1、高 强 混 凝 土 及 其 应 用陈 肇 元 朱 金 铨 吴 佩 刚清 华 大 学 出 版 社内 容 简 介本 书 介 绍 高 强 混 凝 土 及 其 应 用 。 书 中 较 系 统 地 反 映 了 国 内 外 的 最 新 研 究 成 果 , 内 容 包 括 高 强 混 凝 土 的 配 制 方 法 与 材 料 的 物 理 、 力 学 性 能 , 配 筋 构 件 在 各 种 受 力 状 态 下 的 工 作 性 能 与 计 算 方 法 , 高 强 混 凝 土 结 构 工 程 的 应 用 实 践 , 并 提 出 了 高 强 混 凝 土 结 构 的 设 计 与 施 工 建 议 。本 书 重 在 应 用
2、 , 实 用 性 强 。 可 供 土 木 、 建 筑 部 门 的 设 计 施 工 人 员 , 混 凝 土 工 厂 的 技 术 、 管 理 人 员 , 以 及 大 专 院 校 有 关 专 业 的 师 生 应 用 参 考 。( 京 ) 新 登 字 158 号高 强 混 凝 土 及 其 应 用 陈 肇 元 朱 金 铨 吴 佩 刚 责 任 编 辑 曹 淑 贞清 华 大 学 出 版 社 出 版 北 京 清 华 园北 京 通 县 文 学 印 刷 厂 印 刷 新 华 书 店 总 店 科 技 发 行 所 发 行开 本 : 8 5 0 1 16 8 1 / 3 2 印 张 : 8 . 2 5 字 数 : 2 1
3、 5 千 字19 9 2 年 1 2 月 第 1 版 19 9 6 年 1 0 月 第 2 次 印 刷印 数 : 6 0 01 8 0 00ISBN 7-302-01155-9/ T U 71定 价 : 9. 50 元前 言混 凝 土 是 现 代 土 建 工 程 中 最 主 要 的 建 筑 材 料 。 据 估 计 , 我 国 的 混 凝 土 年 用 量 已 达 2 亿 立 方 米 , 但 强 度 等 级 普 遍 较 低 , 因 此 带 来 很 多 工 程 质 量 问 题 , 其 经 济 损 失 也 十 分 惊 人 , 这 已 成 为 我 国 土 建 技 术 水 平 落 后 于 世 界 的 重
4、要 标 志 。高 强 混 凝 土 是 混 凝 土 技 术 的 一 个 重 要 发 展 方 向 , 它 适 应 现 代工 程 结 构 向 大 跨 、 高 耸 、 重 载 发 展 和 承 受 恶 劣 环 境 条 件 的 需 要 , 符 合 现 代 施 工 技 术 采 用 工 业 化 生 产 ( 工 厂 预 拌 混 凝 土 , 工 厂 预 制 构 件 ) 的 要 求 。 由 于 高 强 混 凝 土 在 用 料 和 配 制 技 术 上 与 低 强 混 凝 土 之 间 不 存 在 根 本 差 异 , 所 以 推 广 应 用 高 强 混 凝 土 技 术 必 将 有 利 于 逐步 改 变 我 国 低 强 混
5、 凝 土 占 统 治 地 位 的 落 后 面 貌 。 高 强 混 凝 土 在 世 界 范 围 内 已 是 一 项 比 较 成 熟 的 技 术 , 对 我 国 来 说 , 试 验 室 内 的 研 究 也 已 达 到 了 一 定 的 水 平 。 目 前 , 摆 在 我 们 面 前 的 首 要 问 题 是 应 该 把 研 究 的 主 要 力 量 投 到 推 广 应 用 上 去 , 为 设 计 施 工 人 员 提 供 有 关 的知 识 和 可 资 遵 循 的 规 程 或 条 例 , 这 也 正 是 我 们 编 写 本 书 的 初 衷 。自 70 年 代 以 来 , 清 华 大 学 土 木 工 程 系
6、就 一 直 对 高 强 混 凝 土 进 行 持 续 的 研 究 , 在 高 效 减 水 剂 的 生 产 、 材 料 和 配 筋 构 件 的 性 能 , 以 及 高 强 混 凝 土 结 构 的 应 用 等 方 面 都 取 得 了 比 较 系 统 的 研 究 成 果 ; 最 近 几 年 来 并 致 力 于 施 工 技 术 的 研 究 ; F 矿 粉 作 为 高 强 混 凝 土 的外 加 混 合 料 , 以 及 高 效 减 水 剂 载 体 的 研 制 成 功 还 获 得 了 发 明 奖 。 本 书 综 合 国 内 外 在 高 强 混 凝 土 领 域 所 取 得 的 最 新 成 就 , 并 着 重 介
7、 绍清 华 大 学 土 木 工 程 系 的 成 果 和 经 验 , 所 引 资 料 已 在 文 中 予 以 注 明 , 以 便 于 读 者 进 一 步 查 询 , 其 中 与 清 华 大 学 土 木 系 有 关 的 报 告 或 论文 见 本 书 附 录 。本 书 共 分 七 章 , 初 稿 的 撰 写 人 为 : 第 一 、 五 章 陈 肇 元 、 吴 佩 刚 ; 第 二 、 三 、 六 章 陈 肇 元 ; 第 四 章 陈 肇 元 、 朱 金 铨 ; 第 七 章 吴 佩 刚 、 朱 金 铨 。 全 书 由 朱 金 铨 校 审 定 稿 。为 了 推 动 高 强 混 凝 土 技 术 在 我 国 的
8、 发 展 和 应 用 , 中 国 土 木 工程 学 会 混 凝 土 与 预 应 力 混 凝 土 学 会 已 决 定 成 立 高 强 混 凝 土 委 员 会 , 我 们 谨 以 本 书 的 出 版 对 此 表 示 祝 贺 。编 者 于 清 华 大 学 土 木 工 程 系 1991 年 12 月 目 录主 要 符 号 第 一 章 绪 论 1一、 混 凝 土 的 强 度 级 别 1二、 高 强 混 凝 土 的 优 点 及不 利 条 件 4三、 高 强 混 凝 土 的 发 展 及应 用 范 围 5四、 高 强 混 凝 土 在 我 国 17第 二 章 原 材 料 及 配 合 比 21一、 高 效 减 水
9、 剂 211. 高 效 减 水 剂 的 选 用 232. 高 效 减 水 剂 对 拌 合 料 的 影 响 273. 高 效 减 水 剂 对 硬 化 混 凝 土 的 影 响 29二、 水 泥 321. 水 泥 的 成 份 332. 水 泥 用 量 353. 水 及 水 灰 比 38三、 骨 料 391. 粗 骨 料 392. 细 骨 料 43四、 粉 煤 灰 431. 粉 煤 灰 的 成 份 和 用 量 442. 粉 煤 灰 对 高 强 混 凝 土 性 能 的 改 善 作 用 46五、 硅 粉 511. 硅 粉 的 用 量 及 水 灰 比 522. 硅 粉 高 强 混 凝 土 的 特 点 54六
10、、 粒 化 高 炉 矿 渣 55七 、 F 矿 粉 60八、 高 强 混 凝 土 配 比 示 例 62第 三 章 高 强 混 凝 土 的 物 理 力 学 性 能 69一、 高 强 混 凝 土 的 强 度 标准 69二、 单 轴 抗 压 性 能 731. 应 力 应 变 曲 线 742. 变 形 模 量 763. 极 限 应 变 与 泊 桑 比 794. 持 久 荷 载 下 的 性 能 与 徐 变 805. 早 期 与 后 期 强 度 84三、 抗 拉 强 度 91四、 复 杂 应 力 下 的 强 度 971. 双 轴 受 压 下 的 性 能 972. 压 剪 和 扭 转 性 能 983. 三
11、轴 受 压 下 的 性 能 1014. 粘 结 力 102五、 约 束 状 态 下 的 抗 压 性能 1031. 箍 筋 约 束 混 凝 土 1032. 钢 管 混 凝 土 1093. 焊 接 网 片 混 凝 土 1114. 箍 筋 约 束 混 凝 土 应 力 应 变 曲 线 的 数 学 表 达 式 112六、 动 力 性 能 1141. 疲 劳 强 度 1142. 快 速 变 形 下 的 动 力 强 度 118七、 收 缩 120八、 耐 久 性 1231. 抗 渗 性 能 1232. 抗 冻 融 性 能 1243. 抗 磨 性 能 1254. 钢 筋 锈 蚀 126九、 耐 高 温 、 低
12、 温 性 能 127第 四 章 配 筋 构 件 的 力 学 性 能 及 计 算 方 法 131一、 受 弯 构 件 1311. 暂 时 荷 载 下 的 性 能 1312. 截 面 的 应 力 应 变 计 算 图 形 1333. 开 裂 弯 矩 、 屈 服 弯 矩 与 极 限 弯 矩 1354. 界 限 配 筋 率 及 合 理 配 筋 范 围 1375. 延 性 1396. 压 区 纵 筋 和 横 向 钢 筋 1417. 刚 度 、 裂 缝 和 长 期 变 形 1458. 反 复 荷 载 下 的 性 能 147二、 轴 压 构 件 1481. 普 通 钢 箍 柱 1482. 约 束 混 凝 土
13、矩 形 截 面 柱 1493. 螺 旋 箍 筋 柱 152三、 偏 压 构 件 1531. 偏 压 构 件 按 平 截 面 假 定 的 计 算 方 法 1552. 小 偏 压 构 件 的 另 一 算 法 1563. 偏 压 长 柱 的 承 载 能 力 157四、 抗 剪 强 度 158五、 抗 扭 强 度 162六、 局 部 承 压 164七、 框 架 柱 和 剪 力 墙 的 抗震 性 能 1671. 框 架 柱 1672. 剪 力 墙 172八、 框 架 梁 柱 节 点 的 抗 震性 能 177九、 预 应 力 混 凝 土 构 件 181十、 疲 劳 强 度 182第 五 章 高 强 混 凝
14、 土 施 工 中 的 若 干 问 题 187一、 试 配 187二、 环 境 温 度 和 水 化 热 的影 响 191三、 质 量 控 制 与 质 量 保 证 199四、 泵 送 混 凝 土 204第 六 章 高 强 混 凝 土 结 构 设 计 施 工 建 议 208一、 对 现 行 设 计 规 范 的 评估 2081. 高 强 混 凝 土 材 料 的 设 计 强 度 2082. 关 于 GBJ 10- 89 规 范 2123. 关 于 JT J 02385 规 范 2154. 构 造 措 施 的 重 要 性 216二、 高 强 混 凝 土 结 构 设 计建 议 2171. 工 业 与 民 用
15、 房 屋 及 一 般 构 筑 物 2172. 公 路 桥 涵 225三、 高 强 混 凝 土 工 程 施 工建 议 227第 七 章 高 强 混 凝 土 应 用 的 工 程 经 验 232一、 在 高 层 建 筑 中 的 应 用 2321. 辽 宁 省 工 业 技 术 交 流 馆 2322. 北 京 新 世 纪 饭 店 2353. 辽 宁 省 农 业 银 行 综 合 楼 238二、 在 桥 梁 工 程 中 的 应 用 2401. 红 水 河 铁 路 斜 拉 桥 2402. 京 津 塘 高 速 公 路 北 京 段 凉 水 河 大 桥 241三、 在 特 殊 工 程 中 的 应 用 2421. 拱
16、 形 防 护 门 2422. 煤 矿 钻 井 井 壁 工 程 244主 要 参 考 文 献 245附 录 : 清 华 大 学 土 木 工 程 系 有 关 高 强 混 凝 土 研 究 的 论 文 和 报 告 索 引 247一、 正 式 出 版 的 著 作 与 论文 247二、 硕 士 论 文 250三、 研 究 报 告 250主 要 符 号材 料 性 能C20 表 示 边 长 150mm 立 方 体 强 度 标 准 值 为20M P a 的 混 凝 土 强 度 等 级 ( GBJ1089 规 范 ) ;R 20 表 示 边 长 200mm 立 方 体 强 度 标 准 值 为20M P a 的 混
17、 凝 土 标 号 ( 公 路 桥 涵 规 范J T J02385, 铁 路 桥 涵 规 范 等 ) ;f c 表 示 150 300mm 圆 柱 体 强 度 标 准 值 的 混 凝 土 强 度 级 别 ( 美 国 ACI 规 范 , 欧 州 CE B F IP 规 范 , 日 本 规 范 ) ;当 用 于 标 志 试 验 数 据 时 , 为 混 凝 土 圆 柱 体 抗压 强 度 ;f c u 边 长 150mm 的 混 凝 土 立 方 体 抗 压 强 度 ;f c u, 10 、 f c u, 2 0 边 长 100mm、 及 200mm 的 混 凝 土 立 方 体 抗压 强 度 ;f c 、
18、 Ra 混 凝 土 轴 心 抗 压 强 度 , 当 用 于 设 计 时 为 设 计强 度 ;f c m 、 R w 混 凝 土 弯 曲 抗 压 强 度 ;f t 、 R l 混 凝 土 轴 心 抗 拉 强 度 , 当 用 于 设 计 时 为 设 计强 度 ;f t , s 混 凝 土 劈 拉 强 度 ;f t , j 混 凝 土 弯 折 抗 拉 强 度 ;f y 、 Rg 钢 筋 抗 拉 强 度 , 当 用 于 设 计 时 为 设 计 强 度 ;f y 、 R g 钢 筋 抗 压 强 度 , 当 用 于 设 计 时 为 设 计 强 度 ;ctcf c , c 约 束 混 凝 土 的 抗 压 强
19、 度 ; 0 混 凝 土 与 抗 压 强 度 相 应 的 应 变 值 ; u 混 凝 土 的 极 限 应 变 ;E c 混 凝 土 弹 性 模 量 , 一 般 指 变 形 模 量 ;E s 钢 筋 弹 性 模 量 ;E ff f f混 凝 土 疲 劳 变 形 模 量 ; 混 凝 土 抗 拉 疲 劳 强 度 ; 混 凝 土 抗 剪 疲 劳 强 度 ;f y v 钢 箍 抗 拉 强 度 , 当 用 于 设 计 时 为 设 计 强 度 ;作 用 和 作 用 效 应N 轴 向 力 ;M 弯 矩 ;T 扭 矩 ;V 剪 力 ;M c r 受 弯 构 件 正 截 面 开 裂 弯 矩 ;M y 受 弯 构
20、件 正 截 面 受 拉 钢 筋 屈 服 时 弯 矩 ;M u 受 弯 构 件 正 截 面 极 限 承 载 力 , 设 计 时 为 受 弯承 载 力 设 计 值 ;Vc 构 件 斜 截 面 上 混 凝 土 的 受 剪 承 载 力 ;Vc s 构 件 斜 截 面 上 混 凝 土 和 箍 筋 的 受 剪 承 载 力 ,设 计 时 为 受 剪 承 载 力 设 计 值 ;T c r 受 扭 构 件 开 裂 扭 矩 ;T u 受 扭 构 件 极 限 承 载 力 , 设 计 时 为 受 扭 承 载 力设 计 值 ;几 何 参 数c 混 凝 土 保 护 层 厚 度 ;C 截 面 中 和 轴 高 度 ;e0 轴
21、 向 力 对 截 面 重 心 的 偏 心 矩 ;s sea 附 加 偏 心 距 ;h 0 截 面 有 效 高 度 ;s 沿 构 件 轴 线 方 向 上 横 向 钢 筋 的 间 距 ;x 混 凝 土 受 压 区 高 度 ;A , A 受 拉 区 、 受 压 区 纵 向 非 预 应 力 钢 筋 的 截 面 面积 ;A sv , As h 同 一 截 面 内 各 肢 竖 向 、 水 平 箍 筋 的 全 部 截 面面 积 ;A l 混 凝 土 局 部 受 压 面 积 ;A cor 钢 筋 网 、 螺 旋 配 筋 或 箍 筋 范 围 以 内 的 混 凝 土 核 芯 面 积 ; E 钢 筋 弹 性 模 量
22、 与 混 凝 土 弹 性 模 量 的 比 值 ; 受 拉 区 混 凝 土 塑 性 影 响 系 数 ; 偏 心 受 压 构 件 考 虑 挠 曲 影 响 的 轴 向 力 偏 心 距 增 大 系 数 ; 计 算 截 面 的 剪 跨 比 ; 纵 向 受 拉 钢 筋 配 筋 率 ; sv 竖 向 箍 筋 、 水 平 箍 筋 的 配 筋 率 ; v 间 接 钢 筋 或 箍 筋 的 体 积 配 筋 率 ; sv 配 箍 特 征 值 ; 纵 向 钢 筋 含 钢 特 征 值 ; 相 对 受 压 区 高 度 ; b 相 对 界 限 受 压 区 高 度 ;1第 一 章 绪 论一 、 混 凝 土 的 强 度 级 别本
23、 书 所 指 的 高 强 混 凝 土 , 是 用 常 规 的 水 泥 、 砂 石 作 原 材 料 , 使 用 常 规 的 制 作 工 艺 , 主 要 依 靠 外 加 高 效 减 水 剂 , 或 同 时 外 加 一 定 数 量 的 活 性 矿 物 材 料 , 使 拌 合 料 具 有 良 好 的 工 作 度 , 并 在 硬 化 后 具 有 高 强 性 能 的 水 泥 混 凝 土 。混 凝 土 强 度 级 别 在 我 国 一 直 用 标 号 R 表 示 , 但 在 建 工 部 门 近来 已 改 用 强 度 等 级 C 表 示 , 而 公 路 、 铁 路 、 港 口 等 部 门 目 前 仍 沿 用 标
24、 号 作 为 混 凝 土 强 度 分 类 的 标 准 。 混 凝 土 的 强 度 等 级 或 标 号 所 指 的 都 是 具 有 一 定 保 证 率 的 标 准 尺 寸 立 方 试 件 的 抗 压 强 度 , 测 定 时的 试 件 龄 期 为 28 天 , 并 经 标 准 养 护 和 采 用 标 准 的 加 载 方 法 。 强 度 等 级 所 用 的 标 准 试 件 边 长 为 15cm, 取 强 度 的 保 证 率 为 95% ; 而 标 号 所 用 的 标 准 试 件 边 长 为 20cm, 取 强 度 保 证 率 约 85% 。 所 以 同 一 种 混 凝 土 , 当 用 强 度 等 级
25、 或 标 号 表 示 时 , 二 者 在 数 值 上 稍 有 差 异 ( 表 1-1) 。 比 如 , 过 去 标 号 为 500 的 500 号 混 凝 土 ( 由 于 强 度 的 单 位表 1-1 混 凝 土 强 度 不 同 表 示 值 之 间 的 近 似 对 应 关 系强 度 等 级 C 2 0 C 3 0 C 4 0 C 5 0 C 6 0 C 7 0 C 8 0 C 9 0 C1 0 0 C1 1 0 C1 2 0标 号 2 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3 9 3 1 0 3 1 1 2 1 2 2中 国( ) * ( 2 2 0 ) ( 3 2 0 ) ( 4
26、2 0 ) ( 5 2 0 ) ( 6 2 0 ) ( 7 1 5 ) ( 8 1 5 ) ( 9 1 0 ) ( 1 0 0 5 ) ( 1 1 0 0 ) ( 1 2 0 0 )美国 A CI 规 范 设 计 强 度 f c1 6M P a 2 4 3 3 4 1 5 1 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0* 1. 括 号 内 数 值 为 过 去 采 用 k g/ cm 2 单 位 时 的 标 号 。2. 表 中 数 字 考 虑 了 在 高 强 混 凝 土 中 混 凝 土 的 变 异 系 数 趋 于 减 少 , 以 及 圆 柱 体 标 准 试 件 强 度 与 立 方 标
27、 准 试 件 强 度 的 比 值 随 混 凝 土 强 度 而 变 因 素 。2从 过 去 的 kg/ cm2 改 为 现 在 的 M Pa 或 N / mm2 , 则 500kg/ cm2 等 于 51M P a, 现 在 应 称 为 标 号 51, 近 似 为 标 号 50) , 相 当 于 强 度 等 级 C48。 我 们 在 以 下 的 介 绍 中 , 对 混 凝 土 的 强 度 主 要 用 强 度 等 级 表 示 而 不 用 标 号 。混 凝 土 强 度 达 到 多 高 才 算 高 强 ? 这 在 目 前 尚 无 明 确 标 准 。 所 谓 高 强 是 相 对 的 , 是 与 当 前
28、混 凝 土 技 术 的 一 般 水 平 相 比 较 而 言 的 。 长 期 以 来 , 我 国 现 场 施 工 现 浇 混 凝 土 的 强 度 等 级 普 遍 低 于 C30, 预 制 构 件 普 遍 低 于 C40, 尽 管 在 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 中 对 混 凝 土 强度 最 高 定 为 C60 或 标 号 60, 但 规 范 中 的 一 些 计 算 公 式 却 是 根 据 较 低 强 度 的 混 凝 土 构 件 试 验 数 据 得 出 的 , 有 的 明 显 不 适 合 于 强 度 较高 的 C50 或 更 高 等 级 的 混 凝 土 1 。 另 外 从 混 凝 土 的
29、制 作 技 术 来 看 , C50 及 以 上 等 级 的 混 凝 土 在 施 工 时 需 有 严 格 的 质 量 管 理 制 度 , 这 包 括 原 材 料 的 选 择 、 保 管 以 及 从 配 料 到 养 护 的 每 一 工 序 。 虽 然 这 种 混 凝 土 施 工 时 所 用 的 材 料 和 机 具 与 较 低 强 度 混 凝 土 并 无 根 本 差 别 , 但 终 究 对 生 产 和 施 工 部 门 提 出 了 不 同 的 要 求 。 所 以 , 从 我 国 当 前 的 设 计 施 工 技 术 水 平 出 发 , 认 为 强 度 等 级 达 到 或 超 过 C50( 如 用 标 号
30、 , 则 为 达 到 或 超 过 标 号 50) 的 混 凝 土 为 高 强 混 凝 土 是 比 较 合适 的 。 相 对 而 言 , 可 以 将 C25 及 以 下 的 混 凝 土 称 为 低 强 混 凝 土 , C30 到 C45 之 间 的 为 中 强 混 凝 土 。 对 于 轻 骨 料 混 凝 土 , 则 可 认 为C30 及 以 上 即 为 高 强 , 但 本 书 将 不 讨 论 轻 骨 料 混 凝 土 。由 于 混 凝 土 强 度 等 级 是 具 有 95% 保 证 率 的 立 方 试 件 抗 压 强度 , 所 以 要 高 于 保 证 率 为 50% 的 平 均 强 度 。 如 果
31、 设 计 要 求 的 是 C50, 则 制 作 时 实 际 应 达 到 的 立 方 试 件 抗 压 强 度 的 平 均 值 已 接 近60M P a。我 国 一 些 工 具 书 如 建 筑 材 料 辞 典 ( 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 , 1 98 1 年 ) , 混 凝 土 手 册 ( 吉 林 科 学 技 术 出 版 社 , 19 8 5 年 ) , 也 都 定 义 抗 压 强 度 50 0 k g / cm 2 以 上 的 混 凝 土 为 高 强 混 凝 土 。3在 美 国 , 混 凝 土 强 度 以 直 径 6 英 寸 、 高 度 12 英 寸 ( 15 30cm ) 圆 柱
32、体 试 件 抗 压 强 度 的 特 征 值 ( 或 设 计 强 度 ) 表 示 , 后 者 也是 具 有 95% 保 证 率 的 强 度 。 日 本 , 还 有 欧 洲 混 凝 土 学 会 的 CE B F IP 规 范 也 都 采 用 这 一 标 准 。 美 国 的 混 凝 土 学 会 A CI 提 出 以 设 计 强 度 f c 超 过 6000ps i( 41M Pa ) 的 混 凝 土 为 高 强 混 凝 土 , 圆 柱 体 强 度 41M Pa 换 算 到 我 国 的 15cm 边 长 立 方 体 强 度 约 为 52M Pa, 所 以 f c 等 于 6000psi 的 混 凝 土
33、 与 我 国 的 C50 大 体 相 当 。除 了 掺 加 高 效 减 水 剂 这 一 技 术 途 径 外 , 还 有 多 种 途 径 可 以 获得 高 强 度 的 混 凝 土 , 如 在 成 型 工 艺 上 采 用 挤 压 、 振 动 加 压 ; 在 养 护 工 艺 上 采 用 高 压 蒸 养 ; 在 骨 料 选 用 上 采 用 活 性 骨 料 以 至 金 属 骨 料 ; 此 外 , 还 有 利 用 振 动 -真 空 技 术 将 混 凝 土 拌 合 料 中 的 多 余 水 份 吸 去 而 提 高 混 凝 土 的 强 度 。 但 这 些 方 法 在 制 作 工 艺 及 装 备 上 均 非 常
34、规 , 有 的 仅 适 用 于 预 制 混 凝 土 制 品 的 生 产 。 至 于 用 水 溶 性 聚 合 物 替 代 部 分 水 泥 的 聚 合 物 水 泥 混 凝 土 , 用 树 脂 作 为 砂 石 胶 结 料 的 树 脂 拌合 混 凝 土 , 以 及 将 普 通 混 凝 土 经 过 聚 合 物 浸 渍 处 理 的 塑 料 浸 渍 混凝 土 等 , 虽 然 都 获 得 很 高 的 强 度 , 尤 其 是 塑 料 浸 渍 混 凝 土 很 容 易 达 到 150M Pa 以 上 的 抗 压 强 度 , 并 已 有 超 过 300M Pa 的 记 录 , 但 这 些 材 料 终 因 在 制 作
35、工 艺 上 过 于 复 杂 或 者 造 价 过 于 昂 贵 , 而 只 能 用 于一 些 特 殊 的 场 合 。相 对 来 说 , 利 用 高 效 减 水 剂 使 混 凝 土 获 得 高 强 的 手 段 要 经 济和 方 便 得 多 。 它 与 普 通 强 度 混 凝 土 制 作 技 术 的 差 别 仅 在 于 具 体 细 节 。 通 过 仔 细 选 择 水 泥 、 骨 料 及 合 适 的 配 比 , 采 用 高 效 减 水 剂 可 使 混 凝 土 的 强 度 达 到 C80; 如 果 再 掺 加 粉 煤 灰 , F 矿 粉 等 活 性 材 料 , 强 度 上 限 可 达 到 C90; 如 掺
36、 加 硅 粉 则 更 易 获 得 高 强 , 有 可 能 达 到 C140 的 量 级 。 高 强 混 凝 土 的 单 位 体 积 造 价 比 普 通 强 度 混 凝 土 略贵 , 但 材 料 的 用 量 却 因 强 度 提 高 得 以 减 少 , 最 终 仍 能 做 到 比 普 通 强 度 混 凝 土 还 要 便 宜 。 可 是 应 用 高 强 混 凝 土 的 主 要 好 处 并 不 在 于 材 料 造 价 而 在 于 下 面 所 讲 的 综 合 效 益 上 。4二 、 高 强 混 凝 土 的 优 点 及 不 利 条 件高 强 混 凝 土 的 重 要 特 点 是 耐 久 、 强 度 高 、
37、变 形 小 , 能 适 应 现 代 工 程 结 构 向 大 跨 、 重 载 、 高 耸 发 展 和 承 受 恶 劣 环 境 条 件 的 需 要 。 用 高 效 减 水 剂 配 制 的 高 强 混 凝 土 一 般 具 有 坍 落 度 大 和 早 强 的 性 能 , 因 而 便 于 浇 注 和 加 快 模 板 周 转 速 度 。高 强 混 凝 土 的 抗 压 强 度 很 高 , 能 使 钢 筋 混 凝 土 柱 子 和 拱 壳 等受 压 构 件 的 承 载 能 力 大 辐 度 增 加 , 而 在 相 同 的 荷 载 下 则 可 使 构 件的 截 面 减 少 。 高 强 混 凝 土 同 样 能 给 钢
38、 筋 混 凝 土 受 弯 构 件 带 来 很 大 好 处 , 尽 管 提 高 混 凝 土 强 度 并 不 能 明 显 增 加 构 件 的 抗 弯 能 力 , 但 是 它 能 降 低 受 弯 构 件 截 面 的 压 区 混 凝 土 高 度 , 提 高 构 件 的 延 性 , 允 许 有 较 高 的 配 筋 率 , 进 而 通 过 提 高 配 筋 率 来 增 加 构 件 的 抗 弯 能 力 或降 低 构 件 的 截 面 高 度 。 高 强 混 凝 土 还 由 于 变 形 较 小 , 使 构 件 的 刚 度 得 以 提 高 , 这 对 某 些 由 变 形 控 制 截 面 尺 寸 的 梁 板 来 说
39、特 别 有 利 。 至 于 预 应 力 钢 筋 混 凝 土 构 件 , 则 能 从 高 强 混 凝 土 获 得 三 重 好 处 , 可 以 施 加 更 大 的 预 应 力 , 可 以 更 早 地 施 加 预 应 力 , 以 及 因 徐 变 较 小 而 导 致 较 低 的 预 应 力 损 失 。对 于 结 构 物 来 说 , 减 小 截 面 尺 寸 意 味 着 降 低 结 构 自 重 。 当 结 构 物 自 重 占 全 部 荷 载 的 主 要 部 分 时 , 应 用 高 强 混 凝 土 就 有 着 特 殊 的意 义 , 并 且 能 减 轻 地 基 基 础 的 负 担 。 减 小 截 面 尺 寸
40、, 对 房 屋 建 筑 来 说 还 意 味 着 增 加 使 用 面 积 或 有 效 空 间 ; 对 桥 梁 建 筑 来 说 意 味 着 增加 桥 下 净 空 或 降 低 两 岸 路 堤 标 高 ; 对 地 下 建 筑 来 说 意 味 着 减 少 岩土 开 挖 量 。 另 外 , 在 工 程 中 同 时 使 用 不 同 强 度 混 凝 土 , 可 以 尽 量 统 一 构 件 尺 寸 , 为 划 一 施 工 模 板 提 供 了 条 件 。 所 有 这 些 间 接 的 好 处 远 比 节 约 结 构 本 身 的 材 料 用 量 或 降 低 造 价 来 得 更 为 重 要 。高 强 混 凝 土 材 料
41、 致 密 坚 硬 , 抗 渗 抗 冻 性 能 均 优 于 普 通 强 度 混凝 土 。 所 以 露 天 的 、 遭 海 水 侵 蚀 的 、 受 高 速 流 体 冲 刷 的 、 或 易 遭 碰 撞 损 害 的 工 程 构 筑 物 , 均 宜 采 用 高 强 混 凝 土 。 尤 其 是 基 础 设 施 工 程 ,5有 的 需 要 有 100 120 年 的 使 用 寿 命 , 所 以 常 选 用 高 强 混 凝 土 作 为 结 构 材 料 。但 是 高 强 混 凝 土 也 有 其 不 利 条 件 和 不 足 之 处 。 首 先 是 对 各 种 原 材 料 有 严 格 的 要 求 , 并 不 是 所
42、 有 场 合 都 能 获 得 合 适 的 水 泥 和 骨料 ; 其 次 是 生 产 施 工 的 每 一 环 节 都 要 仔 细 规 划 和 检 查 , 并 不 是 所 有 预 拌 厂 和 施 工 现 场 都 具 有 相 应 的 质 量 管 理 水 平 。 当 没 有 现 成 的 预 拌 混 凝 土 ( 商 品 混 凝 土 ) 可 以 供 应 , 需 要 工 地 自 行 配 制 高 强 混 凝 土时 , 则 需 经 过 专 门 的 试 验 和 人 员 训 练 。高 强 混 凝 土 的 质 量 特 别 容 易 受 到 生 产 、 运 输 、 浇 注 和 养 护 过 程 中 环 境 因 素 的 影
43、响 , 尤 其 是 过 高 的 气 温 、 远 距 离 的 运 输 以 及 水 化 热 等 问 题 更 应 引 起 注 意 。在 材 料 的 性 能 上 , 高 强 混 凝 土 的 缺 点 是 延 性 比 普 通 强 度 混 凝土 差 , 素 混 凝 土 的 延 性 随 着 强 度 增 加 而 降 低 。 但 是 材 料 的 延 性 与 配 筋 构 件 或 结 构 的 延 性 并 不 等 同 , 通 过 适 当 的 配 筋 构 造 措 施 , 用 高 强 混 凝 土 制 作 的 构 件 或 结 构 的 延 性 一 样 可 以 满 足 设 计 要 求 。 另 外 , 高强 混 凝 土 的 抗 拉
44、 和 抗 剪 强 度 虽 然 也 随 混 凝 土 抗 压 强 度 的 增 长 而 增 长 , 但 抗 拉 或 抗 剪 强 度 与 抗 压 强 度 的 比 值 却 会 随 之 降 低 , 所 以 在 讨 论 高 强 混 凝 土 的 力 学 性 能 时 , 如 果 只 用 单 轴 抗 压 强 度 一 个 指 标 , 并 按 低 强 混 凝 土 中 的 概 念 进 行 推 论 , 有 时 就 会 出 错 。高 强 混 凝 土 为 世 界 各 地 所 接 受 还 是 近 十 来 年 的 事 。 在 推 广 过 程 中 曾 遇 到 过 一 些 问 题 , 比 如 在 美 国 就 曾 引 起 过 一 些
45、争 议 。 我 们 应 该 承 认 , 在 高 强 混 凝 土 领 域 中 尚 有 不 少 有 待 探 讨 和 改 善 的 课 题 , 因 此 在 设 计 、 生 产 和 施 工 过 程 中 都 要 慎 重 对 待 , 特 别 是 混 凝 土 的 强 度 等 级 达 到 C80 以 上 时 更 要 注 意 。三 、 高 强 混 凝 土 的 发 展 及 应 用 范 围从 本 世 纪 30、 40 年 代 以 来 , 随 着 水 泥 品 种 的 改 善 以 及 化 学 外6加 剂 ( 普 通 减 水 剂 、 引 气 剂 等 ) 的 使 用 , 工 程 中 普 遍 应 用 的 混 凝 土 强 度 在
46、 国 际 范 围 内 得 到 稳 步 的 增 长 。 到 60 年 代 , 美 国 已 有 强 度 相 当 于 我 国 C50 到 C60 的 商 品 混 凝 土 , 在 工 程 中 大 量 应 用 的 混 凝 土 强 度 已 达 到 相 当 于 C30 C35。 在 此 以 前 , 也 有 少 量 工 程 的 混 凝 土 强 度 达 到 相 当 高 的 水 平 , 如 早 在 40 年 代 日 本 就 曾 有 抗 压 强 度 达 到 100M Pa 的 高 强 混 凝 土 用 于 工 程 的 报 导 。 1960 年 前 后 , 我 国 也 曾 用 立 方 强 度 高 达 100M Pa 的
47、 混 凝 土 在 北 京 建 成 跨 度 为 18m 的 预 应力 屋 架 , 用 于 6000m2 的 工 业 厂 房 建 筑 , 从 而 使 屋 架 自 重 减 轻 了 40% 。 但 是 这 些 高 强 混 凝 土 都 是 干 硬 性 的 , 施 工 相 当 困 难 , 无 法 普 遍 推 广 。 作 为 现 代 工 程 结 构 中 可 以 普 遍 应 用 的 混 凝 土 , 应 该 具 有 工 厂 生 产 预 拌 混 凝 土 的 基 本 要 求 , 具 有 良 好 的 工 作 度 , 必 要 时 可 以 泵 送 。 美 国 在 60 年 代 通 过 应 用 普 通 减 水 剂 和 外
48、加 粉 煤 灰 等 技 术 , 制 出 工 作 度 较 好 的 高 强 混 凝 土 , 但 能 达 到 的 强 度 上 限 还 比 较 低 。 如1967 年 在 芝 加 哥 建 成 的 最 早 应 用 高 强 混 凝 土 的 高 层 建 筑 L ake Point 塔 楼 , 总 高 197m, 共 70 层 ( 图 1-1) , 底 层 柱 的 混 凝 土 强 度 相 当 于 C65。 在 同 一 时 期 美 国 还 有 用 相 当 于 C70 的 高 强 混 凝 土 修 建 核 电 站 工 程 的 报 导 。尽 管 普 通 减 水 剂 也 能 用 来 制 造 强 度 较 高 的 混 凝 土 , 可 是 只 有高 效 减 水 剂 的 问 世 , 才 使 混 凝 土 技 术 跨 向 了 一 个 新 的 时 代 。 高 效 减 水 剂 使 混 凝 土 的 高 强 和 高 流 态 变 得 相 当 容 易 3 , 使 高 强 混 凝 土 的广 泛 应 用 有 了 可 能 。用 高 效 减 水 剂 配 制 普 通 工 艺 的 高 强 混 凝 土 是 1964 年 在 日 本首 先 兴 起 的 。 到 70 年 代 末 期 , 当 时 的 日 本 工 地 已 能 获 得 强 度 相 当 于 C80 C90 的 高 强 混 凝 土 。 1972 年 起 德 国 等 西 欧 国 家 也
