高強(qiáng)混凝土在建筑工程中的應(yīng)用

申請(qǐng)免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

概述

用常規(guī)水泥和砂石原材料配制的現(xiàn)代高強(qiáng)混凝土技術(shù)是在高效減水劑發(fā)明之后從70年代開始發(fā)展起來的，它克服了過去配制高強(qiáng)混凝土只能是干硬性混凝土不能工業(yè)化預(yù)拌生產(chǎn)和泵送施工的根本缺陷，在拌料的工作度和混凝土的強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性與抗?jié)B能力等方面具有綜合的優(yōu)良性能，因而又被稱為高性能混凝土，并被看作是將對(duì)土建工程的發(fā)展起到重要推動(dòng)作用的新一代建筑結(jié)構(gòu)材料。

現(xiàn)代高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用已遍及橋梁工程、房建工程、港口海洋工程、地下工程等各個(gè)土建工程領(lǐng)域?，F(xiàn)在有的發(fā)達(dá)國家的施工現(xiàn)場(chǎng)已能獲得強(qiáng)度為80～100MPa的商品高強(qiáng)混凝土，更高強(qiáng)度的混凝土也能供應(yīng)。

高強(qiáng)混凝土在房屋建筑和一般構(gòu)筑物中的應(yīng)用場(chǎng)合主要有：

1) 高層建筑。高層建筑中采用高強(qiáng)混凝土可以大幅度縮小底層鋼筋混凝土柱子的截面尺寸，擴(kuò)大柱同間距，增大建筑使用面積。上下柱子采用不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土，有利于統(tǒng)一柱子尺寸和模板規(guī)格，方便施工，并可利用高強(qiáng)混凝土的早強(qiáng)特點(diǎn)加快施工進(jìn)度。高強(qiáng)混凝土還因徐變小、彈性模量高，可以減少柱子的壓縮量和增加結(jié)構(gòu)剛度，這對(duì)超高層建筑來說也是非常重要的。美國是將高強(qiáng)混凝土最早用于高層建筑并已普遍應(yīng)用的國家，在加拿大、澳大利亞、德國和日本等也都有許多成功的實(shí)例。美國用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承重的最高一幢高層建筑位于芝加哥，共79層總高295m，建筑面積 15.8萬m2，其中底層柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)相當(dāng)于我國的C95，樓層采用后張預(yù)應(yīng)力體系，所用混凝土強(qiáng)度相當(dāng)于我國的C70和C60。目前世界上最高的鋼筋混凝土高層建筑是香港的中環(huán)廣場(chǎng)大廈，高309m，但所用高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度并不很高，1993年竣工。工程中應(yīng)用混凝土強(qiáng)度最高的是美國西雅圖的雙聯(lián)大廈和太平洋第一中心，這二幢高層建筑采用鋼管混凝土柱，其中用了強(qiáng)度等級(jí)相當(dāng)于C130的混凝土，目的是為了增加這種組合柱的剛度。日本最近幾年來也開始用高強(qiáng)混凝土修建抗震高層建筑，所用底層柱的混凝土強(qiáng)度一般相當(dāng)于我國的C60，1992年在大版建成的一幢高層建筑開始達(dá)到了41層，高129.8m，并且集中很大力量開展研究，進(jìn)行了60層、70層房屋的試設(shè)計(jì)和抗震分析，認(rèn)為采用相當(dāng)于C110混凝土建造這類高層房屋是可行的，柱子截面可以控制在1x1m以下；日本的一些建筑公司用超高強(qiáng)混凝土建造了足尺大小的梁柱構(gòu)件試驗(yàn)體，對(duì)材料配制及施工進(jìn)行模擬，準(zhǔn)備大力開發(fā)超高強(qiáng)混凝土建造超高層建筑。

2) 大跨屋蓋。大跨屋蓋的自重要占到全部設(shè)計(jì)荷載中的絕大部分，所以采用高強(qiáng)混凝土空間結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)就變得十分有利，可以顯著降低結(jié)構(gòu)的重量。加拿大蒙特利爾的奧林匹克體育館的大跨屋頂以及阿聯(lián)酋阿布扎比的國慶檢閱臺(tái)的懸挑屋蓋就是比較著名的應(yīng)用例子。

3) 處于侵蝕環(huán)境下的建筑物或構(gòu)筑物。高強(qiáng)混凝土有較強(qiáng)的抵抗化學(xué)物質(zhì)腐蝕的能力和耐磨能力，耐久性優(yōu)良，所以貯存某些化學(xué)物品的筒倉或貯罐，周圍大氣中含有較多鹽份的工程建筑物，以及直接受到侵蝕性物質(zhì)作用或機(jī)械磨損的廠房、車庫、廄房等地面構(gòu)件均宜用高強(qiáng)混凝土。國外還有利用高強(qiáng)混凝土的堅(jiān)固性來建造地下保險(xiǎn)庫，以及立用高強(qiáng)混凝土的氣密性來建造核反應(yīng)堆預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼的工程實(shí)例。至于將高強(qiáng)混凝土用于預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)那就更為普及了。

我國在高強(qiáng)混凝土研究和應(yīng)用方面的起步并不算晚。早在70年代，就有不少單位開始了用高效減水劑配制高強(qiáng)混凝土的試驗(yàn)研究，1980年前后，清華大學(xué)土木工程系與海軍工程部門協(xié)作將坍落度15cm的C70～C75級(jí)高強(qiáng)混凝土用于大型拱形防護(hù)門工程，鐵路部門也在湘桂鐵路復(fù)線紅水河斜拉橋的三跨預(yù)應(yīng)力箱形大梁中用了坍落度10～14cm、實(shí)際強(qiáng)度等級(jí)已超過C60的高強(qiáng)混凝土。由于技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策上的一些問題以及缺乏相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工條例，還由于我國不少工地的施工管理水準(zhǔn)過于落后，高強(qiáng)混凝土的推廣在以后幾年中一直較為滯緩。但是這種局面近來已出現(xiàn)轉(zhuǎn)變，隨著我國城市建設(shè)規(guī)模迅速向著更高檔次發(fā)展以及大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)高潮的出現(xiàn)，高強(qiáng)混凝土在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)效益上的巨大優(yōu)越性正日益為人們所認(rèn)識(shí)。在一些部門和地區(qū)，高強(qiáng)混凝土的推廣應(yīng)用已有了重要進(jìn)展。

竣工于1988年的沈陽遼寧省工業(yè)技術(shù)交流館是國內(nèi)最早應(yīng)用現(xiàn)澆高強(qiáng)混凝土的高層建筑，房屋總高62m，在底部12層柱子中采用C60混凝土，比原設(shè)計(jì)方案采用C30混凝土減少柱子截面56％，不僅增加使用面積，美化建筑效果，而且在材料和施工費(fèi)用上也取得經(jīng)濟(jì)效益，使整個(gè)主體結(jié)構(gòu)造價(jià)節(jié)約1.2％。在這以后的短短4～5年中，遼寧地區(qū)在新建多、高層建筑中采用高強(qiáng)混凝土的已達(dá)百幢以上。北京在1990年建成的新世紀(jì)飯店，31層，總高110m，在10層以下的部分框架柱中采用了C60混凝土。1990年建成的廣州國際大廈，63層，在其高200m的頂部直升飛機(jī)坪中應(yīng)用了摻粉煤灰的C60泵送混凝土，并從地面一級(jí)泵送至頂部，由于嚴(yán)格執(zhí)行施工質(zhì)量保證制度，混凝土強(qiáng)度的變異系數(shù)不到3％。在建的深圳賢成大廈是國內(nèi)用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承重的最高建筑，頂層標(biāo)高218m，地上60層，地下4層，其中地上7層以下的豎向承重構(gòu)件用C60泵送混凝土。目前在北京、上海、廣東、山東、河南、福建、廣西、新疆等地都有在建的應(yīng)用高強(qiáng)混凝土的高層建筑。但從總體上看，高強(qiáng)混凝土在房屋建筑中的應(yīng)用還很不普遍，特別是混凝土的強(qiáng)度等級(jí)還比較低，僅限于C60或C50，有必要將C70、C80混凝土盡快用到高層中去。

相對(duì)于房屋建筑而言，在鐵路和公路大型橋梁中采用高強(qiáng)混凝土的比例要稍大些，開始應(yīng)用的時(shí)間也比較早。公路橋梁中比較典型的工程實(shí)例如：多跨簡(jiǎn)支T形梁橋中的浙江飛云江橋最大跨徑為62m，梁高2.85m，用C60預(yù)應(yīng)力混凝土；1991年建成的錢塘江二橋和福建廈門大橋都是預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋，采用C50混凝土，前者是國內(nèi)目前連續(xù)長(zhǎng)度最長(zhǎng)的橋，達(dá)到1340m，后者則是國內(nèi)目前最長(zhǎng)的跨海大橋；正在施工的黃石長(zhǎng)江公路大橋，是一座連續(xù)剛構(gòu)橋，主孔達(dá)245m，用C55混凝土。1993年建成的上海楊浦大橋是目前世界上最長(zhǎng)的斜拉橋，主跨達(dá)602m，其208m高的索塔采用C50摻粉煤灰泵送混凝土。正在建設(shè)中的汕頭海灣大橋是國內(nèi)第一座公路大跨懸索橋，為三跨154+452+154m預(yù)應(yīng)力混凝土箱形加勁梁雙鉸式結(jié)構(gòu)，按C60混凝土設(shè)計(jì)。另外在高速公路和城市立交橋中也有不少采用泵送高強(qiáng)混凝土的例子，如京津塘高速公路和首都機(jī)場(chǎng)高速路上的一些橋梁主要為了早強(qiáng)而采用C60高強(qiáng)混凝土。近年建成的大中跨鐵路橋梁中也較多采用高強(qiáng)混凝土，如全長(zhǎng)1340m的錢塘江二橋和全長(zhǎng)1600m的山西谷府黃河橋，最大跨徑都為80m，為變截面連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。鐵道部門還曾用C80摻硅粉高強(qiáng)混凝土試制了40m跨度的預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁，安裝于衡廣復(fù)線工程上作為長(zhǎng)期觀察用。

國內(nèi)在地下工程中也有應(yīng)用高強(qiáng)混凝土的一些實(shí)例，如上海黃浦江越江隧道的管片就采用了慘硅粉的高強(qiáng)混凝土。在工廠生產(chǎn)的混凝土制品方面，僅鐵路部門用高強(qiáng)混凝土制作的軌枕、橋梁構(gòu)件等的年產(chǎn)量已超過70萬m3，我國大秦線電氣化鐵路所用的接觸網(wǎng)支柱混凝土已達(dá)C80。工廠生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁的生產(chǎn)發(fā)展速度尤為突出，年產(chǎn)量現(xiàn)已超過100萬m3。

我國混凝土的年用量達(dá)2億m3，可是強(qiáng)度等級(jí)普遍低下，成為我國土建行業(yè)落后于發(fā)達(dá)國家的主要標(biāo)志之一。高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用雖然最近已呈良好勢(shì)態(tài)，但其數(shù)量在整個(gè)混凝土中的比例尚微不足道，而且等級(jí)還不高。隨著現(xiàn)代高強(qiáng)混凝土技術(shù)的推廣與普及，定將帶動(dòng)和提高我國混凝土技術(shù)的整體水平。

應(yīng)該說，高強(qiáng)混凝土在國際上已是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)，這在前面提到的一些工程應(yīng)用實(shí)例中已可看出。挪威的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，混凝土強(qiáng)度等級(jí)最高的已到C105，歐洲國際混凝土委員會(huì)編制的1990CEB／FIP模式規(guī)范中，混凝土強(qiáng)度等級(jí)最高到C80。所以在適宜的場(chǎng)合努力推廣應(yīng)用高強(qiáng)混凝土，也是我們土建工程技術(shù)人員為提高工程質(zhì)量，取得經(jīng)濟(jì)效益、并追趕國際先進(jìn)技術(shù)水平的應(yīng)盡任務(wù)。

原材料和配比

與傳統(tǒng)的混凝土相比，高強(qiáng)混凝土在原材料的配比上主要有二點(diǎn)不同，即低水灰比和多組分，其目的都是為了增加混凝土的密實(shí)程度，改善骨料和硬化水泥漿之間的界面性能，從而達(dá)到高強(qiáng)和耐久。

混凝土的強(qiáng)度和收縮徐變?cè)诤艽蟪潭壬先Q于硬化水泥漿中的孔隙。在充分水化的硅酸鹽水泥漿體中，由水泥熟料的主要礦物成份 C3S和C2S水化形成的產(chǎn)物C—S—H凝膠與氫氧化鈣約各占固體總體積的60％和25％左右，其余則為水泥熟料中的鉛酸鹽礦物成份C3A和C4F與加在水泥中的石膏一起參與水化生成的硫鋁酸鹽類晶體以及未水化的熟料顆粒等。C—S—H凝膠通常是結(jié)晶很差的片體，有很大的比表面積與很強(qiáng)的粘結(jié)力，是決定硬化水泥漿強(qiáng)度與骨料界面強(qiáng)度的主要因素，而氫氧化鈣則為塊狀晶體，比表面積小，粘結(jié)力很差。硬化水泥漿中包含不同尺寸形狀的孔隙，大小量級(jí)從10-3μm到1mm，大致可分為凝膠孔隙，毛細(xì)孔隙和氣泡三類。凝膠結(jié)構(gòu)中的層間孔隙很小，約為0.0005～0.0025μm，對(duì)強(qiáng)度和滲透性的影響不大。毛細(xì)孔隙的形狀很不規(guī)則，內(nèi)部中空或填水，其尺寸與新鮮水泥漿中水泥顆粒之間的距離有關(guān)。水灰比很高時(shí)，水泥漿中水泥顆粒間距大，盡管水泥水化后的體積可增加一倍以上，但最終形成的孔隙尺寸可大到3～5μm，孔隙的總體積可達(dá)到硬化漿體所占體積的30～40％。水灰比很低時(shí)，孔隙尺寸只有0.005～0.05μm，所占總體積在10％以下。高水灰比的水泥漿還容易泌水，后者附著于骨料表面，不但削弱界面強(qiáng)度，而且使界面的抗?jié)B性能大幅度降低，成為混凝土抗?jié)B的薄弱環(huán)節(jié)。尺寸大于0.05μm的毛細(xì)孔隙對(duì)強(qiáng)度有害，而尺寸小于0.05μm的毛細(xì)孔隙則對(duì)收縮和徐變起更為重要的作用。水泥漿體中的氣泡呈球狀而區(qū)別于毛細(xì)孔隙，一種是拌合時(shí)被裹入的氣泡，尺寸可大到3mm，另一種是外加引氣劑所產(chǎn)生的氣泡，尺寸約為20～200μm。引氣劑能改善拌料的工作度并提高材料的抗凍性能，但混凝土中每l％體積的含氣率可降低強(qiáng)度約5～8％，而且混凝土強(qiáng)度愈高，引氣對(duì)強(qiáng)度的損害程度愈大。

由此可見，降低水灰比是使混凝土減少孔隙并達(dá)到高強(qiáng)的最主要途徑。要使低水灰比的混凝土拌料能有良好的工作度，就必須外加高效減水劑。外加粉煤灰、沸石粉、硅粉等摻合料也有改善拌料工作度、降低泌水離析、改善混凝土的微結(jié)構(gòu)、增加混凝土抗酸堿腐蝕和防止堿骨料反應(yīng)的作用。

外加比水泥顆粒更細(xì)的摻合料是混凝土獲得高強(qiáng)的又一重要手段。超細(xì)摻合料不僅有較高的化學(xué)活性，更為重要的是它能夠進(jìn)一步提高混凝土的密實(shí)程度。

1) 水泥

配制高強(qiáng)混凝土用的水泥宜選用525號(hào)或更高標(biāo)號(hào)的硅酸鹽水泥。由于一般的混合水泥中已加入一定數(shù)量或大量的活性與非活性礦物摻合料，這些摻料的數(shù)量和質(zhì)量并不一定符合配制高強(qiáng)混凝土的要求，所以最好采用純硅酸鹽水泥并按要求在施工配制混凝土?xí)r再加入規(guī)定數(shù)量的高質(zhì)量摻合料。普通硅酸鹽水泥雖為混合水泥，但其中的摻合料數(shù)量較少，用來配制高強(qiáng)混凝土也比較合適。如果混凝土強(qiáng)度等級(jí)不是很高，則用礦渣水泥或425號(hào)硅酸鹽水泥也能配制出C50～C60混凝土。

一般來說，用于高強(qiáng)混凝土的水泥，其礦物成份中的C3A含量不宜超過8％。C3A的多少與混凝土拌料變硬、初凝及混凝土的早期強(qiáng)度有很大關(guān)系。C3A人含量較高時(shí)，在外加高效減水劑的拌料中容易出現(xiàn)坍落度迅速損失的現(xiàn)象，當(dāng)然在不同的減水劑和不同牌號(hào)的水泥中并不完全一樣。根據(jù)國外的經(jīng)驗(yàn)，C3S含量偏低的水泥要比通常含量的水泥更適用于高強(qiáng)混凝土。具體選用何種水泥還應(yīng)考慮水化熱的限制以及早期強(qiáng)度和耐久性等要求而定。水泥中游離的氧化鈣、氧化鎂和三氧化硫等有害成份應(yīng)盡可能的少；含堿量應(yīng)低于0.6％。

水泥的比表面積通常在2500～3500cm2/g左右，平均粒徑約為10～20μm而快硬水泥則更細(xì)些，比表面積可到4000cm2/g。將水泥二次磨細(xì)可以提高混凝土強(qiáng)度，但這種辦法一般不宜采用，因能導(dǎo)致過量的水化熱，而且后期強(qiáng)度很少增加。

盡可能減少混凝土中的水泥用量并外加礦物摻合料應(yīng)是配制高強(qiáng)混凝土的一個(gè)重要原則。雖然提高水泥用量可以增加強(qiáng)度，但也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重水化熱和過大收縮等問題；而且水泥用量超過某一限值以后，繼續(xù)增大用量對(duì)混凝土強(qiáng)度的提高作用減弱。對(duì)于C50到C80混凝土，硅酸鹽水泥的單方用量宜相應(yīng)控制在400～550kg以下。配制C80或更高等級(jí)的混凝土，則必須外加超細(xì)摻合料如硅粉或比較細(xì)的粉煤灰、礦渣等，而不是一味加大水泥用量。

2) 化學(xué)外加劑

配制高強(qiáng)混凝土的化學(xué)外加劑主要有高效減水劑及緩凝劑等。目前市場(chǎng)上的國產(chǎn)高效減水劑多為萘系減水劑，不少已與緩凝劑復(fù)合；各種牌號(hào)的高效減水劑在純度和所含雜質(zhì)上差異甚大，有的還含有大量的游離硫酸鈉和氯鹽。由于高效減水劑的用量?jī)H占水泥量的0.5～1.5％，所以這些有害物質(zhì)在混凝土總量中所占的比例比較低，但其作用也不能忽視。

高效減水劑在正確使用的條件下能夠改善水泥的水化條件和提高混凝土的密實(shí)性，所以對(duì)強(qiáng)度、抗?jié)B性以及防止鋼筋銹蝕都有利。但是超量使用高效減水劑會(huì)損害混凝土的耐久性。

多數(shù)的萘系高效減水劑是非引氣性減水劑。如果混凝土強(qiáng)度等級(jí)不是太高，為了增加施工時(shí)的可泵性，則在混凝土拌料中加入引氣性減水劑或另加引氣劑還是合適的。引氣雖然會(huì)降低強(qiáng)度，但可從工作度提高，拌料的用水量得以減少中得到部分補(bǔ)償。當(dāng)非引氣性高效減水劑與引氣劑共同使用時(shí)，有時(shí)會(huì)影響引氣劑的效果，這時(shí)宜再投入少量的密胺樹脂類高效減水劑。

由于不同牌號(hào)水泥所含的化學(xué)成份不同，同一高效減水劑對(duì)不同牌號(hào)水泥的減水效果可有很大差異，也就是高效減水劑與水泥之間有相容性的問題。高效減水劑的用量、投放方式與順序，混凝土拌料的配比，以及環(huán)境溫度等因素都會(huì)對(duì)高效減水劑的效果產(chǎn)生很大影響，使用高效減水劑經(jīng)常遇到的一個(gè)問題就是坍落度隨時(shí)間的迅速損失。通常的解決辦法有：采用與緩凝劑復(fù)合的高效減水劑，使用載體流化劑，或?qū)p水劑分多次投放。載體流化劑是將高效減水劑與載體混合，置入拌料后使減水劑緩慢釋放出來；清華大學(xué)研制的載體流化劑可使拌料坍落度在1.5～2小時(shí)內(nèi)不受損失。多次投放減水劑的辦法是將部分減水劑留到拌料運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后再投入攪拌，或者在開始攪拌時(shí)只投放普通的木質(zhì)素磺酸鹽減水劑，到現(xiàn)場(chǎng)再投入高效減水劑，木質(zhì)素磺酸鹽減水劑同時(shí)有較強(qiáng)的緩凝作用。

如何正確挑選和使用高效減水劑是配制高強(qiáng)混凝土的關(guān)鍵，這需要通過反復(fù)試驗(yàn)確認(rèn)并且往往需有一定的經(jīng)驗(yàn)。這種經(jīng)驗(yàn)又常被當(dāng)作一種秘而不宣的訣竅，所以初次從事高強(qiáng)混凝土配制時(shí)需要取得專門的咨詢，并不是隨意購得減水劑投入攪拌使用就能奏效。

3) 粉煤灰

粉煤灰能有效地提高混凝土的抗?jié)B性，顯著改善混凝土拌料的工作度并具有減水作用，泵送高強(qiáng)混凝土更應(yīng)摻入適量的粉煤灰以提高拌料的可泵性。

應(yīng)用粉煤灰時(shí)必須注意的一個(gè)問題是它的物理特征與化學(xué)成份有很大的變異性，與電廠的燃煤工藝、原料煤的成份、和收集方法等有很大關(guān)系。按照我國標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的規(guī)定，將粉煤灰分為I、II、III三個(gè)等級(jí)。配制高強(qiáng)混凝土宜選用I級(jí)灰，因其顆粒較細(xì)且需水量也較低，但燒失量的限制應(yīng)該更嚴(yán)些，不宜超過2％。碳的含量過高有害，也會(huì)使拌料需水量增加。GB1596－79沒有對(duì)粉煤灰的化學(xué)成份作出規(guī)定，而美國的ASTM標(biāo)準(zhǔn)將粉煤灰分成低鈣和高鈣二類，前者的CaO含量小于10％，通常是無煙煤和煙煤的燃燒產(chǎn)物，活性較低，后者的CaO含量為15～35％，通常是褐煤和次煙煤的燃燒產(chǎn)物，活性較高，但抗硫酸鹽侵蝕和抑制堿骨料反應(yīng)的效果不如低鈣粉煤灰。用粉煤灰取代部分水泥后，混凝土的早期強(qiáng)度會(huì)受到削弱，所以摻量一般不超過水泥重的25％。但如粉煤灰的質(zhì)量?jī)?yōu)良，顆粒較細(xì)，或者含鈣量較高，完全可以采用更大的摻量。當(dāng)工程設(shè)計(jì)所要求的強(qiáng)度以56天或更長(zhǎng)齡期的強(qiáng)度為基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)用粉煤灰就更為有利。

我國在應(yīng)用粉煤灰于泵送高強(qiáng)混凝土已取得不少經(jīng)驗(yàn)。鐵道部鐵道科學(xué)研究院在實(shí)際工程中用525號(hào)普通硅酸鹽水泥426kg／m3，優(yōu)質(zhì)粉煤灰107kg／m3，水膠比0.30，配制出坍落度超過20cm，28天平均強(qiáng)度為73Mpa的泵送混凝土。

4) 磨細(xì)沸石巖、磨細(xì)礦渣、硅粉

沸石巖在我國各地區(qū)均有分布，但品種繁多，所含成份有較大差別，并不是各種沸石巖都能作為高強(qiáng)混凝土的接合料。用于配制高強(qiáng)混凝土的一種摻合料稱為F礦粉，其主要成份為絲光沸石或斜發(fā)沸石并配以少量其他無機(jī)物磨細(xì)而成。F礦粉對(duì)混凝土拌料的流變性能以及硬化后混凝土的強(qiáng)度和耐久性都能起到有利的作用，摻量一般為5～10％。F礦粉是清華大學(xué)土木系開發(fā)的一種產(chǎn)品，現(xiàn)在已有商品供應(yīng)，并在一些工程中應(yīng)用取得很好效果，另一種與沸石粉有關(guān)的產(chǎn)品叫F礦粉增強(qiáng)劑，價(jià)格低于水泥，用它等量取代水泥對(duì)混凝土的增強(qiáng)效果更為顯著。

高爐粒狀礦渣是生產(chǎn)混合水泥一礦渣水泥的主要摻合料，現(xiàn)在國內(nèi)在配制高強(qiáng)混凝土?xí)r尚無將礦渣單獨(dú)磨細(xì)并按照需要摻入混凝土拌料的應(yīng)用實(shí)例。這可能與礦渣的供應(yīng)不如粉煤灰普遍而且又需增加一道磨細(xì)工序有關(guān)。高爐礦渣的活性與高鈣粉煤灰接近，對(duì)拌料的工作度和混凝土耐久性也都有好處。這里需要特別提出的是超細(xì)礦渣在配制高強(qiáng)混凝土中的巨大潛力。一般混合水泥中的礦渣細(xì)度當(dāng)用比表面積表示時(shí)約為3500～4000cm2/g，與水泥顆粒的細(xì)度差不多。國外的研究表明，如果能將礦渣磨細(xì)到8000～12000 cm2/g并等量取代水泥，就能得到非常顯著的增強(qiáng)效果，并使混凝土的坍落度損失減少，可泵性提高，水化熱降低，孔隙率變小。

將沸石粉磨得更細(xì)也有同樣的效果。至于磨細(xì)粉煤灰的效果尚需作更進(jìn)一步的探索，因?yàn)榉勖夯业慕^大部分顆粒本來呈球形，有利于提高拌料的工作度。粉煤灰的細(xì)度通常與水泥接近，磨細(xì)后肯定對(duì)強(qiáng)度有好處，但其球狀表面可能遭到破壞而影響工作度。硅粉的平均粒徑僅0.l～0.2 μm，要比水泥小二個(gè)數(shù)量級(jí)。硅粉的活性也要比水泥高1～3倍。過去一直作為配制高強(qiáng)度等級(jí)混凝土必不可少的摻合料。

硅粉混凝土的特點(diǎn)是特別早強(qiáng)和耐磨，很容易獲得高強(qiáng)，而且耐久性優(yōu)良。應(yīng)用硅粉時(shí)拌料的水灰比宜控制在0.3以下，摻量不宜超過10％，一般可取5％左右，并且宜和粉煤灰等摻料一起使用。硅粉的價(jià)格較貴，過大的摻量對(duì)提高強(qiáng)度的作用并不一定顯著。

5) 骨料

粗骨料的性能對(duì)高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度及彈性模量起到?jīng)Q定性的制約作用，如果骨料強(qiáng)度不足，其它提高混凝土強(qiáng)度的手段都將起不到任何作用。當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)在C70～C80及以上時(shí)，仔細(xì)檢驗(yàn)粗骨料的性能就變得十分重要。但對(duì)C50～C60混凝土，通常對(duì)粗骨料的要求并無過于挑剔之處，雖然不同的粗骨料對(duì)于較低等級(jí)高強(qiáng)混凝土的性能也有明顯影響。

用于高強(qiáng)混凝土的粗骨料宜選用堅(jiān)硬密實(shí)的石灰?guī)r或輝綠巖、花崗巖、正長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖等深成火成巖碎石。也可用卵石配制強(qiáng)度等級(jí)不高的C50～C60混凝土。卵石混凝土比碎石混凝土有較好的工作度，同樣坍落度下的用水量稍少，有時(shí)仍可配制出與碎石混凝士相近的強(qiáng)度。粗骨料的吸水率愈低，質(zhì)量密度愈高，配制的混凝土強(qiáng)度就愈高。

粗骨料的最大粒徑與混凝土構(gòu)件的尺寸、鋼筋間距、以及泵送條件等多種因素有關(guān)。通常情況下，對(duì)于級(jí)配良好的粗骨料來說，最大粒徑愈大，所有粗骨料堆積后的空隙體積就愈小，因而能夠節(jié)約水泥漿，對(duì)于強(qiáng)度、變形都有利，并且拌料的工作度也比較好。但是粗骨料的顆粒愈大，顆粒本身的強(qiáng)度愈低，混凝土的抗?jié)B性能也差。所以配制C70～C80混凝土?xí)r應(yīng)選用粒徑小于20mm的碎石，對(duì)于C50～C60混凝土，粗骨料最大粒徑可到25mm。

高強(qiáng)混凝土對(duì)細(xì)骨料的要求比較一般，但其中的粘土及云母含量應(yīng)盡量的低。粘土不但降低強(qiáng)度，并使拌料的需水量增加。細(xì)骨料在骨料總量中的比值宜比普通強(qiáng)度混凝土高些，砂率可取0.33左右。為了照顧泵送需要，此時(shí)的砂率可到0.40。

6) 配比

高強(qiáng)混凝土包括多種組分，它的配比只能參照有關(guān)資料或經(jīng)驗(yàn)，通過仔細(xì)的試配并反復(fù)修改后確定。資料[1]中綜合了許多配比實(shí)例，包括國內(nèi)外一些典型工程中所采用的具體數(shù)據(jù)，可以作為開始試配時(shí)的參考?；炷潦且环N地方性很強(qiáng)的材料，最優(yōu)的配比應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)施工所需的工作度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的強(qiáng)度并結(jié)合本地區(qū)的原材料特點(diǎn)而定，不可能有統(tǒng)一的配方。

一般來說，各種強(qiáng)度等級(jí)的高強(qiáng)混凝土都宜加入一種或二種以上的摻合料，配制C80以上的高強(qiáng)混凝土必須加入硅粉或其他細(xì)度較高的礦物摻合料，水與全部膠結(jié)材料的重量比小于0.38，并隨著強(qiáng)度等級(jí)提高而降低這一水膠比的數(shù)值。硅酸鹽水泥用量對(duì)C50～C60混凝土不宜超過400～450kg／m3，對(duì)C80混凝土不宜超過500kg／m3。

試配時(shí)可以先設(shè)定水泥用量、水灰比和砂率，用絕對(duì)體積法或用容重法算出砂石數(shù)量，摻合料按等量置代部分水泥。如拌料的坍落度不能滿足要求可以適當(dāng)調(diào)整高效減水劑用量和用水量。改變砂率和摻合料數(shù)量也能對(duì)坍落度起到作用。

現(xiàn)在已有一些學(xué)者對(duì)高強(qiáng)或高性能混凝土提出各自的配比設(shè)計(jì)理論和方法。其中的一個(gè)方法認(rèn)為[7]：水泥漿在混凝土中所占的體積以35％為最優(yōu)，過多的漿體對(duì)收縮徐變等體積穩(wěn)定性不利，過低時(shí)則拌料的工作度差，另外還認(rèn)為高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度與用水量成線性關(guān)系，對(duì)于平均強(qiáng)度為75、85、100、115MPa的混凝土用水量可分別取為160、150、140、130kg／m3。在確定了水泥漿的體積比以及用水量以后，就可以算出其他原材料的數(shù)量。例如在試配75MPa混凝土?xí)r，水為160kg/m3在每方混凝土中占0.16m3，漿體中總有約2％的空氣占0.02m3，這樣在規(guī)定的35％體積或0.35m3的漿體中，膠結(jié)材料總量就是0.17m3；將膠結(jié)料總量中的25％用粉煤灰代替，有粉煤灰為0.0425m3，乘粉煤灰的質(zhì)量密度2500kg／m3后得粉煤灰重為106kg，水泥占膠結(jié)料75％為0.1275m3，乘水泥質(zhì)量密度3140kg/m3得400kg；骨料的體積規(guī)定占混凝土中的65％，若取砂率為0.4，則在每方混凝土中，砂為0.26m3，重690kg，石子0.39m3重1050kg。膠結(jié)料總量為506kg，取高效減水劑摻量為膠結(jié)料的l％即5kg，從以上數(shù)據(jù)，得水膠比為0.316，水灰比0.4上述配比是按高流動(dòng)度混凝土設(shè)計(jì)的，坍落度預(yù)定為15～25cm。如得出的坍落度不足，可適當(dāng)增加減水劑用量；如需要早強(qiáng)，可將10％的粉煤灰體積用硅粉代替。在上述估算中完全沒有考慮原材料的質(zhì)量，因?yàn)檫@只是作為初次試配時(shí)的參考依據(jù)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)要注意以下各點(diǎn)：

1) 高強(qiáng)混凝上受壓時(shí)呈高度脆性，延性很差。材料的延性與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性既有聯(lián)系，又不相同，對(duì)于高強(qiáng)混凝土構(gòu)件的主要受力部位必須加強(qiáng)箍筋等橫向約束作用來改善其延性。由于塑性變形能力較差，高強(qiáng)混凝土中鋼筋錨固粘結(jié)應(yīng)力的分布變得更不均勻，所以在鋼筋搭接和錨固部位，也要加強(qiáng)設(shè)置橫向箍筋。

2) 高強(qiáng)混凝土的抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度雖然均隨抗壓強(qiáng)度增加而增加，但它們與抗壓強(qiáng)度的比值卻隨強(qiáng)度提高而變得愈來愈小，所以在處理高強(qiáng)混凝土構(gòu)件的抗剪、沖切和扭轉(zhuǎn)等問題時(shí)必須慎重。高強(qiáng)混凝土破壞時(shí)的斷裂面穿過粗骨料，不象普通強(qiáng)度混凝土那樣沿著骨料界面分開，所以高強(qiáng)混凝土受剪斜裂面上的骨料起不到咬合作用而喪失對(duì)抗剪的貢獻(xiàn)。國外甚至有試驗(yàn)表明當(dāng)混凝土強(qiáng)度超過90～100Mpa后，無腹筋梁的斜截面承載力不再增長(zhǎng)或呈現(xiàn)下降趨勢(shì)?，F(xiàn)行規(guī)范的抗剪強(qiáng)度計(jì)算方法用于高強(qiáng)混凝土?xí)r應(yīng)加修正，特別是跨高比甚大或截面很高的情況。

3) 高強(qiáng)混凝土受壓時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線形狀與普通強(qiáng)度混凝土差別甚大，所以按壓區(qū)混凝土的應(yīng)力分布圖形假定為矩形來計(jì)算極限狀態(tài)下的正截面承載力時(shí)，對(duì)于彎壓強(qiáng)度cm的取值、矩形應(yīng)力分布圖高度x與中和軸高度xn的比值、以及壓區(qū)混凝土極限應(yīng)變εcu的數(shù)值，已再不能沿用現(xiàn)行規(guī)范中的數(shù)據(jù)，否則對(duì)于壓區(qū)混凝土高度靠近界限高度時(shí)的偏心受壓構(gòu)件和受彎構(gòu)件，就會(huì)得出很不安全的結(jié)果。

4) 在相同的橫向約束力作用下，高強(qiáng)混凝土縱向承載力的改善要比普通強(qiáng)度混凝土稍差，所以在計(jì)算配有間接鋼筋的螺旋箍筋柱和局部承壓等承載能力時(shí)，表示橫向約束作用貢獻(xiàn)的部分也要做出修正。高強(qiáng)混凝土有易遭劈裂的傾向，因此在設(shè)計(jì)局部承壓時(shí)還應(yīng)驗(yàn)算抗裂強(qiáng)度，在配置鋼筋時(shí)要避免造成容易引起劈裂的構(gòu)造方法。

5) 高強(qiáng)混凝土的耐火性能不如普通強(qiáng)度混凝土，在100～350C高溫下的強(qiáng)度損失約為20～30％，而普通強(qiáng)度混凝土在這一溫度下的強(qiáng)度甚至能有稍許提高；但在更高溫度下，二者的強(qiáng)度損失比值則大體相同。高強(qiáng)混凝土在火災(zāi)下還易產(chǎn)生表皮局部崩落，但用于一般建筑物仍能滿足防火要求。德國曾結(jié)合在法蘭克福建造的一幢歐洲最高的混凝土建筑，對(duì)其強(qiáng)度為85MPa的混凝土柱進(jìn)行了足尺抗火試驗(yàn)，結(jié)果認(rèn)為在初始30min內(nèi)有某些表皮剝落，但全部試件均滿足規(guī)程規(guī)定的耐火180min的要求。

6) 高強(qiáng)混凝土彈性模量和抗拉強(qiáng)度受骨料品種的影響很大。相同抗壓強(qiáng)度的高強(qiáng)混凝土由于粗骨料的堅(jiān)硬不同、砂率不同、含氣量不同而在彈性模量上呈現(xiàn)重大差別。所以設(shè)計(jì)中如需準(zhǔn)確定出彈性模量和抗拉強(qiáng)度的數(shù)值時(shí)，應(yīng)該通過實(shí)測(cè)得出。泵送混凝土往往采用偏高的砂率、較多的水泥漿以及引氣，因而彈性模量可能顯著偏低，收縮量偏大。

7) 盡管高強(qiáng)混凝土的持久強(qiáng)度系數(shù)要高于普通強(qiáng)度混凝土，但是高強(qiáng)混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)比例要比普通強(qiáng)度混凝土小得多。尤其是處于空氣環(huán)境中的摻硅粉混凝士，后期強(qiáng)度很少增加，不過接粉煤灰的混凝土則例外。

8) 高強(qiáng)混凝土的水泥用量通常較高，水化熱的有害影響不容忽視。水化熱易造成混凝土開裂，另外當(dāng)引起的溫度超過70～80℃時(shí)，還會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度。如結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面或體積較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)水化熱的影響作出估算，并提出相應(yīng)的施工方案和措施。

除了上面所說的各點(diǎn)外，在高層建筑設(shè)計(jì)中還會(huì)遇到的問題有：

1) 不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土梁柱的連接。柱子的強(qiáng)度通常高于梁，不同強(qiáng)度混凝土的接縫應(yīng)設(shè)在梁內(nèi)并離開柱邊一段距離。如果接縫二側(cè)的混凝土先后澆筑，則先澆筑強(qiáng)度較高的混凝土，接縫留成斜面，離開柱邊至少一倍梁高，具體做法已在第二篇《高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)施工指南》中有過規(guī)定。如果條件許可或者材料造價(jià)增加不多，最好將梁柱的混凝土強(qiáng)度統(tǒng)一起來，提高梁的混凝土強(qiáng)度后可以通過增大配筋率來降低梁的截面高度，或者利用高強(qiáng)混凝土的較高變形模量和抗裂性來增大梁的跨度，這些在建筑使用上可能都有一定好處；當(dāng)樓層采用預(yù)應(yīng)力體系時(shí)，采用高強(qiáng)混凝土就更為合適。解決不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土梁柱連接的另一個(gè)辦法是將梁柱節(jié)點(diǎn)的混凝土強(qiáng)度降到與梁相同，這樣可將節(jié)點(diǎn)與梁一起澆筑而方便施工；節(jié)點(diǎn)的混凝土強(qiáng)度低于柱子以后就必須采取相應(yīng)的構(gòu)造措施來提高節(jié)點(diǎn)的承載能力，如局部增設(shè)豎向粗鋼筋并配以螺旋箍筋，或增設(shè)豎向的焊接鋼管等來彌補(bǔ)混凝土強(qiáng)度降低對(duì)承載能力的影響。國內(nèi)已對(duì)這一方法進(jìn)行過試驗(yàn)并得出肯定的結(jié)論，但是節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)的混凝土強(qiáng)度對(duì)于抗震性能至關(guān)重要，任何降低核芯區(qū)混凝土強(qiáng)度的做法都會(huì)程度不等的削弱結(jié)構(gòu)的抗震能力，如果梁柱的混凝土強(qiáng)度相差不大，這種做法估計(jì)不會(huì)有太大問題，特別對(duì)四周均有梁連接的內(nèi)節(jié)點(diǎn)，其核芯區(qū)在各個(gè)方向上均受到約束而處于比較有利的受力狀態(tài)，而在其他情況下，降低節(jié)點(diǎn)混凝土強(qiáng)度的方法似不宜推薦。

2) 高配筋率。將高強(qiáng)混凝土引入高層建筑能有效降低柱子的軸壓比而改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。但是高強(qiáng)混凝土材料較脆，而抗震又要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件有較好延性，所以高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)必須有較高的配筋率。這主要指較高的最小主筋配筋率和最小箍筋率，尤其是柱端梁端的箍筋加密區(qū)必須有相當(dāng)?shù)捏w積箍筋率。我國在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中，一直習(xí)慣于較低的配筋量，雖然節(jié)約了鋼材，但有時(shí)也會(huì)造成構(gòu)件截面和自重較大、延性較差、防御地震、爆炸等突發(fā)災(zāi)害荷載作用的能力相當(dāng)?shù)拖碌热毕?，?duì)于重要工程設(shè)施來說是很不適宜的。國外抗震建筑的用鋼量要比我國高得多，如日本在高強(qiáng)混凝土抗震高層建筑中，柱子箍筋加密區(qū)的體積箍筋率高達(dá)4%，梁中2％。為了方便施工和適當(dāng)降低箍筋率，應(yīng)該選用強(qiáng)度較高的鋼筋作箍筋，采用螺旋箍筋，或者其他具有更好約束作用的配筋型式如焊接鋼筋網(wǎng)片等。對(duì)于超高層抗震建筑，宜采用組合柱的型式，即將型鋼、鋼管或鋼板與高強(qiáng)混凝土結(jié)合起來，高強(qiáng)混凝土H型鋼組合柱和鋼管組合柱在國外均已有工程應(yīng)用實(shí)例，日本在一個(gè)超高層抗震建筑的研究設(shè)計(jì)中，則采用了鋼板組合柱的方案，將鋼板焊成四字形，中間灌入超高強(qiáng)混凝土。

鋼管混凝土柱是在高層建筑中應(yīng)用高強(qiáng)混凝土的一種經(jīng)濟(jì)有效的結(jié)構(gòu)形式。這是因?yàn)椋轰摴軐?duì)核心混凝土的約束作用，能最有效地克服高強(qiáng)混凝土的脆性；鋼管內(nèi)無鋼筋骨架，便于澆灌高強(qiáng)混凝土，避免了柱與梁板普通混凝土交錯(cuò)澆灌的麻煩，并且可以采用先進(jìn)的泵灌混凝土工藝；鋼管外無混凝土保護(hù)層，能充分發(fā)揮高強(qiáng)混凝土的承載力；鋼管兼有縱筋和箍筋的功能，其用鋼量較普通鋼筋骨架為省。目前，在美、澳等國的44～62層的超高層建筑中，已采用混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C70～C130的鋼管混凝土柱，經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益十分顯著，被認(rèn)為是高層建筑技術(shù)的重大突破。近年來，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)已在我國的高層建筑中得到應(yīng)用。

3) 強(qiáng)度的齡期基準(zhǔn)?；炷恋膹?qiáng)度等級(jí)以 28天齡期的強(qiáng)度作為基準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)通常也以這一齡期作為依據(jù)。由于高層建筑的建設(shè)周期較長(zhǎng)，底層柱子承受全部設(shè)計(jì)荷載時(shí)的齡期將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過28天，所以有的國家在設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)，以56天齡期或更長(zhǎng)齡期時(shí)的混凝土強(qiáng)度作為確定設(shè)計(jì)強(qiáng)度的依據(jù)。但是我國的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和施工規(guī)范所給出的安全儲(chǔ)備相對(duì)較低，所以高層建筑在設(shè)計(jì)時(shí)仍以28天齡期強(qiáng)度作為基準(zhǔn)為宜，除非是后期強(qiáng)度有突出增長(zhǎng)的粉煤灰混凝土或可考慮更長(zhǎng)一些的齡期。高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度發(fā)展還與環(huán)境溫度有較大關(guān)系，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)是以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下獲得的強(qiáng)度作為基準(zhǔn)的，而標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件與工地現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫度可能差異較大。所以高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)應(yīng)該留取更多的小試件，分別測(cè)定不同齡期、不同養(yǎng)護(hù)條件下的強(qiáng)度變化，這些都應(yīng)該在設(shè)計(jì)文件中事并提出要求。重要的工程還要有鉆芯試件。

施工和質(zhì)量檢驗(yàn)

高強(qiáng)混凝土的施工必須有嚴(yán)格的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證制度，這是高強(qiáng)混凝土區(qū)別于普通強(qiáng)度混凝土的一個(gè)重要特點(diǎn)。

1． 試配

在正式生產(chǎn)施工前，高強(qiáng)混凝土應(yīng)先通過試配，即根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，選定幾種不同的配合比與配料的不同投放順序，通過仔細(xì)的比較來確定最優(yōu)方案，以滿足拌合料坍落度、凝結(jié)時(shí)間、空氣含量，以及混凝土強(qiáng)度及其隨齡期變化等的要求。試配必須嚴(yán)格模擬施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境以及實(shí)施程序，所用的原材料應(yīng)是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的，試配時(shí)的環(huán)境溫度應(yīng)與工程施工現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)；試配時(shí)對(duì)坍落度的要求應(yīng)考慮到實(shí)際使用的混凝土拌合料在運(yùn)輸和澆注過程中的損失。運(yùn)輸和施工作業(yè)所需的時(shí)間以及現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的最高氣溫是試配中必須注意的重大問題。溫度愈高，作業(yè)時(shí)間愈大，愈能識(shí)別坍落度的損失程度。當(dāng)在試驗(yàn)室條件下進(jìn)行試配時(shí)，要求達(dá)到的混凝土強(qiáng)度應(yīng)該比工地現(xiàn)場(chǎng)所要求的大一些，這是由于現(xiàn)場(chǎng)的條件一般比試驗(yàn)室差，在相同配比情況下獲得的混凝土強(qiáng)度往往偏低。

　　現(xiàn)場(chǎng)施工所要求的混凝土平均立方強(qiáng)度應(yīng)大于設(shè)計(jì)規(guī)定的混凝土強(qiáng)度等級(jí)或混凝土標(biāo)號(hào)所表明的數(shù)值。強(qiáng)度等級(jí)所表明的是具有95％保證率、邊長(zhǎng)為15cm立方試件的28天齡期抗壓強(qiáng)度，其數(shù)值為平均強(qiáng)度加 1.645倍均方差要比普通混凝上低得多。均方差大體可按下式估計(jì)：
σ = 3.2 + 0.025 cu
式中σ —— 均方差；
cu —— 立方強(qiáng)度的均值
上式根據(jù)北美的統(tǒng)計(jì)資料得出，與我國現(xiàn)場(chǎng)施工所得的少量數(shù)據(jù)相比差的不多，可以作為參考。

2． 質(zhì)量控制與質(zhì)量保證

混凝上的質(zhì)量控制至少包括以下幾方面的內(nèi)容1）施工單位、混凝土供應(yīng)單位和甲方委托的設(shè)計(jì)或試驗(yàn)單位之間的書面協(xié)議，明確技術(shù)要求，規(guī)定各方的職責(zé)；2）各種原材料質(zhì)量和性能的初始證明和定期測(cè)試證明；3）對(duì)混凝土拌合料特性及混凝土強(qiáng)度的系統(tǒng)測(cè)定記錄與統(tǒng)計(jì)。

混凝土供應(yīng)單位保證原材料的質(zhì)量；施工單位要指定一名專職的質(zhì)量管理負(fù)責(zé)人總管混凝土的質(zhì)量，監(jiān)督所有各方；試驗(yàn)室則派專人到配料地點(diǎn)和澆注地點(diǎn)進(jìn)行檢查，同時(shí)設(shè)專職人員到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試拌合料質(zhì)量和按規(guī)定留取強(qiáng)度測(cè)定用的標(biāo)準(zhǔn)試件。拌合料性能和混凝土強(qiáng)度測(cè)定的取樣主要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)澆注時(shí)的混凝土，但也要根據(jù)具體情況在其它場(chǎng)合進(jìn)行測(cè)試和取樣，如在工廠預(yù)拌裝車時(shí)，遠(yuǎn)距離運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)卸料時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)再次投放減水劑并攪拌的前后，以及泵送前后等，拌合料的空氣含量在長(zhǎng)時(shí)間攪拌和輸送過程中有可能增加，應(yīng)作為一項(xiàng)測(cè)試的內(nèi)容。水灰比愈低，每增加l％空氣含量造成的強(qiáng)度損失比例愈大。

拌合物的坍落度和凝結(jié)時(shí)間，以及混凝土的早期與28天強(qiáng)度，是高強(qiáng)混凝土施工質(zhì)量控制的核心內(nèi)容。在施工過程中應(yīng)不斷的對(duì)混凝土強(qiáng)度及其變異程度作出統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)修正。

混凝土質(zhì)量控制的具體內(nèi)容應(yīng)該根據(jù)工程對(duì)象和具體條件而定，一般應(yīng)實(shí)施以下的措施：

1) 對(duì)所有參與操作的人員進(jìn)行培訓(xùn)和技術(shù)交底，并對(duì)他們提出需完成的各種記錄文件的要求，比如對(duì)于運(yùn)送預(yù)拌混凝土的司機(jī)，要求有路途運(yùn)送時(shí)間、攪拌輸送車攪動(dòng)轉(zhuǎn)速、以及裝卸車時(shí)間的記錄等；

2) 制訂專職人員到預(yù)拌工廠和現(xiàn)場(chǎng)的定期檢查、測(cè)定制度，包括對(duì)各種原材料和生產(chǎn)狀態(tài)的宏觀檢查和抽樣測(cè)試，對(duì)原材料進(jìn)料、儲(chǔ)存、計(jì)量、裝料、攪拌、運(yùn)輸、振搗、養(yǎng)護(hù)的每一環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)督；

3) 制定駐現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)拌合料性能測(cè)定并按規(guī)定留取混凝土小試件的制度，試件的數(shù)量至少應(yīng)能滿足供早期及28天強(qiáng)度測(cè)定所需，一般應(yīng)每批不少于6組，每組3塊；

4) 制定應(yīng)急計(jì)劃。這包括備件的準(zhǔn)備，以及當(dāng)供給的混凝土拌合料質(zhì)量出現(xiàn)問題時(shí)的處置方案等；

5) 制定控制水灰比的具體措施。高強(qiáng)混凝土的用水量必須嚴(yán)格計(jì)算和控制，骨料的含水量應(yīng)該從用水量中扣除，每天需用烘干法測(cè)定骨料含水量，每次配料時(shí)砂子的含水量還應(yīng)采用含水量自動(dòng)測(cè)試儀連續(xù)測(cè)定。為了減少?zèng)_洗攪拌設(shè)備遺留的水量和遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)乃终舭l(fā)對(duì)水灰比的影響，混凝土攪拌輸送車在每次清洗后必須倒盡遺留在鼓筒中的水分，此外在任何情況下都不得在拌料中摻加計(jì)劃外用水，因各種原因造成坍落度不足而無法施工的拌合料只能另作它用；

6) 制定控制拌合料溫度的措施和必要時(shí)測(cè)定水化熱溫度的具體措施；

7) 確定施工過程所需的時(shí)間，盡可能縮短從攪拌到振搗完畢的時(shí)間過程。

高強(qiáng)混凝土施工過程中要注意的問題還有：l）為了保持砂石潔凈，對(duì)砂石堆放環(huán)境也有專門要求；2）細(xì)骨料在投料前不宜過干，其含水量宜采用自動(dòng)檢測(cè)井通過自動(dòng)稱量裝置，進(jìn)行用水量修正；3）攪拌必須均勻，高強(qiáng)混凝土的攪拌要比普通強(qiáng)度混凝土困難，必須采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，并延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，約比普遍強(qiáng)度混凝土攪拌時(shí)間長(zhǎng)一半；4）投料順序?qū)?qiáng)度有很大影響，需經(jīng)仔細(xì)探討后確定；5）對(duì)高坍落度的流態(tài)混凝土也需認(rèn)真振搗，時(shí)間可稍短些，對(duì)驅(qū)除拌料中的氣泡有作用；6）及時(shí)養(yǎng)護(hù)，低水灰比的混凝士表面不泌水，容易在凝結(jié)過程或澆注后不久就出現(xiàn)表面干縮裂縫，早期養(yǎng)護(hù)對(duì)高強(qiáng)混凝土最為緊要。

3． 強(qiáng)度檢驗(yàn)

測(cè)定高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度用的小試件所給出的強(qiáng)度數(shù)值受到多種因素的影響，情況要比普通強(qiáng)度混凝土中復(fù)雜得多。已有一些研究發(fā)現(xiàn)，由于高強(qiáng)混凝土的水灰比很低，即使在密封條件下也會(huì)發(fā)生自收縮，試件內(nèi)部容易引起較大的內(nèi)應(yīng)力。高強(qiáng)混凝土質(zhì)地密實(shí)，水份不能滲透，對(duì)于水中養(yǎng)護(hù)的試件，表面接觸水份膨脹，內(nèi)部缺水收縮，結(jié)果產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。如將試件從水中取出并很快進(jìn)行加載試驗(yàn)，得到的抗壓強(qiáng)度會(huì)因內(nèi)應(yīng)力而明顯降低。如將試件從潮濕環(huán)境中取出放在正常大氣中幾天后再進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得的強(qiáng)度就會(huì)趨于平常。試種收縮膨脹自力對(duì)于抗拉強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果影響更大。

與普通強(qiáng)度混凝土相比，不同的加載設(shè)備和加載方法對(duì)高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果影響更為顯著。機(jī)器剛度較低時(shí)，測(cè)得高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度就偏低。機(jī)器加壓板的剛度和球座的對(duì)中程度與轉(zhuǎn)動(dòng)能力均會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。日本有過一項(xiàng)對(duì)比試驗(yàn)，在16個(gè)不同研究機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)機(jī)上，對(duì)同樣的混凝土試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)定。在不同機(jī)器得出的各個(gè)強(qiáng)度測(cè)定值中，高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度差異明顯大于普通強(qiáng)度混凝土，前者的最小值與最大值之比為0.69，而后者則為0.75。這項(xiàng)研究也得出試件的尺寸影響在高強(qiáng)混凝土中更為顯著的結(jié)論。

由于機(jī)器能力的限制，高強(qiáng)混凝土常用10cm邊長(zhǎng)的立方試件進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)定，得到的強(qiáng)度cu.10應(yīng)該乘以折算系數(shù)k換算到15cm邊長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)立方試件的強(qiáng)度。普通強(qiáng)度混凝土中的這一k值為0.95。為了確定高強(qiáng)混凝土的k值，國內(nèi)已作了不少試驗(yàn)，多數(shù)結(jié)論是k值隨混凝上強(qiáng)度提高而降低，對(duì)于80～90MPa混凝土約為0.92。國外的許多試驗(yàn)也給出類似結(jié)果，但也有個(gè)別試驗(yàn)得到高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度不受試件尺寸影響的結(jié)論。這種情況其實(shí)并不足為奇，因?yàn)樵谄胀◤?qiáng)度混凝土的尺寸影響試驗(yàn)中，也曾有人得到尺寸影響系數(shù)為1的結(jié)論。當(dāng)試件上下的加壓板剛度非常大時(shí)，尺寸影響系數(shù)趨于減少。

如果條件許可，應(yīng)該采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸立方塊。當(dāng)必須采用 I0cm邊長(zhǎng)試件時(shí)，從偏于安全考慮，建議折算系數(shù)k取為隨cu.10而變的數(shù)值。當(dāng)cu.10≤55MPa時(shí)k=0.95，當(dāng)cu.10=90MPa時(shí)k=0.91．中間值按線性插入。

在高強(qiáng)混凝土性能的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)上，還有混凝土拌料工作度的測(cè)試方法和混凝土抗摻性能測(cè)試方法急需制訂。常規(guī)的坍落度測(cè)試方法不能完整反映流態(tài)高強(qiáng)混凝土的工作度特性，而現(xiàn)行的抗?jié)B性能測(cè)試方法主要用壓力水的滲透程度進(jìn)行評(píng)估，顯然不適用于實(shí)際上不透水的高強(qiáng)混凝土。

結(jié)語

現(xiàn)代高強(qiáng)混凝土的出現(xiàn)是建筑工業(yè)上的一個(gè)重要進(jìn)展。在可預(yù)見的將來，它是最有潛力能被大量用于各類重要結(jié)構(gòu)尤其是基礎(chǔ)設(shè)施工程的新一代結(jié)構(gòu)材料。

工程中應(yīng)用強(qiáng)度高達(dá)100MPa的高強(qiáng)混凝土在一些發(fā)達(dá)國家里已是比較成熟的技術(shù)。我國在現(xiàn)代高強(qiáng)混凝土領(lǐng)域已經(jīng)作了大量的研究工作并且有了10年以上的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，目前已經(jīng)具備普遍推廣C50—C80高強(qiáng)混凝土的基本條件。

應(yīng)用高強(qiáng)混凝土可帶來很大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。在設(shè)計(jì)高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)必須注意加強(qiáng)構(gòu)件的延性，要改變過去習(xí)慣追求低配筋率的傾向。高強(qiáng)混凝土的施工必須有嚴(yán)格的質(zhì)量控制和保證制度，材料的試配和高效減水劑的使用應(yīng)該在有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員指導(dǎo)下進(jìn)行。