高性能材料在结构工程中发展与应用探讨

周春华 马立广

摘  要：随着经济社会的不断发展，科技进步的不断创新，越来越多的新型建筑材料和手段被应用到土建工程中，使土建工程日益呈现出现代化的特点。近些年来，混凝土材料的种类不断增多，使混凝土材料在土建工程中的作用越来越大，本文介绍了一种新型混凝土材料的特点和展望。

关键词：土建工程  混凝土材料  应用

一、高性能混凝土技术在建筑工程施工中的应用

（一）高性能混凝土特性

1.新拌混凝土的工作性。新拌混凝土的工作性是一个综合指标，如流动性、可泵性、填充性、均匀性等。HPC要求新拌混凝土具有大流动性（坍落度20cm～25cm）及流动度经时损失小，以满足混凝土集中搅拌、运输、泵送、浇注的工艺要求。甚至在浇注时要求混凝土不振捣自流平，即好的填充性。最终得到均匀稳定的混凝土。这些要求是普通混凝土难以满足的。与普通混凝土相比，HPC的组分复杂，多种掺合料与超塑化剂配合使用，其目的是通过这些组分来调整性能。其中最关键的技术之一是超塑化剂及其组成。单一成分的超塑化剂虽然对水泥浆有强的分散作用，减水率高达18以上，但并不能满足HPC对工作性的全部要求。因为单一成分的超塑化剂难以解决坍落度损失、离析分层等问题。因此，必须将高效减水剂与缓凝剂、引气剂、稳定剂等组成复合超塑化剂才能较全面满足HPC对工作性的要求。

2.硬化混凝土的性能。现代建筑向高层化、大跨度方向发展，因此促进了高强HPC的研究和开发。在高层建筑中，混凝土强度是对应于柱子的轴力。可以说建筑物的层数是由所使用的混凝土强度来决定的。25～30层的建筑物要使用强度36MPa～42MPa的混凝土，30～35层要42MPa～48MPa，更高层的建筑就需要更高强的混凝土，如60层需用100MPa。目前建筑物设计和施工以30～35层居多。因此，上述讨论的强度范围60MPa～120MPa的HPC 是目前研究和今后发展的方向，而大量使用的强度标号是C40 混凝土。在此情况下，配合比设计可以参照普通混凝土的方法，但是主要组成材料和性能应满足HPC的要求。HPC可能比普通混凝土要耐久得多，这是因为在设计配合比时，就考虑到耐久性问题。特别是早期下沉和硬化收缩小、干缩小、水化放热低，因而提高了混凝土抗裂缝能力，无初始结构缺陷。硬化后的混凝土密实、渗透性低。这些都使混凝土抵抗外部因素的能力得到提高，最终得到耐久性好的混凝土。

（二）新型混凝土材料的应用及发展

混凝土是土木工程中用途最广、用量最大的一种建筑材料，新型混凝土在实际土建工程中得到了越来越广泛的应用。尤其是在高层建筑、大跨度的桥梁、海上的采油平台、矿井工程、海港码头等工程中的应用日益增多。现如今，商品混凝土在市场竞争中的唯一要求是在保证工作性、强度和耐久性的前提下使其成本和售价降到最低。

二、混凝土裂缝的控制

（一）裂缝产生的原因分析

1.原材料与砼配合比方面

（1）水泥越来越细的形势下，混合材料参量减少，水泥用量增加，带来的水化热高，早期强度高收缩加大等弊端，严重增加砼开裂的趋势。

（2）砼配合比中发现商品砼厂家依靠加QY-5型高效减水剂来保证施工需要的塌落度。研究证明，水胶比越低，砼的开裂趋势越大，当砼的其他条件相同时，降低高强砼的水胶比能明显增加高强的早期自收缩和总收缩。

（3）微膨胀剂UEA-D的参量较高，虽然能使砼产生适度膨胀，以补偿砼的收缩，从而改善砼抵抗干缩开裂的能力，但是因为膨胀剂要吸收大量水分，当砼早期湿养护稍有不足時，掺膨胀剂的砼可能更易开裂。

2.施工方面

（1）商品砼中掺加的微膨胀剂UEA-O，其使用说明中提出，由于边墙薄又难以养护，早拆模使砼温度增大易出现收缩干裂，常温下砼浇注1d后松动螺丝，使模板离墙2-3mm，从顶部浇水养护不少于10d，而在实际施工中难以真正做到。

（2）设计时，地下室墙体均按埋入土中或室内结构考虑，但实际上很难做到墙体完成后立即回填土和完成顶板。

（3）砼浇注完，一般20-24h后即可拆模而恰在此时砼内温度也几乎达到峰值，此时拆模后即用冷水浇到砼表面养护，会导致更大的温差，对抗裂没有好处。

（二）裂缝控制措施

1.砼材料控制

（1）选择合适的水泥和严格控制水泥用量选用收缩量较小的水泥，一般低水化热水泥（如矿渣硅酸盐水泥）和掺煤灰水泥，降低水泥的用量，减少水化热，减少砼的温升值。并尽量选用后期强度（90d或120d）高，降低水泥量，并延缓峰值。

（2）砼的干收缩受水胶比的影响较大，水胶比越大干缩越大，因此在砼配合比设计中应尽量控制水胶比。

2.改变墙体钢筋设计，减少钢筋间距， 在不改变墙板钢筋总量的情况下建议设计部门对墙板水平钢筋进行等截面代换，将原来的粗钢筋大间距改为细钢筋小间距，从而增大墙体的整体约束力，防止墙板产生裂缝。

3.合理设置后浇带，减少早期不均匀沉降，放松约束程度。不均匀沉降主要由地基地质和上部建筑物荷载不一引起，由于地下室墙体一般比较长，可以在墙体中不超过60m增加后浇带或膨胀加强带，这样，有效减少了工程早期可能有不均匀沉降产生的裂缝，同时还减少了砼浇注长度引起的蓄热量 ，减少温度应力，对裂缝的预防和控制扩展起到了相当的作用。

三、结束语：

现在建筑业的发展趋势是愈加倾向于新型建筑材料的使用，和能源的节约以及再利用，这不仅是能源方面的突破，也是处于环保的要求，高性能混凝土能很好的实现材料、能源和环保的有机结合。土建工程造价的管理与投资控制的主要目的，就是运用科学方法解决土建工程中经营与管理问题，只有在整个工程的各个阶段都严格控制造价，才能尽量减少或避免建设资金的流失，最大限度地提高资源的利用率。

参考文献：

[1]张鹏.新型混凝土材料在土木工程领域中的应用[J].邢台职业技术学院学报，2008，（2）.

[2]俞瑞堂.高性能混凝土的发展与展望[J].水利水电工程设计，1997，（2）.