高性能混凝土(HPC)在国内外的应用发展研究

高性能混凝土(HPC)在国内外的应用发展研究

关键词:高性能混凝土,应用,趋势

高性能混凝土作为一种新的建筑材料,其耐久性为普通混凝土耐久性的两倍以上,可增加混凝土结构安全使用寿命,减少造成修补或拆除的浪费和建筑垃圾;可大量利用工业副产品和废弃物,尽量减少自然资源和能源的消耗,减少对环境的污染;收缩徐变小,适合建造高效预应力结构;高性能混凝土适用于高层、大跨、大体积、长跨桥梁、海底隧道、高速公路及严酷环境中使用的结构物,如核反应堆、海上结构和处于有腐蚀性介质环境的结构等的建筑和修补。其他用于特殊用途的智能高性能混凝土更有着其独特的、其他混凝土难以替代的优势。正因为高性能混凝土具有以上诸多优越性能,自从产生以来,便大放异彩,世界各国对其研究和应用势头的发展十分迅猛。

1、HPC在国外的研究应用现状

1986~1993,法国由政府组织包括政府研究机构、高等院校、建筑公司等23个单位开展了“混凝土新方法”的研究项目,进行高性能混凝土的研究,并建立了示范工程。1996年,法国公共工程部、教育与研究部又组织了为期4年的国家研究项目“高性能混凝土2000”,投入研究经费550万美元。法国修建的3座高性能混凝土的斜拉桥一佩尔蒂大桥以及最近建设的埃洛恩河大桥和诺曼底大桥也都使用了高性能混凝土。

日本不仅应用超高强高性能混凝土住宅,而且用其制造预应力混凝土桥梁、预应力混凝土柱、桁架、管、电杆等。日本在80年代后期研制开发高性能混凝土时,尤其重视混凝土的施工性能,特别是高流动性,要求浇筑混凝土后不振或微振。日本自成型混凝土的发展是实现混凝土浇筑质量控制的重要一步。这种流动性混凝土远距离泵送而不离析的特性减轻了混凝土的运输、浇筑和成型过程的人工操作。如今日本已研制出使用寿命在500年以上的超高耐久性混凝土。1994年,美国联邦政府16个机构联合提出了一个在基础设施工程建设中应用高性能混凝土的建议,并决定在10年内投资2亿美元进行研究和开发各大州政府也致力于高性能混凝土的推广和应用。在纽约州已建成了100多座具有高性能混凝土桥面的桥梁。在华盛顿州,公路部门正在制定高性能混凝土梁的标准。目前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。挪威皇家科技研究院的科学与工程研究基金持续资助高强混凝土和高性能混凝土的研究。丹麦的大贝尔特工程是一座大型的隧道与桥梁连接结构,规定的设计使用寿命为i00年。国外的这些抗议应用高性能混凝土的历程,对我们很有启发的参考价值。

2、HPC在国内的研究应用状况

近年来,我国高性能混凝土的研究、应用发展较快。我国是生产和使用混凝土的大国,混凝土的质量在不断地提高,涉足高性能混凝土的研究和应用还是近10年的事。随着高性能混凝土的优越性不断地得到认可,混凝土应用技术的进步,城市建设速度的加快,高性能混凝土获得了迅速发展。

高性能混凝土在实际工程中获得了越来越广泛的应用,尤其是在高层建筑、大跨度桥梁、海上采油平台、矿井工程、海港码头等工程中的应用日益增多。例如:上海金茂大厦(C60)、北京静安中心大厦(C80)、辽宁物产大厦(C80)、南京希尔顿国际大酒店(C30和C50)、长春国际商贸城(C55)、广州虎门大桥(C50)、上海杨浦大桥(C50)等都是应用的典范。

全国很多研究单位已经研制出普通泵送高性能混凝土、大掺量粉煤灰高性能混凝土、高流态自密实高性能混凝土、纤维增加高性能混凝土、轻骨料高性能混凝土、水下不分散高性能混凝土港工与海工高性能混凝土、高抛纤维高性能混凝土等等,研制出C30-C80的各种强度等级的高性能混凝土和完备的混凝土耐久性检测设备,以及掌握了配套的施工成套技术和各种混凝土耐久性检测技术等。其中具有优异耐久性的C30高性能混凝土即将在地质条件复杂的深圳地铁工程中大规模使用。最近,又有上海攻克高性能混凝土“寿命”可达100年的报道,这种混凝土已用于东海大桥。广州省科技厅主持召开的一项新成果“抗盐污染高性能配制成套技术研究”,经过专家多方面的科学论证,通过鉴定。此外,在高性能混凝土技术规程中混凝土强度等级已到C100。

3、高性能混凝土的发展趋势

(1)提高HPC的认识,完善规范建立法规,加大工程应用。

HPC的发展,不过十几年的时间,习惯了普通混凝土的人们对它的认识还不够,阻碍了HPC广泛应用。高强高性能混凝土已基本被接受,而中低强度高性能混凝土还没得到工程人员的普遍认可,这就为中低强度高性能混凝土的普及带来很大障碍。主要原因是对造价和性能的认识不到位在文献指出中低强度混凝土有很好的经济效益,同时也会有很好的社会效益。同时,人们应该认识到“优质工程必须要高性能”。混凝土在整个工程费用中占的比重本来很小,考虑到工程质量,施工方便,耐久性等,HPC即便略增加一些成本,还是值得的,要算大帐,要综合考虑HPC带来的经济、社会效益。为适应我国“节能和绿色建筑”的发展,国家应完善规范,制定相应强制性的法规来大力推广HPC的应用。

(2)加大对HPC各性能的研究

1)对HPC高工作性的不断追求。良好的工作性可以加快施工速度,改善劳动强度,并有利于环保。高性能混凝土应走向全盘机械化、自动化及管理现代化。

2)提高混凝土结构工程的耐久性设计。建筑业消耗世界资源近40%,如将建筑物的寿命延长一倍,资源能源消耗和环境污染就要减轻一半。延长混凝土的使用年限,提高混凝土的耐久性,减少混凝土结构修补,减少水泥混凝土需要量,将会提高资源和能源的利用率,减少经济费用,避免经济损失,节约资源和能源,减轻生态环境负荷,符合可持续发展战略。

3)向超高性能混凝土(UHPC)发展。目前已出现超高性能混凝土,较成功的有活性细粒混凝土、注浆纤维混凝土与亚密配筋复合材料其特点是高强度、高密实性,以大量纤维增强来克服混凝土材料的脆性,利用假韧性防止混凝土的突然断裂。其造价比HPC高的多,一般可首选用在一些特殊工程如军事工程、核电站等中。加拿大已将活性混凝土用于一座桥梁,法国正准备在一个核废料罐中研究应用UHPC.随着科技的进步,今后还将有更多UPHC结构工程问世。

(3)HPC向绿色高性能混凝土(GHPC)的发展

在绿色环保日益深入人心的今天,混凝土能否长期作为最主要的工程结构材料,关键在于能否成为绿色建筑材料,于是GHPC便将承担历史的责任。GHPC能更多的节约水泥熟料,更有效地减少环境污染,同时也能大量降低料耗与能耗;能更多的掺加以工业废渣为主的细掺料,节约熟料,改善环境,减少二次污染;能更大地发挥高性能混凝土的优势,尽量减少水泥与混凝土的用量,达到节省资源、能源与改善环境的目的。粉煤灰是火电厂的燃烧废渣,我国每年的排放量在1.4亿吨以上。粉煤灰具有火山灰活性,它掺到混凝土中,能降低初期水化热,减少干缩,改善新拌混凝土的和易性,增加混凝土的后期强度,显著提高混凝土的耐久性。充分利用粉煤灰作为掺和料发展高性能混凝土,可节约资源和能源,减少二次污染,取得良好的经济和社会效益,是对实现我国可持续发展战略的巨大贡献。

4、结语

HPC是混凝土技术进步的产物,它的生产需要有素质的操作人员,较完善的生产设备和高水平的质量管理控制。推广应用HPC,我们应不断总结经验,对推广应用中发现的问题,不断地进行研究并尽快给予解决。我们相信,随着HPC技术的发展和应用量的不断增大,我国建筑业的整体业的整体水平将得到很大的提高。

参考文献:朱晶晶,高性能混凝土问题与发展研究,现代商贸工业,2011年第4期

作者简介:魏明,男,1984年生,云南曲靖人,工程师。

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