C60级混凝土在主厂房结构的应用探讨

张金龙

【摘要】本文介绍C60级高强混凝土发展和在实际设计中应用情况。结合本工程具体情况，针对主厂房框架柱截面的选取，在此两种材料和常规材料之间作了详细的经济技术比较后，做出合理的材料选用，并指出在工程中使用的范围及注意事项，以达到安全可靠、技术成熟先进、便于运行、节约投资、增强美观的效果，展现现代化新型电厂的风采。

【关键词】C60级高强混凝土;主厂房结构【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

1、引言

《混凝土结构设计规范（2015年版）》GB50010-2010中提到我国建筑工程实际应用的混凝土平均强度等级和钢筋的平均强度等级，均低于发达国家。我国建筑结构安全度总体上比国际水平低，但材料用量并不少，其实际原因在于国际上较高的安全度是靠较高强度的材料来实现的。为提高材料的利用效率，工程中应用的混凝土强度等级宜适当提高。

随着科技和生产水平的不断提高，各种新的建筑材料不断涌现，在本工程中优先采用其中的成熟部分，做到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量的基础上，达到节约投资、方便施工、增强美观的目的，展示现代化新型电厂的风范[1]。

2、高强混凝土的发展特点

混凝土是建筑结构工程的主要材料，过去由于工艺、技术落后，我国生产的水泥强度等级较低，因此工程结构所采用混凝土的强度一直偏低。到了80年代，工程中应用的混凝土强度等级一般为C20～C30，超过C50的很少。20世纪90年代以来，由于技术进步和经营方式的变化，我国结构混凝土强度偏低的状况有了很大的改观。首先是混凝土的成份不再局限于传统的水泥、砂、石和水，外加剂（如减水剂）和掺合料（如粉煤灰）普遍采用，已成为混凝土材料不可缺少的新的组成成份，在增加强度的同时，改善了高强混凝土的施工性能，为其大面积推广创造了条件。其次，混凝土的生产不再局限于施工单位自行拌制而多代之以市场化经营的商品混凝土。这对保证混凝土质量，提高混凝土强度创造了条件。加上建材部门修订水泥标准，大幅度提高了水泥标号，对进一步提高混凝土强度十分有利。目前一般工程采用C30以上的混凝土已很普遍，使用C40～C50的混凝土也已无困难，C60甚至C80的高强混凝土也逐步推广，这一点在高层建筑的底柱、地铁衬砌等结构中表现尤为突出[2]。总结这方面的成熟经验，我国已编制了推荐性标准《高强混凝土结构技术规程》CECSl04：1999，另外，在新修订的《混凝土结构设计规范》（2015年版）GB50010-2010中补充了C60～C80的高强混凝土强度等级，这些都标志着我国高强混凝土技术的进步及相应设计、施工水平的提高和成熟。

2.1高强混凝土与普通混凝土相比优越性

（1）节约费用。据统计，混凝土强度等级从C30提高到C60，对受压构件可节省混凝土25-35%。因此，尽管高强混凝土比普通混凝土单体成本上要高一些，但以受压为主的构件为例，分析真正决定混凝土经济性的强度价格比，即每元钱可以购买到的单位体积（m3）的强度设计值（MPa）。

随着混凝土强度等级的提高，强度价格比迅速增加，上下相差达2倍以上。因此，在受压为主的结构中采用强度较高的混凝土有显著经济效益。另外，在结构自重占有较大比例的主厂房等建筑中，由于结构自重的减轻，在减少了梁、柱、基础工程量的同时还节约了运输、加工、吊装、施工中的各种费用。

（2）改进建筑物的美观和功能。如果采用的混凝土强度偏低，就不得不加大构件的截面尺寸（特别是受压为主的构件），肥梁、胖柱在所难免;如果采用高强混凝土，由于梁柱（特别是柱）截面缩小，这样，不但在建筑上改变了传统工业建筑显得粗大、笨重不美观的问题，而且可以在满足工艺要求的基础上，相应减少厂房的面积和体积，进一步体现出的间接经济效益将十分明显。

（3）高强混凝土的密实性能好，抗渗、抗冻性能均优于普通混凝土。混凝土的耐久性问题随着我国应用混凝土结构历史的加长，正越来越得到重视，在本工程的气候下，高强混凝土对增强结构的耐久性具有优势。

（4）高强混凝土变形小，从而使构件的刚度得以提高，大大改善了建筑物的变形性能。

（5）加快施工进度，提高施工作业效率，减少后期维护使用费，节约社会能源和资源，提高环境质量。

（6）对于超长混凝土结构，采用高强混凝土，能有效控制了柱子截面和侧向刚度。对减少温度应力的影响和地震作用影响都能起到很好的作用。

2.2高强混凝土的使用应注意问题

（1）高强混凝土在性能上呈现出一定程度的脆性，容易导致无预兆的破坏，因此对未成熟的较高强度混凝土的利用应加以必要的限制，并按照规范要求通过调整混凝土强度影响系数、增加配筋率、配箍率和从严控制轴压比等构造措施以保证结构的延性。

（2）根据统计，C60受弯构件虽然比C40可节省混凝土5-15%，但同时单价也相对高出10%左右，因此，在受弯構件（如梁、大偏压柱）对高强混凝土的应用需作进一步的经济比较后方可确定。

（3）商品混凝土可以达到C60级。专业的电建公司设备和技术力量比较雄厚，有条件突破本领域的技术难点。对施工质量严格控制，设计、施工、监理共同努力，协同攻关，能实现C60混凝土在核电常规岛土建结构中的应用。

3、C60高强混凝土施工的控制要点

在主厂房结构中采用高强混凝土可大幅缩小底层钢筋混凝土柱子的截面尺寸，增大建筑的使用面积，减少构件的变形量，增大结构刚度等优势。但在施工过程中还要注意以下问题[3]：

（1）质量控制

为确保混凝土质量，保证顺利生产及浇筑，在开始前做好全部准备工作，严格测试砂、石含水率，选用较好的矿物掺合料，严格控制水胶比，确保混凝土强度和和易性，执行配合比的输入与复核。选用优质的高效减水剂，解决好与水泥的适应性问题。适当延长搅拌时间使混凝土各组分充分拌和均匀，严格控制坍落度，控制出料到浇筑时间不超过45分钟。

（2）施工与养护

由于高强混凝土的泵送及施工性能良好，混凝土坍落度较大，流动性较好，浇筑过程中不得过振、漏振，确保浇筑后混凝土均匀密实，放置因振捣方式不对造成混凝土分层、离析、表面浮浆、麻面等质量问题。硬化拆模后立即用塑料薄膜包裹或涂刷养护剂，保持养护湿度与温度，及时做好养护工作，施工过程中组织相关人员监督检查，确保混凝土安全、规范、紧张有序的施工。

（3）成品保护控制

保证混凝土构件棱角分明，拆模是关键，必须在混凝土强度达到设计要求后方可进行，拆模严禁砸、撬模板。拆模后可以采用型钢护角，防止后续施工损坏阳角。浇筑上一层混凝土，将下层已施工完的混凝土表面覆盖塑料薄膜，用胶带缠紧来防止上层混凝土浆污染下层混凝土表面。混凝土浇筑拆模后组织相关单位对混凝土几何尺寸和观感进行评定，主要检查混凝土表面的平整度和截面尺寸。对存在的问题及时进行总结和分析不断提升施工质量。

通过原材料到搅拌、运输、浇注、养护等各个环节的控制，以及对人员机械的控制，取得了良好的效果，在安全、质量和进度等方面都达到了工程的要求。

4、C60高强混凝土与C40混凝土经济对比

本文以某参考工程为原型进行对比，研究C60高强混凝土应用的经济性。本节以以下几种方案进行比对：

方案1：采用参考工程柱截面，采用C40混凝土;

方案2：采用参考工程柱截面，仅运转层以下采用C60混凝土;

方案3：优化田参考工程柱截面，且运转层以下采用C50混凝土;

方案4：优化参考工程柱截面，且运转层以下采用C60混凝土。

将田湾二期混凝土C40改为C60，柱轴压比及配筋率均有一定程度的下降，目前柱轴压比及配筋率并不高，并不需要提高材料强度降低柱轴压比及配筋率。对比方案一与方案二，柱截面未改变，混凝土C40改为C60，混凝土量相同，此时柱钢筋相同，但C60高强混凝土施工较为不便，可见原设计已具有良好的经济性，不能保持原截面而单纯提高混凝土强度等级。

对比方案一及方案三，提高混凝土强度等级同时减小柱截面尺寸，此时混凝土量减少18.4%，钢筋量减少5%，工程造价节省9.5%，此时就具备了良好的经济效益。

对比方案一及方案四提高混凝土强度等级同时减小柱截面尺寸，都能够达到减少混凝土量，减少钢筋总量，同时也能满足规范对于配筋率以及轴压比的要求。当混凝土材质由C40改为C60时，此时混凝土量减少34.7%，钢筋量减少17%，工程造价节省24.5%，此时就具备了良好的经济效益。

5、高强混凝土在发电厂中的应用案例

目前高强混凝土在民用结构中应用较为普遍，特别是高层大跨结构，C50以上混凝土已经应用很多，C60～C80也已经逐渐推广。但是在电力市场应用还不是很多，基本集中在百万级的火力发电厂主厂房结构，在核电常规岛厂房目前还没有应用，主要原因可能是由于核电站多数按照参考电站布置，安全因素是最重要的，很少有创新的技术出现。另外，对于大容量火电机组主厂房多采用了钢结构厂房，这也是在电力市场上高强混凝土应用较少的原因。先就国内已经投产的一些发电厂主厂房使用高强混凝土的一些情况进行了统计[4]：

结语：

目前C60混凝土已广泛应用于高层民用建筑中，其在抗震设计中控制轴压比作用效果尤为显著，大大降低了底层受压柱的截面，为空间的利用提供了条件。但是在电厂建设中，由于厂房的使用功能不同，要求净空高，跨度大，致使结构构件具有受力特殊性。同时也应注意到电厂建设混凝土的需求量大，时间性强，必须配备搅拌站现场配制混凝土，要求施工隊伍具有一定的经验与实力，C60混凝土应尽可能用在关键和必要的部位。

参考文献：

[1]马涛，汲蕾，魏博.高强混凝土在火电厂主厂房结构中的应用分析[J].河北电力技术，2012，31（2）.

[2]樊小燕.C60高强泵送混凝土在超高层建筑中的应用.[J].工程建设，2017，49（4）.

[3]吴启亮.大型厂房框架结构C60高强混凝土施工工艺及措施[J].建筑施工，2007，29（11）.

[4]孙洪民，徐少鹏.C60高强混凝土在绥中1000MW超超临界机组的应用与研究[C].中国动力工程学会600/1000MW超超临界机组技术交流2009年会论文集.