高强混凝土在工程中的应用

科　建Ｉ筑Ｉ工ｌ程　

高性能混凝土在建筑工程中的应用及设计要点　

于颖　（黑龙江省讷河市房产局，黑龙江讷河１６１３００）　摘　要：高性能混凝土是近期混凝土技术发展的主要方向，高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土，必须采用严格的施工工艺，采用　优质材料配制，便于浇捣、不离析、力学性能稳定、早期强度高、具有韧性和体积稳定性等性能的耐久的混凝土，特别适用于高层建筑、桥梁以及暴露　在严酷环境中的建筑结构。　关键词：高性能混凝土；建筑工程；应用；设计　ｌ高性能混凝土的定义　高性能混凝土是一种新型的高技术混凝　土，是在大幅度提高常规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，在妥善　的质量控制下制成的。除采用优质水泥、集料和　水外，配制高性能混凝土还必须采用低水胶比　和掺加足量的矿物细掺料与高效外加剂。　高性能混凝土以耐久性设计优先而不以强　度设计优先。片面强调混凝土的高强度有可能　影响混凝土耐久性能的提高。采用低水胶比和　掺加足量的矿物细掺料与高效外加剂等等技术　措施是提高混凝土耐久性能的重要手段。要求　混凝土具有全面的高性能是不科学的。高性能　混凝土的基本性能首先是硬化混凝土的耐久性　能和塑性混凝土的工作性能，其次是为了满足　人们的特殊需要的某个或某些特殊性能。如：用　于水下浇注的混凝土需要的免振捣自密实不分　散性能，用于地下车库的混凝土需要的表面耐　磨性能等等。　２高性能混凝土在现代工程中的应用　高性能混凝土技术正在世界各地成功地用　于很多离岸结构物和长大跨桥梁的建造，Ｉ￣ｎｇ－－　ｌｅｙ等人叙述了几种加拿大一长大跨桥梁所用　的拌合物。它们用于主梁、墩部和墩基，硅粉混　合水泥用量为４５０ｋｇ／ｍ　，水１５３Ｌ／ｍ　，引气剂　１６０ｍｌＪｍ３和高效减水剂３Ｉ．／ｍ　。其坍落度大约在　２００ｍｍ；含气量６．１％；ｌｄ、３ｄ、２８ｄ抗压强度分别　为３５、５２和８２ＭＰａ；基础和其他大块混凝土的　混合水泥用量为３０７ｋ￣ｍ　，粉煤灰１３３ｋ￣ｍ　，用　水量接近。但引气剂和高效减水剂掺量大幅度　减小，坍落度约在１８５ｍｍ；含气量７％；ｌｄ、３ｄ、　２８ｄ和９０ｄ抗压强度分别为１Ｏ、２Ｏ、５Ｏ和　７６ＭＰａ。根据加拿大和美国的透水性与氯离子　快速渗透标准方法实验结果表明：两部分混凝　土都呈现非常低的渗透性。对高性能混凝土结　构的施工，需要非常强调加强现场实验室试验　和质量验收。　高性能混凝土发展的另一领域是高性能轻　混凝土，相对于钢材，普通混凝土的强度，自重　比很低，掺有高效减水剂的高强混凝土则大大　提高了该比例；用有大量微孔的轻骨料代替部　分普通骨料，就能进一步提高这个比例。由于骨　料的质量不同，密度为２０００ｋｇ／ｍ３．抗压强度在　７Ｏ一８ＯＭＰａ的高性能轻混凝土在一些国家已经　商品化并用于构件生产。在澳大利亚、加拿大、　日本、挪威和美国，高性能轻混凝土已用于固定　式和漂浮式钻井平台；因为水泥浆和骨料之间　的界面粘结强度高，它可以不透水，所以在侵蚀　环境中能够很耐久。　采用掺１０％～ｌ５％硅粉甚至更高的混合水　泥配制的超塑化混凝土，具有优良的粘附力，因　此适用于湿喷的喷射混凝土进行结构修补，这　也是高性能混凝土的应用领域之一。　２．１高性能混凝土在高层建筑中的应用。　高性能混凝土（＞４０ＭＰａ）首先用于３Ｏ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。　应用实例：ａ．高性能混凝土应用Ｃ８０高强　与高性能混凝土在沈阳方园大厦、大西电业园　等多项高层建筑钢管混凝土柱中应用。ｂ．上海　高性能混凝土研究领域中取得一大批可喜的成　果，其中具有代表性的成果有：中华第一高　楼一８８层金茂大厦的Ｃ４０一次泵送到　３８２．５ｍ；明天广场矿渣微粉Ｃ８０泵送混凝土；在　上海教育电视台综合楼大体积基础混凝土，水泥　用量只占胶凝材料总量的４６％，配制的混凝土　浆量饱满，混凝土工作性、粘聚性和抗离析性能　都十分优异，强度达到Ｃ４０的高性能混凝土。　２．２高性能道面混凝土。　随着对交通运输要求的日益提高，发展“长　寿命低维护路面”，采用高性能道面混凝土，提　高混凝土的抗折强度与耐久性是当前道面混凝　土的发展趋势。１９９７年召开的第十六届国际混　凝土路面会议，提出路面设计不仅要提出平均　强度要求，还应提出耐久性要求。在未来发展方　向中提出抗拉强度达１７ＭＰａ的超高强混凝土，　用于铺筑连续的混凝土路面。提高混凝土道面　表面的致密性、抗渗性都是很重要的，而这是需　要通过高性能混凝土来实现的。　高性能道面混凝土的重要特征是具有高抗　折强度。使用高性能道面混凝土可以显著提高　道面的承载能力，延长使用寿命或减薄道面的　厚度以降低工程造价。高性能道面混凝土的主　要特征是具有足够的耐久性，能够抵抗气候和　环境的长期破坏作用，保证在道面的设计使用　期限内，混凝土能够正常工作。　３高性能混凝土在建筑工程中的设计要点　分析　３．１应该根据工程的使用功能与混凝土结　构周围环境的具体情况设计混凝土的目标性　能。要求混凝土具有全面的高性能是不科学的。　这不仅在技术上难以达到，而且也要造成资源　上的极大浪费。　３．２采用低水胶比，控制混凝土中的水泥用　量。其目的是为了降低混凝土的温升，增强硬化　混凝土的体积稳定性能，减少硬化混凝土的收　缩裂缝。水胶比较大时，混凝土中会留下较多的　毛细孔，增加硬化混凝土的收缩。　３．３掺加足最的矿物细掺料。使用矿物细掺　料是配制高性能混凝土的一个重要手段。其目　的是为了抑制混凝土中碱骨料反应的危害。吴　中伟教授认为，矿物细掺料是高性能混凝土的　主要组成材料之一，它起着根本改变常规混凝　土性能的作用。在配制高性能混凝土时，掺人部　分活性矿物细掺料可以促进水泥水化生成物的　进一步转化。改善硬化混凝土的孔结构，提高混　凝土的密实性能。应该注意，矿物细掺料的使用　不是简单的对水泥的代替。应该根据具体情况　确定矿物细掺料的品种与掺量。研究表明，将两　种以上的矿物细掺料复合使用时，其综合效果　优于其分别单独使用的总和，这就是所谓的超　叠加效应。　３．４掺加高效外加剂。高效外加剂是配制高　性能混凝土的必备材料。正是由于高效外加剂　的发展才使高性能混凝土的制造成为可能。现　在已经有了制造各种高性能混凝土的系列外加　剂，虽然他们的性能还有待进一步提高。超叠加　效应也存在于外加剂与外加剂的复合使用以及　外加剂与矿物细掺料的复合使用中。将两种奈系　高效减水剂按照一定的比例复合使用，可以使复　合后的产品的各组分间的作用相互调节，从而达　到发挥其各自的优势的目的，其综合效果超过两　种外加剂单独使用的效果的总和，应该通过试　验，找出最佳匹配材料与最佳匹配比例。　３．５除非混凝土的设计强度较高，否则不要　使用高标号水泥；除非有特殊的需要，否则应该　避免使用早强水泥。　３．６在连续浇注的混凝土结构中，必须保证　混凝土具有相同的塌落度。当混凝土的塌落度　不同时，混凝土在硬化过程这产生的收缩也不　同，两种不同塌落度的混凝土之问容易产生较　大的收缩裂缝。　３．７根据工程的具体情况采取不同的结构形　式以赋予混凝土最佳的性能。例如钢纤维增强混　凝土、杜拉纤维增强混凝土、钢管混凝土等。　对混凝土中碱骨料反应的研究结果表明，　引起混凝土中碱骨料反应的三个主要条件是使　用了碱活性骨料、使用了高含碱量的水泥和混　凝土结构所在处的环境中有水存在。其中结构　使用环境中有水存在是发生碱骨料反应的必要　条件。碱骨料反应除了可以应用复合使用矿物　细掺料的方法加以抑制外，也可以破坏其产生　的条件来加以避免。例如，用于室内的不接触水　的结构，可以不考虑碱骨料反应的危害；对于用　于室外的混凝土结构，我们也可以将使用碱活性　骨料配制成钢管混凝土，由于环境中的水很难渗　透进钢管里，因此碱骨料反应就难以发生。含有　碱活性成分的骨料也是可以使用的。这就为我们　找到了合理利用高碱活性骨料的新途径。　

２０１３年８月　盛耐日蓑晦　交通建设　高强度轻质陶粒混凝土在桥梁工程中的应用　庄赞鹏　（三明市交通质监站）　摘要：本文介绍了高强轻骨料混凝土近年来在国内的发展中已有成熟可靠的技术参数和材质标准及其在应用于桥梁工程　中的诸多实例，并简介了高强轻骨料混凝土在旧桥改造、拓宽危桥加固应用中的部分实践经验。　．　关键词：高强轻骨料混凝土；体积轻；强度高　中图分类号：ｕ４４４　文献标识码：Ｂ　文章编号：Ｉ６７３—００３８（２０１３）２２—０２８７—０３　１轻质混凝土的概念　陶粒混凝土，它是１９世纪中期在我国才发展起来的一种轻　型建筑材料。陶粒混凝土的组成是由陶粒＋水泥＋砂＋水，按一定　配合比混合后，通过搅拌而形成的一种轻质混凝土。　１．１轻骨料的种类　（１）天然轻骨料：如浮石、凝灰岩等；　（２）工业废料：如炉渣、高炉矿渣等；　（３）人工轻骨料：如陶粒等。　１．２轻质混凝土的种类　（１）页岩陶粘混凝土；　（２）粉煤灰陶粒混凝土；　（３）粘土陶粒混凝土；　（４）自然煤矸石混凝土；　（５）火山灰渣混凝土。　２页岩陶粒混凝土　２．１页岩陶粒　页岩陶粒是一种从山体重开采出来的粘土质页岩、板岩矿　石，经采运到加工厂，用机械破碎或研磨后，经分筛或制粒送入　旋窑中经１２００～１３００￣Ｃ高温烧胀后，再根据需要设定的粒径尺寸　规格，使用不同粒径的网筛，严格筛选出来为碎石状或近似圆粒　型的颗粒，即人工轻集料页岩陶粒。　２．２应用于桥梁工程上的陶粒分类与技术参数　按国家ＧＢ厂ｌ１１７４３１．１—１９９８的现行标准为：　①按密度等级分类，如表１；　表１　密度等级　轻粗集料　轻细集料　堆积密度范围（ｋ　ｍ　６００级　６００级　５ｌ０－６００　７００级　７００级　６ｌＯ～７００　８００级　８００级　７１０－８００　９００级　９００级　８１０￣９００　１０００级　１０００级　９１０－１Ｏ００　１１００级　１１００级　１１　１０—１２００　②普通轻集料筒压强度（ＭＰａ），如表２；　③高强轻粗集料的筒压强度和标号（ＭＰａ），如表３：　④轻集料的吸水率，如表４；　⑤软化系数：人造轻集料和工业废料轻集料的软化系数不　小于０．８；　表２　筒压强度（ＭＰａ）　轻集料品种　密度等级　优等品　一等品　合格品　６ＯＯ级　３．０　２．０　２　０　７００级　４．０　３．０　３．０　页岩陶粒　８００级　５．Ｏ　４．０　４．Ｏ　９００级　６．０　５．０　５．０　表３　密度等级　筒压强度　强度标号　６００级　４．０　２５　７００级　５．０　３０　８００级　６．０　３５　９００级　６．５　４０　表４　轻集料品种　ｌ　密度等级　页岩陶粒　ｆ　６００　９００　⑥轻集料的粒型系数，如表５。　表５　吸水率（％）　１Ｏ　平均粒型系数　轻集料粒型　备注　优等品　一等品　合格品　圆球型≤　１－２　１．４　１．６　普通型≤　１．４　１．６　２．０　轻集料粒型的分类及其定义　见ＪＧＪ５１注释　碎石型≤　２．０　２．５　２－３定义　①轻集料：堆积密度不大于ｌ　１００ｋｇ／ｍ３的轻集料和堆积密度　不大于１２００ｋｇ／ｍ，的轻细集料的总称。②页岩陶粒：由粘土质页　岩、板岩等为主要原料经破碎、筛分，或粉磨制粒，烧胀而成的一　种人造轻集料。③超轻集料：堆积密度不大于５００ｋｇ／ｍ３的保温用　或结构保温用的轻集料。④普通轻集料：堆积密度大于５１０ｋｇ／ｍ３　的轻集料。⑤高强标号不小于２５ＭＰａ的结构用轻粗集料。⑥笔者　实践：用６００～９００级页岩陶粒配制的Ｃ１５～Ｃ５０页岩陶粒混凝土体　积重量在１８００～１９００ｋｇ／ｍ３，比普通混凝土轻，６０００　５００ｋｇ／ｍ３。　２．４分类与等级　（１）分类：按其性能分为：①超轻集料；②普通轻集料；③高强　轻集料。　（２）等级：按其技术指标分为：　①优等品（Ａ）；②一等品（Ｂ）；③合格品（ｃ）。　２．５粒径要求　人造轻集料的最大粒径不宜大于２０ｒａｍ。　２．６产品　①出厂时应提供质量合格证书；②运输和堆放都必须防尘、　・２８７・

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2021.05 |

高强高性能混凝土技术

池启贵／福建华源阳光工程管理有限公司　福州　350001

摘　要：混凝土是建筑工程中的重要材料，随着城市化进程的加快，人们对混凝土的质量与性能提出了更高的要求，对混凝土的强度与性能有了

更高的期望。在这一背景之下，高强高性能混凝土应运而生，相比于传统混凝土，高强高性能混凝土具有高强高流动性、高耐久性、高体积稳定

性以及高经济效益等方面的优势，在建筑工程之中发挥了越来越重要的作用。本文就针对高强高性能混凝土进行一定的探究，并重点分析了高强

高性能混凝土在建筑工程中的具体应用。

关键词：建筑工程；高强高性能混凝土；施工应用

1特性与优势

1.1高强度

高强高性能混凝土的强度等级在C40至C80之间，具有高强度、高弹模的特点，将其运用到建筑工程中充分发挥出建筑的

使用功能，不仅可以对建筑的结构截面尺寸进行一定程度的减小，而且能够有效减轻建筑结构自重。除此之外，随着混凝土强度

的提高，混凝土原材料的使用量得以减小，在工程成本的控制上也能够发挥一定的优势。实践证明，在对高强高性能混凝土养护

28d后，其平均抗压强度能够达到65MPa~120MPa。

1.2高耐久性

高强高性能混凝土具有良好的密实性，相比于常规混凝土，在抗渗性与抗冻性等方面也具有一定的优势，因此，高强高性能

混凝土表现出了十分优异的高耐久性能。一般情况下，在正常条件下高强高性能混凝土的使用寿命可以达到几十年甚至上百年[1]

。

1.3高流动性

在高强高性能混凝土中加入一定量的高效减水剂，使得混凝土拌合物的坍落度可以达到200mm至250mm的范围之间，因此

高强高性能混凝土具有高流动性的特点，适合泵送混凝土使用。

1.4高体积稳定性

在对高强高性能混凝土进行使用的过程中，可以通过减少用水量与水泥量的方式，或者弹性模量相对较高的集料，能够实现

对于混凝土密实性、强度的有效的提高，进而对混凝土的级配做出合理的改善，使其具备高体积稳定性的特点，正是因为这一特性，

浅谈预制高强混凝土薄壁钢管桩（TSC桩）在板桩码头工程中的应用

摘要：现行规范中，板桩码头的前墙结构一般采用板桩或地下连续墙结构，包括预制板桩、钢板桩及地下连续墙等。本文介绍了板桩码头前墙的一种新型结构，即采用预制高强混凝土薄壁钢管桩（TSC桩）作为前墙，

关键词：板桩码头 TSC桩承载力

多年来我国的板桩码头建设大部分是用于中小型码头的建设，而国外却大不相同，譬如欧洲和日本，码头大部分采用钢板桩结构。他们认为板桩结构比其他结构型式便宜且施工简单。我国经过了60多年的建港，目前水深条件、地基条件好的港址已经所剩很少，现在所面临的将是大量在滩涂、浅滩、粉砂质和淤泥质岸线的建港时代，今后板桩码头结构的应用将会越来越广泛。

随着板桩码头结构向大型化、深水化方向发展，其前墙的受弯承载能力要求越来越高，给常规的单锚板桩结构带来困难，为了能适应深水化、大型化要求，设计中可从两方面考虑：一是通过不同的结构形式减小前墙的弯矩，目前可采用多锚板桩、遮帘式板桩或卸荷式板桩结构；二是增加前墙的承载能力，增大断面或采用弯矩较大的钢板桩结构。

目前长江下游地区所建板桩结构多以钢板桩结构和钻孔排桩结构为主，且多为1万吨级以下泊位。钢板桩结构抗弯能力高，施工迅速，但其成本也相应增加；钻孔排桩结构受弯能力相对较差，施工周期长，而成本较钢板桩要低。且随着水深及荷载的增加，这两种结构使用的局限性就更加明显，钢板桩结构尺寸增加成本也随之迅速上升，而钻孔排桩结构单纯增加断面承载力已难满足设计需要。因此，急需一种既经济、抗弯承载能力又高的结构来代替。

本文以如皋港泓北沙港池内某码头工程为基础，采用竖向弹性地基梁法对结构进行分析，阐明TSC桩对比传统钻孔灌注桩在板桩码头结构设计应用中的优势。

2、TSC桩概述

预制高强混凝土薄壁管桩，简称TSC桩，是上海二十冶金混凝土构件有限公司在2005年首先研制开发的新型软土地基处理桩材，其外形与常用的PHC桩相似，但内在构造不同，外壁采用自动埋弧螺旋焊管，内壁采用高强混凝土。相较于其他桩型，TSC具有高强度、高弯矩、高耐打的特性，比钢管桩成本低。经过近十年的发展，目前该项技术已经相当成熟，并在桥梁、港口码头、工程建筑等行业得到广泛应用。