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HighStrengthConcrete一、简介高强混凝土作为一种新的建筑材料，以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。高强混凝土最大的特点是抗压强度高，一般为普通强度混疑土的4～6倍，故可减小构件的截面，因此最适宜用于高层建筑。试验表明，在一定的轴压比和合适的配箍率情况下，高强混凝土框架柱具有较好的抗震性能。而且柱截面尺寸减小，减轻自重，避免成为短柱，对结构抗震也有利，而且提高了经济效益。高强混凝土材料为预应力技术提供了有利条件，可采用高强度钢材和人为控制应力，大大地提高了受弯构件的抗弯刚度和抗裂度。世界范围内越来越多地采用施加预应力的高强混凝土结构，应用于大跨度房屋和桥梁中。利用高强混凝土密度大的特点，可用作建造承受冲击和爆炸荷载的建（构）筑物，如原子能反应堆基础等。利用高强混凝土抗渗性能强和抗腐蚀性能强的特点，建造具有高抗渗和高抗腐要求的工业用水池等。二、高强混凝土的概念混凝土材料强度的高低是一个相对概念，与当前混凝土的水平有关，各国当前对高强混凝土的定义也不完全一致。一般把强度等级为C60及其以上的混凝土称为高强混凝土。根据CECS104:99《高强混凝土结构技术规程》1.0.2条明确规定：高强混凝土为采用水泥、砂、石、高效减水剂等外加剂和粉煤灰、超细矿渣、硅灰等矿物掺合料以常规工艺配制的C50~C80级混凝土。三、高强混凝土的历史和现状1.初期的研究1930年前后，就已经出现了抗压强度为100MPa以上的高强混凝土。•日本的吉田于1930年通过加压振动复合工艺，得到了28天强度为104MPa的高强混凝土。•Menzel也于1934年通过高压蒸养水泥浆得到强度为130MP以上的高强混凝土。•同一时期Freyssinot也制得了100MPa以上的高强混凝土。2.有关高强混凝土的国际会议1966年第5次预应力混凝土国际联盟大会上，在介绍关于高强混凝土的制备方法中，阐述了高强混凝土技术的现状，并提出用强度为100MPa的预应力混凝土结构，有可能比钢结构还要轻。这个报告影响很大，从此对高强混凝土的关心多起来了。3.高效减水剂的应用1968年，日本开发了高强度的钢筋混凝土桩(下称高强RC桩)。用硅质细粉，通过高压釜养护，得到了抗压强度为80MPa的高强混凝土。1970年又开发了抗压强度为90MPa的预应力混凝土桩(下称高强度PC桩)。不用硅质细粉，而是采用高效减水剂，通过高压蒸养而获得了高强。这种预应力高强混凝土桩耐冲击性能好、裂缝少。现在日本生产的桩一半以上是用预应力混凝土生产的。使用高效减水剂配制高强混凝土这种技术，已在全世界得到了广泛应用。高效减水剂由于缓凝性小、引气性小，减水效果显著，可以获得低水灰比、流动性又较高的高强混凝土。日本是开发高效减水剂较早的国家。日本学者指出高效减水剂对水泥有相当优异的分散能力。后来这种高效减水剂以Mighty为商品名出售。在日本，以高强度PC桩为契机，使用高效减水剂而得到高强混凝土的有效方法得到了广泛的重视。而在西德，由于在普通混凝土中使用高效减水剂，坍落度可以明显地增大，很适宜于配制流态混凝土而发展起来。4.高强混凝土的应用日本最早推广应用高强混凝土是在铁路部门。1973年5月，在一T形桁架桥中，采用了设计强度等级为60MPa的混凝土。同年12月，又在某一桁架桥的施工中，采用了设计强度等级为80MPa的高强混凝土。1975年，PCT形梁式桥施工时，采用了蒸压养护的设计强度等级为80MPa的高强混凝土。日本关于高强混凝土的研究与在桥梁结构物中的应用，从世界范围来看都是最高水平的。据日本一些资料介绍，列车速度与混凝土允许抗压强度之间有下图所示的关系。5.高强混凝土的发展随着高强混凝土及流态混凝土应用的扩大，高效减水剂在混凝土中应用的不断增加，1978年、1981年两次在加拿大召开了关于高效减水剂的国际会议。1980年日本土木学会发行了设计强度等级为60～80MPa为对象的高强混凝土设计施工指南。日本的混凝土桩协会及水泥协会也设立了高强混凝土研究会，研究推广高强混凝土。1982年高强混凝土PC桩作为JISA5337技术标准而在日本推行。在美国，作为高强混凝土在结构物中应用的实例是建筑物中的柱或桥梁。芝加哥的商业交易所建造时曾试验应用了设计强度等级为100MPa的高强混凝土。美国在桥梁建设中也采用了设计强度等级为63MPa的高强混凝土。现在，还可以得到强度更高的高强混凝土。据文献报道，利用硅粉、高效减水剂及另一种专利成分的组成，掺量为20%，水灰比0.22，坍落度为102～203mm，混凝土的抗压强度为55～124MPa。有文献还介绍，采用硅粉作混合材料，1天龄期混凝土的强度可达100MPa，采用高压蒸养，然后用树脂浸润，可以得到强度为250MPa的高强混凝土。但是，现在即使是强度为100MPa的高强混凝土，其强度也得不到充分的应用。如混凝土变形的限制问题、钢筋的配制等均有困难。今后应当把高强混凝土的适用性研究作为重点。四、高强混凝土的应用与发展混凝土是用量最大的人造建筑材料，自十九世纪末开始推广应用以来，已为二十世纪的人类物质文明建设作出了巨大贡献，在可预见的将来，混凝土仍将继续保持大宗建筑材料的地位。混凝土技术还将继续发展，而现代高强混凝土和随之而来的高性能混凝土则代表着今后混凝土的主要发展方向。1.高强混凝土的配制途径(l)通过降低用水量，使硬化后的混凝土内部空隙减少，以及改善粉体材料的总体颗粒组成，使其具有良好的级配，从而增加混凝土的密实性。(2)通过降低水灰比，以及引入矿物掺合料所参与的水化作用与火山灰作用，使水泥水化产物的微观结构得到改善，尤其是水泥浆体与粗骨料之间的界面结构得到加强。(3)通过引入高效化学减水剂，分散拌合物中超细粉体的絮凝作用，并配合缓凝剂、引气剂等化学外加剂使拌合料具有良好的工作性能。(4)通过降低水泥用量，必要时引入膨胀剂，防止混凝土在结硬过程中造成宏观与微观裂缝。•高强混凝土的众多优点来自外加剂、低用水量、矿物掺合料的添加和密实的细观结构，但同时也带来一些需要解决的问题:（1）因质地密实，火灾时高强混凝土内部产生的高压蒸汽不能逸出，会引起混凝土崩落并使钢筋暴露，从而降低结构的耐火性。(录像)（2）低水灰比的高强混凝土因内部缺水会发生较大的自收缩。因表面收缩等原因，高强混凝土配筋受压试件的保护层在加载过程中还有提前剥落倾向，可使承载力受到一定影响。（3）因用水量低，高强混凝土中未水化的水泥颗粒会引起人们对混凝土长期性能的担心。这主要是指长期处于潮湿或水环境中的高强混凝土，随着时间的推移，是否会使内部水分逐渐增长；对于水灰比低于0.3的混凝土，如果因未水化的水泥在混凝土充分硬化后再遇水发生水化作用，水化产物造成的体积膨胀就有可能引起混凝土开裂。2.应用概况以硅酸盐水泥、砂、石为原料并采用常规工艺生产配制的现代高强混凝土，是在混凝土组成中引入高效减水剂和矿物掺合料之后，从70年代初期开始发展起来的，它克服了以往高强混凝土因拌合料高度干硬而难以施工的根本缺陷，在混凝土的工作度、强度与抗渗性等方面具有综合优良性能，适应了当代工程结构向大跨、高耸、重载方向发展和承受恶劣环境条件的需要，满足了工业化生产要求，因而迅速地得到推广应用。最早大量应用高强混凝土的是高层建筑，只需简单地将高强混凝土置换底层墙柱中的普通混凝土，就可以大幅度缩减墙柱截面和混凝土用量，增加建筑使用面积，缩短施工工期。例如1989年建于美国芝加哥的SouthWacker大厦，采用了高强混凝土，比采用钢结构建造同样层数的高层房屋，高度降低了25m，毫无疑问地降低了墙面、管道、电梯以及维修等费用。桥梁结构中采用高强混凝土能有效降低桥梁结构自重并提高结构刚度，有利于增大桥跨、减少桥墩数量，增加桥下净空，但更为重要的还在于降低平时维修费用和增加使用寿命。对于许多工程尤其是露天基础设施工程来说，高强混凝土的耐久性远比其强度具有更重要的意义。工厂生产的预制构件采用高流动度的现代高强混凝土，不仅能降低生产电耗，延长成型设备的使用期限，并且带来更高的生产效率。现代高强混凝土有优异的抗渗、耐磨和耐腐蚀的性能，在海洋与港工建筑物（采油平台、码头）、核电站安全壳和核废料储罐、受高速水流冲蚀的水工结构和抗磨蚀的道路路面，以及遭受侵蚀物质作用的工业厂房、筒仓、城市汽车库、海滨设施和地下保险库等建筑工程中也有广泛用途。1990年前后修建的北京新世纪饭店和广州国际大厦开始了我国超高层建筑中应用高强混凝土的先例，广州国际大厦高200m，其屋顶直升飞机坪用C60泵送混凝土。此后已有50余座超百米的高层建筑应用高强混凝土，如高322m的广州中天大厦，高254m的深圳赛格大厦，高420m的上海金茂大厦等建筑。上海东方明珠电视塔下部塔身采用C60粉煤灰混凝土，并将这种混凝土泵送到350m处的高度。北京机场新候机楼，除基础外的所有墙、梁、板、柱均采用了塌落度为20～22cm的C60混凝土。上海中心大厦，占地3万多平方米，其建筑设计方案由美国Ｇｅｎｓｌｅｒ建筑设计事务所完成，主体建筑结构高度为580米，总高度632米，127层，是目前中国国内规划中的第一高楼。“上海中心”总投入将达148亿元，2012年结构封顶且部分投入运营，2014年竣工交付使用。相对于房屋建筑而言，国内在铁路和公路大型桥梁中采用高强混凝土的比例要大些，开始应用的时间也较早。跨长602m曾一度位居世界之首的上海杨浦大桥，其中208m高的索塔采用泵送粉煤灰高强混凝土；万县长江大桥是当今世界上跨度最大的拱桥，拱跨达420m，采用钢管混凝土组合截面，内填及外包C60混凝土，不仅满足强度需要，而且耐当地酸雨环境的侵蚀。浙江的飞云江桥(多跨简支，总长1721m，单跨62m；钱塘江二桥(公路铁路二用，18跨连续梁，连续总长度（1340m）；厦门海峡大桥(连续梁桥，总长2070m)，等等。三、高强混凝土的特点1.强度高高强混凝土的抗压强度很高，可使钢筋混凝土柱和拱壳等以受压为主的构件的承载力大幅度提高。在受弯构件中，可降低截面的受压区混凝土高度，从而可使构件截面减小，降低结构自重，增加有效使用面积，适用于大跨、重载、高耸等工程结构。2.流动性大、早期强度高用高效减水剂和粉煤灰等掺合料配制的高强混凝土兼有坍落度大和早强的性能，可加快施工进度。3.耐久性好由于高强混凝土的低水灰比(水胶比)，与普通混凝土相比有较高的密实性，抗外部侵蚀能力强，能承受恶劣的环境条件，提高结构的使用寿命。但是，高强混凝土受压时表现出较小的塑性和更大的脆性，随着混凝土强度等级提高，这一特征越明显。因此，在配制高强度混凝土时，不能单纯地追求抗压强度的高指标，而应兼顾混凝土在工程结构上所需要的其他力学性能指标。四、高强混凝土的配制技术及其原理1.水灰比（水胶比）的确定高强混凝土配制技术的核心是尽可能降低水灰比，一般为0.2~0.3，水胶比为0.25~0.42。强度越高水灰比(水胶比)应越低。使用高效减水剂可大幅降低水灰比(水胶比)，又不损害工作度，可有效减少用水量，而获得满意的和易性和很高的抗压强度，是提高混凝土强度的有效方法。2.掺用高效减水剂以低水灰比(水胶比)、低用水量配制的具有合适流变性能的混凝土，使混凝土在密实成型的过程中具有较大流动性，掺用高效减水剂的方法已有较成熟的经验。但是，由于采用了高效减水剂，致使其坍落度损失很快。造成坍落度损失的化学原因是由于水泥初期水化而使流化剂消耗，同时水泥中的C3A含量多，对流化剂的吸附量大，坍落度损失也大。3.水泥品种及用量配制高强混凝土用的水泥宜选用强度等级不低于42.5MPa的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。由于一般的混合水泥已加入一定数量或大量的活性与非活性矿物掺合料，而这些掺合料的数量和质量不一定符合配制高强混凝土的要求，所以最好采用纯硅酸盐水泥，并按要求在配制时加入规定数量的高质量掺合料。普通硅酸盐水泥的掺合料数量较少，用来配制高强混凝土也比较合适。4.骨料配制高强混凝