行业知识|混凝土材料对混凝土结构有哪些深远的影响

      20世纪60年代,随着混凝土用高效减水剂如日本的奈磺酸盐及德国的磺化蜜胺树脂等混凝土高效减水剂的出现,混凝土技术又一次出现了质的飞跃。因为高效减水剂的使用,可大幅度降低混凝土的水灰比（降至0.25一0.30）和提高混凝土的强度或者提高混凝土的流动性（坍落度达20cm以上）,所以混凝土的性能得到改善。高强及超高强混凝土不断涌现,例如,1965年美国芝加哥首先以C50的混凝土浇筑lake point tower的一些柱子,以后又以C60的混凝土浇注了79层的water tower place大楼的柱子。

        20世纪90年代,混凝土用外加剂及矿物掺合料的“双掺技术“得到发展,二者共同掺入混凝土可发挥超叠作用制备高性能混凝土已成为共识。由于矿物掺合料大都来自工业废料所以混凝土的可持续发展战略已经开始实行。现在,人们想象不到1988年在马来西亚建成的petronas双塔楼这一世界上最高的建筑物竟是一座用混凝土（受压构件为C80的混凝土）建造的楼房；也难以想象世界上最深的钻井平台也是混凝土的,即1988年建成的比著名埃菲尔铁塔还高的挪威Trolla平台。然而,混凝土领域这些令人吃惊的进展,主要都是通过混凝土用外加剂技术来实现的。

        在众多的混凝土结构高层建筑中,多伦多的scotia place building用了C90的混凝土柱子；德国法兰克福的Japan Center大楼的混凝土的设计强度最高达相当于C110级；西雅图的Two Union Square Building用了C120的混凝土柱子。据美国混凝土学会估计,21世纪的混凝土可达C150一C200，建造安全、耐久的超高层（900米高度）钢筋混凝土建筑及大跨度（600米）混凝土桥梁、海上浮动城市及地下城等都会使这类超高强混凝土发挥作用。

      混凝土的耐久性差,往往会产生各种形式的裂缝,对混凝土的安全性产生最直接的危害。我国许多重点工程和大体积混凝土工程在使用阶段出现了由于混凝土耐久性差而导致混凝土开裂现象，有些甚至在建设阶段就已经出现了大量裂缝,这是导致建筑物和构筑物钢筋锈蚀、混凝土强度损失、冻融破坏、渗漏甚至结构破坏最直接的因素。因此提高混凝土的耐久性对提高重点工程安全性甚至延长使用寿命具有十分重要的意义。

      为了保证混凝土的耐久性,提高建筑结构的安全性,我国目前作为研发热点并已在重点工程中投入使用的混凝土主要有以下三种,如下表所示。

      在传统上,混凝土材料专家与结构工程师的工作好象是互相分离的。前者只是反复地加工大量试件,再用试验机把它们破坏后者主要是分析计算,近年来集中体现在运用计算机技术上。而两者之间的关系好象仅仅是前者为后者提供必要的数据而已。因此,一直以来,水泥混凝土材料学科的地位并未受到很好地重视。不少人认为,只要有各种规范、手册在手,结构工程师就能出色地进行设计工作。

      事实上,混凝土的使用效果,与它所应用的结构形式、部位、施工时的环境等诸多因素息息相关。例如,在混凝土结构设计中,抗压强度是最容易得到的。然而结构的强度还需要知道混凝土的变形特性,除了受诸多因素影响的“徐变”外,还存在与应力无关,可是又受到很多因素影响的干缩和混凝土产生的自身收缩。这些收缩特性会使混凝土产生意外开裂,而在设计阶段,规范的限制通常都很宽,设计人员无法从手册里查找与之有关的通用物理参数。又如,为了保证结构的使用寿命,应用于海水工程的混凝土结构必须考虑哪种结构形状更耐钢筋锈蚀。这就要求设计人员很好地了解混凝土与环境之间相互作用的物理和化学现象,才能恰当的对待。因此,结构设计人员不了解混凝土,就不是一个真正完全的设计师。

数据指出，当前有关耐久性的研究中，混凝土材料学和工程结构学常常是脱离的，对同一个问题的习惯思路往往有很大区别，甚至有时连定义都不相同，工程材料专家对材料劣化在结构上造成的后果常常难以分析，而工程结构专家不熟悉如何在材料上下工夫改善结构的耐久性。例如，当混凝土出现开裂或剥落,是应力导致的，还是与混凝土热性能有关是收缩上存在差异，还是因为养护不良。如果不了解混凝土结构的特性，是无法回答上述问题的。而结构工程师需要懂得混凝土在所处环境条件下的表现行为才可以回答这些问题。

中国混凝土与水泥制品协会预拌混凝土分会

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