根据实际使用的材料,按几种水灰比进行试拌,求出其关系式,然后再用此关系式计算所需要的水灰比,若现场配制时,可以参考JASS5的公式计算:

其中,F为配合比强度,MPa;K为水泥强度,MPa。

确定水灰比还必须满足耐久性的要求,高强混凝土的水灰比最大值为0.65,普通混凝土的水灰比最大为0.70。

1.2.3 确定坍落度

影响混凝土坍落度的因素有混凝土的种类、使用材料、运输、基体混凝土的坍落度、浇筑等条件。除了这些施工经验,坍落度可按表1选用。

混凝土运输中的坍落度损失与运距和气温有关,因此选用高缓凝性的减水剂极为重要。一般可选用减水增塑型外加剂。

1.2.4 骨料的选择

对于拌制高强混凝土的泵送高度的混凝土,粗骨料的最大粒径与输送管道的管径之比以1∶4为宜。一般泵送混凝土可掌握在1∶3～1∶4,高强泵送混凝土以1∶4～1∶5为宜。细骨料宜采用中砂,其颗粒级配应在试验规程标准规定的二区范围之内。对于高石子用量的高强泵送混凝土,砂子通过0.315 mm的颗粒不宜大于10%。

1.2.5 砂率的选择和砂浆体积

根据掌握的情况,普通泵送混凝土的砂率一般控制在38%～40%,高强泵送混凝土砂率控制在36%～45%。水灰比的大小、外掺料的多少与砂率选择有很大的关系,可以用砂浆体积来控制,砂浆体积的大小与泵送混凝土的坍落度有关,一般按表2来控制。

1.2.6 确定单位用水量与单位水泥用量

获得规定的品质的混凝土范围内,应尽量降低用水量。根据水灰比和基体混凝土的坍落度不同单位用水量宜在150 kg/m3～190 kg/m3选择。确定了单位用水量,则根据水灰比,单位水泥用量也便确定了。求出的水泥用量必须满足单位水泥用量的最小值,高强混凝土为270 kg/m3,普通混凝土为250 kg/m3。泵送混凝土单位用水量太低,工作度变坏,泌水量加大,浇筑时易造成堵管,混凝土表面也容易出现蜂窝麻面。

1.2.7 基体混凝土的外加剂与泵送混凝土的泵送选择

基体混凝土的外加剂一般采用AE剂或AE减水剂。AE减水剂又分为标准型、缓凝型和促凝型三类,泵送剂分标准型和缓凝型两类。基体混凝土外加剂与泵送剂可按表3搭配使用。

2 泵送混凝土的制备

泵送混凝土的时间观念强,单位时间内拌制和运输的混凝土量必须连续均匀地满足泵送浇筑的速度要求,否则将会影响混凝土的施工质量和进度。因此,在混凝土的搅拌前要做好原材料的质量和数量储备以及机械设备及控制系统的完好状况的工作。

泵送混凝土是在预拌的坍落度为8 cm～12 cm的基体混凝土拌合物中,加入外加剂,经过二次拌和,使基体混凝土拌合物的坍落度顿时增加到12 cm～22 cm的混凝土。

各项工作准备就绪,可以开始搅拌混凝土。在搅拌过程中要注意防止外加剂特别是溶液的沉淀,搅拌时间要与规定搅拌时间相符,坍落度要经常抽查,由于砂中含水率变化,要注意经常调整配合比,石子料仓若使用的不是水洗石子,要间隔进行清仓。

3 泵送混凝土运输

1)搅拌车在装料前,必须倒净积水或其他废物。

2)必须先运送与混凝土配合比相同的水泥砂浆,其量以能全部湿润泵送管内壁为宜。

3)搅拌车在运输过程中,搅拌筒必须保持慢速转动,以减少坍落度损失,搅拌筒停转或转速太快,都会增大坍落度的损失。

4)搅拌车在运输途中以及卸料前,严禁任意加水,加水不但直接影响混凝土强度,而且破坏混凝土的和易性,在泵送时产生离析现象而堵管。

5)混凝土的运输时间指第一拌混凝土自搅拌机卸出至现场入泵时止的时间。混凝土的允许运送时间不宜超过所测得的混凝土初凝时间的1/2。

4 混凝土的泵送

4.1 泵位选择和泵管布置

混凝土泵的定位原则是:要保证周围混凝土运输车停靠及会车的场地,同时还要使泵机用水、用电方便,泵管的布置应符合“线路短、弯道少、接头密”的要求,同时要注意水平与垂直长度的关系,一般水平距离应大于垂直落差的3倍。

泵与垂直管之间应设置一段10 m～15 m的水平管以抵消反坠力的影响,并在混凝土泵出料口15 m处的输送管上加一个止流阀,泵送开始时,将止流阀打开,混凝土能顺利地输送,当混凝土暂停输送或混凝土出现倒流时,就及时予以关闭。

4.2 泵管的固定

1)在泵机前地面水平管段设置2个混凝土墩,泵管筑入一墩内,同时连接钢件将泵管与另一墩固定。2)混凝土在泵送过程中,管路中有较大的脉冲振动,故输送管道的支撑必须与模板、钢筋的支架分离,以防止泵送过程中振动引起模板和钢筋位置的变异,泵管也不得与模板、钢筋等直接接触。3)水平泵管要设置一定量的支撑点,以防止泵送混凝土时,因自重和脉冲振动引起泵管变形和接头连接损坏。4)为防止地面水平管转向垂直管处的90°弯管变形,应增加钢筋支撑以加固。

5 结语

实践表明,高强度混凝土只有经过严格的管理和控制,才能保证混凝土满足强度指标和泵送要求。为使混凝土满足强度要求,要严格控制混凝土原材料质量及施工配合比,使生产过程严格按技术要求进行;为使混凝土满足泵送要求,在混凝土浇筑前,要组织有关人员检查机械设备是否处于良好状态,浇筑过程中严格按照高强混凝土泵送工艺的规定进行,同时严格原材料的计量,尤其是水的称量,通过严格的现场管理,高强度混凝土泵送施工时才能够顺利实施。

参考文献

[1]吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社,1999.

[2]JGJ/T 10-95,混凝土泵送施工技术规程[S].