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8. 普通混凝土和高強混凝土的區別及應用
摘 要:商品混凝土自
被人們應用以來已有一百多年的歷史了。隨著人們生活水平的提高,工程材料質量以及施工技術水平都在逐漸提高。隨之而來的是人們對高強度與多性能商品混凝土
的需求。為滿足人們日益增長的需求,商品混凝土的強度與性能已有很大的發展。至今,商品混凝土可以分為三種,即普通商品混凝土、高強度商品混凝土和高性能
商品混凝土。普通商品混凝土與高強商品混凝土在建築結構中都發揮著重要的作用。分析總結了普通商品混凝土和高強商品混凝土各自的性能及應用領域,並對兩者
之間的強度、性能及應用領域范圍的不同做出了比較。
關鍵詞:普通商品混凝土;高強商品混凝土;區別;應用領域
商品混凝土
經歷了一百多年的發展,已成為了人們生產生活中不可或缺的材料。廣泛應用於建築、交通運輸等行業。以前人們只關注商品混凝土的強度,現在人們也更關注商品
混凝土的其他特性,商品混凝土的性能與耐久性受到了社會越來越多的關注。高強商品混凝土是隨著普通商品混凝土的廣泛使用過程發展起來的,第二次世界大戰
後,各國經濟繼續恢復,在此期間,多種超高層建築迅速崛地而起,高強商品混凝土也由此開始了廣泛應用與發展。
1 普通商品混凝土與高強商品混凝土的區別
1.1 普通商品混凝土與高強商品混凝土的結構區別
商
品混凝土結構包括素商品混凝土結構、鋼筋商品混凝土結構等。氣、液、固三者按照一定的比例混合,由於多種物理作用,三者在形態、數量上發生改變,從而構成
一定的空間結構關系,這就是商品混凝土結構的形成過程。現今我國的普通商品混凝土技術水平等級小於等於C40,而且目前我國對普通商品混凝土的應用大約占
百分之九十以上。對普通商品混凝土的結構和性能進行深入研究,有利於提高商品混凝土結構的質量。
高強商品混凝土的W/C比較低,需與高效減水劑混合。高強商品混凝土硬化後液面與固體的臨界層上會出現許多定向排列的氫氧化鈣晶體、鈣礬石以及孔隙。
1.2 普通商品混凝土與高強商品混凝土的性能區別
1.2.1 強度
普通商品混凝土的強度低,在材料使用中還有很大的不足。但普通商品混凝土的結構與性能是可以改變的,通過調整配比、混合超細粉的方式就可以做到。
在高強商品混凝土中摻入高效減水劑可使高強商品混凝土的早期強度提高,而且還有使其坍落度大的作用。將這一特性應用到房屋建築中能夠早期拆模,也能加快模板的周轉速度。建築公司通常都利用高強商品混凝土的這一特性縮短施工時間。
高
強商品混凝土的流動性大,早期強度高,抗壓強度高,將高強商品混凝土摻入以受壓力為主的構件後,構件的砂載力將大大增強。鋼筋商品混凝土柱以及拱殼中一般
都使用高強商品混凝土。這樣一來就做到了荷載相同時,有效減少構件的截面尺寸。除此之外,在受彎構件中也可降低截面的受壓區商品混凝土高度。所以人們往往
根據高強商品混凝土強度高的優勢,將高強商品混凝土廣泛用於修建房屋和橋梁中。此外,乘這一優點之便,也可在建築中增加有效空間和跨度。
1.2.2 抗滲性與耐久性
人們經過多次研究和試驗得出了配合比、水泥品種以及養護條件是決定普通商品混凝土滲透系數的重要因素的結論。硬化水泥漿的抗滲性決定商品混凝土的液體滲透性,若想提高商品混凝土的滲透性可以降低水灰比。此外,研究還證明,降低毛細孔率也可以大大提高商品混凝土的滲透性。
我國由於技術、設施水平有限,不能取得高強商品混凝土的試驗結果。高強商品混凝土受到較小的水壓力時是不會透水的。高強商品混凝土較其他商品混凝土的密實性高。因此,高強商品混凝土的抗外部侵蝕能力強。長期使用可有利於節約成本。
1.2.3 重量
每
立方普通商品混凝土的重量一般在兩千到兩千八百千克,高強商品混凝土的強度高,可以減少構件的截面大小,這就可以有效減少結構的重量。調查結果顯示,通常
如果將商品混凝土強度等級從C30變為C60,構件的體積和重量都將減少1/3。與此同時,商品混凝土的快硬以及耐久性也將得到改善。資料分析得出,採用
高強商品混凝土將使建築物屹立一百年不倒。由此可看出這將大大節約企業的生產、運營成本。所以我們可以得出結論,發展高強商品混凝土將帶來巨大的經濟效
益。
1.2.4 抗壓強度
世界上對普通商品混凝土的抗壓強度的測試一般有三種試件外型。其中包括立方體、圓柱體以及稜柱
體。不同的國家往往對測試試件的選擇有不同的規定。我國一般採用立方體試件,法國、美國等國一般採用圓柱體試件。普通商品混凝土抗壓強度的測定結果根據諸
多變數的作用而變化。例如試件的大小、時間形狀以及加荷速度等。
高強商品混凝土這一點上與普通商品混凝土相似。但關於應選擇哪種標准試件
還未得出准確的結論。除此之外,高強商品混凝土的測試中如何讓確定轉換系數也為明確。選用高強商品混凝土標准試件應注意以下條件:(1)集料顆粒的最大尺
寸。高強商品混凝土使骨料、水泥漿臨界層的現象好轉。因而決定高強商品混凝土強度的最重要因素是骨料。我國規定C60等級的高強商品混凝土骨料小於等於三
十毫米。其他國家通常情況下都規定小於等於二十毫米,但有時也可達到二十五毫米。(2)試驗機的承壓能力和剛度。這一因素取決於各國的現有設備條件。我國
絕大部分建築公司都採用2000kN的壓力試驗機進行實驗研究。(3)經濟因素。試件外型確定了之後,有些國家會混合各種尺寸的試件進行應用。此處應盡量
選擇小試件,不僅能降低商品混凝土的消耗,還能降低運輸成本。從總體上看,高強商品混凝土的單位強度造價低,給人們帶來了巨大的經濟效益。除此之外它的單
位強度也體積小,而且,高強商品混凝土的耐久性以及耐腐蝕性也很好。
2 普通商品混凝土與高強商品混凝土的應用
2.1 國內普通商品混凝土的應用
商
品混凝土自廣泛應用以來不斷發展。高強商品混凝土也跟隨著商品混凝土腳步普遍開來,越來越多的國家將關注的目光投向了高強商品混凝土。但我們在對高強商品
混凝土進行、改進開發研究的同時,也要關注工程建築中的主要材料——普通商品混凝土。普通商品混凝土的強度、性能、耐久性等都有很大的不足。因此,普通商
品混凝土已無法滿足人們越來越大的需求。但普通商品混凝土有很大的發展潛力等待著人們去開發。目前已有部分建築公司對商品混凝土進行了開發研究。
普通商品混凝土高性能化的研究對象是C50以及C50以下強度等級的商品混凝土。所進行的研究是把原材料、質量、生產過程以及配合比優化作為變數。在研究
過程中,通過改變變數,不斷改善硬化商品混凝土的結構,最終生產出了性能大大優於之前普通商品混凝土的商品混凝土。這種新商品混凝土的耐久性、施工性能都
比普通商品混凝土強。但這種商品混凝土並不是當前廣泛使用的高強商品混凝土。我們將研究出來的性能較高、使用壽命較長的商品混凝土命名為普通商品混凝土高
性能化。決定商品混凝土性能的因素是水泥漿的數量、品質和其本身的內部結構構成方式,水泥漿的數量和品質對對商品混凝土毛細孔的數量、分布產生作用。此
外,也會影響到水泥石和骨料的分層情況。所以,研究出的新型商品混凝土選材合適,而且研究方法、過程合理,它解決了商品混凝土的內外分層問題,大大減少了
毛細孔數量。與此同時,還改善了毛細孔的結構,使水泥石更加密實。
2.2 國外普通商品混凝土的應用
自上兩個世紀八十年
代波特蘭水泥出現後,商品混凝土已發展了近兩個世紀。商品混凝土技術最初曾有過兩次突破性的進展。第一個重大突破就是十九世紀中期,鋼筋商品混凝土的問
世。第二個重大性突破進展是二十世紀二十年代,弗雷西內最先提出的商品混凝土收縮和徐變理論。近一百年來商品混凝土新技術層出不窮,人們不斷對商品混凝土
的結構和性能進行研究分析,並在商品混凝土的基礎上研究出了多種不同性能的商品混凝土,如生態商品混凝土、清水商品混凝土等。此前國外將普通混凝凝土用於
房屋、橋梁的建築中,但普通商品混凝土在隨後的是時代里顯示出了它的缺陷。隨著人們的技術水平的提高,高強商品混凝土逐漸成為了工程的主要材料。普通鋼筋
商品混凝土跨度較大的橋梁在建造時考慮預拱度是很必要的。設置預拱度可以抵消支架、模板撤掉之後的橋本身的重量所形成的變形。如今人們更趨向於將普通商品
混凝土作為研究對象,不斷對普通商品混凝土進行開發研究,並取得了優異的成績,研究出了更多性能的新型商品混凝土。
2.3 國內高強商品混凝土的應用
我
國高強商品混凝土的起步並不比其他國家早。從開始到現在僅有三十年的發展歷史,但它的發展速度是較快的。上世紀八十年代後我國高強商品混凝土的應用范圍大
大擴展,如今,隨著城市建設的大力發展,大部分建築、高層建築結構中都摻入了高強商品混凝土。人們也在逐漸的了解到高強商品混凝土所帶來的巨大經濟效益。
我國最早應用現澆高強商品混凝土的高層建築是遼寧工業技術交流館,總計十八層,高度約為六十二點四米。一層到十二層採用的是C60商品混凝土,但之前計劃
採用C30商品混凝土。建設完工後統計得出的數據顯示,兩種商品混凝土在柱子的橫截面積上相差56%,商品混凝土實際消耗比之前的計劃少21%。與此同
時,還擴大了有效面積,使整體建築看起來更美觀。目前我國的地鐵、鐵路、大型基礎設施以及高層建築等都應用了高強商品混凝土。例如我國最大的水電站三峽水
電站,浦東的南海大橋,大瑤山鐵路隧道等。然而站在更高的角度來看,我國的商品混凝土技術還遠遠跑在國際發展水平的後面。就拿我國的泵送C60高強商品混
凝土的應用范圍來說,也只是最近幾年才應用到高層建築中的。除此之外,80MPa以上的商品混凝土只限用於某些工程或構件。
2.4 國外高強商品混凝土的應用
高
強商品混凝土技術的發展與應用開始於日本以及歐洲。隨著這些國家的大力發展與應用,高強商品混凝土逐漸成為了世界上主要的工程材料。高強商品混凝土強度
大、變形小的優點決定了它能適用於現代工程的大跨度、高聳建築,並且在應用中不但可以有效增大其餘空間,還可以大大降低建築施工費用。它應用在高層建築
時,能夠大程度的減小底層鋼筋商品混凝土柱子的橫截面積,增加了柱子間的間距,這樣就擴大了有效空間。上下柱子中摻入等級不同的商品混凝土能夠使柱子的大
小規范化,有利於工作人員建築,而且根據它早強的優點可以有效提高工作效率。此外,由於高強商品混凝土的形變小,能夠大大降低柱子的壓縮程度,提高柱子的
承載力。這幾點在高層建築的建築施工中有著很大的作用。美國第一個在高層建築中應用高強商品混凝土,在上世紀七十到八十年代設計建造了許多高層建築。在此
期間,最高的鋼筋商品混凝土建築在芝加哥建造,該棟建築總計七十九層,高約二百九十五米,其中它底層柱採用的商品混凝土強度可與我國的C95抗衡,整個建
築的強度都很強。至今世界上最高的建築位於馬來西亞,該大廈高四百五十二米,總計八十八層,底層鋼筋商品混凝土的商品混凝土強度等級為C80。世界上採用
的商品混凝土的設計強度最高為C110,美國的雙聯大廈所採用的商品混凝土強度是所有建築之最。近些年,日本也加入了廣泛應用商品混凝土的行列。除此之外
還對商品混凝土進行了深入的研究,如今高強商品混凝土已廣泛應用於建築、地鐵、交通運輸等行業。
3 結語
普通商品混凝土
自問世以來就一直發展迅速。至今人們已在普通商品混凝土的基礎上研究出了多種新型商品混凝土。例如超快硬水泥商品混凝土、輕骨料商品混凝土、生態商品混凝
土等。科學技術不斷在進步和發展,我們有足夠的理由相信,人們會在今後的生產生活中研究出更多高性能的商品混凝土來滿足人們不斷增長的需求。現今國際上已
對普通商品混凝土高性能化高度重視,大力提倡對普通商品混凝土深層次的開發。通過各種方法提高了普通商品混凝土高性能化的技術途徑。高強商品混凝土作為二
十一世紀建築工程的主要材料,憑借其強度高、耐久性強等多種突出特性將會給社會帶來越來越多的經濟效益。同時,高強商品混凝土與普通商品混凝土相比有強度
大高、剛度大的優勢。但研究表明,商品混凝土的強度的越高,其變形能力就會相反的下降。除此之外在這種情況下它也會比商品混凝土較易斷裂。所以應該在充分
發揮其現有優良特性時,提高它的變形能力,只要充分發揮高強商品混凝土的優良特性,它的應用領域也會大大擴展。
參考文獻
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[4] 韓宇棟,張君,高原.商品混凝土抗硫酸鹽侵蝕研究評述[J].商品混凝土,2011(01).
[5] 邵戰國,趙吉昌,張裕.高強商品混凝土的施工管理及應用前景[J].山西建築,2012(32).
作者簡介:曹軍(1967- ),男,漢族,唐山銘嘉建築設計咨詢有限公司總經理,高級工程師、國家注冊一級結構工程師、國家注冊咨詢工程師(投資),研究方向:建築結構。