建筑工程技术中高延性混凝土的应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：彭锦艳（1990），女，汉族，江西萍乡人，本科学历，工程师，研究方向建筑施工。-169-建筑工程技术中高延性混凝土的应用 彭锦艳 江西建工第四建筑有限责任公司，江西 南昌 330000 摘要：摘要：随着建筑行业的发展，高延性混凝土成为当今世界上研究和应用最广泛的高性能混凝土之一，对其性能的研究也得到了持续发展，国内外学者对高延性混凝土的力学性能、施工技术等方面都进行了深入系统地研究。本文主要阐述高延性混凝土的应用优势，并提出相应的施工方式，其目的是提高高延性混凝土的应用水平，确保我国建筑工程施工水平。关键词：关键词：建筑工程；高延性混凝土；应用 中图分类号：中图分类号：TU755 0 引言 高延性混凝土是一种高韧性、高强度、低韧性的新型材料，其特点是抗拉强度高，延性大，并且在受拉时会出现塑性变形，即应力-应变曲线在零应变附近的塑性变形。高延性混凝土具有良好的抗震性能，同时对桥梁、道路等交通设施、建筑结构具有良好的保护作用。目前已有很多国家及地区开始研究高延性混凝土在工程结构中的应用，我国也已开始将高延性混凝土用于桥梁建设。随着国内对高延性混凝土研究的不断深入，国内越来越多的企业和单位开始进行高延性混凝土在桥梁、道路等工程中的应用研究工作，并取得了一定成绩。1 高延性混凝土的应用优势 1.1 可用于抗形变位置 高延性混凝土是由水泥、骨料和掺合料组成，具有高延性和高韧性的混凝土材料。作为一种新型建筑材料，其在抵抗变形能力方面具有明显的优势，与传统混凝土相比，具有抗拉强度高、抗压强度高、收缩变形小等特点。高延性混凝土在抵抗形变方面具有独特的优势，其力学性能是普通混凝土的 3-5 倍。由于其弹性模量与普通混凝土相比有明显提高，所以其拉伸强度也有一定的提高。根据实验数据，当混凝土拉伸强度为 10 MPa 时，普通混凝土的拉伸强度为 7 MPa左右，而高延性混凝土可达 16 MPa 左右。其次普通混凝土在受到外力作用时，往往是先产生变形，然后才产生应力，而高延性混凝土在受到外力作用时，是先产生变形，然后才产生应力。因此，高延性混凝土更能抵抗变形。普通混凝土在外力作用下会发生较大的变形，当达到极限破坏时其应变通常不会超过 2%。而高延性混凝土可以让变形处于较低水平上。由于其材料具有良好的柔韧性和应变恢复能力，即使受到较大的外力作用，仍然可以保持高韧性。在承受外力时，由于高延性混凝土材料自身具有良好的能量吸收能力，使得其变形过程中所需的能量很小。根据实验数据显示：普通混凝土的能量吸收率为 23%45%，而高延性混凝土可以将其能量吸收到 11%24%。另外，由于高延性混凝土具有很高的抗拉强度和抗压强度，因此其抗裂性能良好，高延性混凝土在受到外力作用时具有很好的韧性和变形能力，与普通混凝土相比，可以降低构件发生脆性断裂的风险。根据实验数据显示，普通混凝土在受到外力作用时，其屈服应变一般在 5 mm以下，而高延性混凝土可以将屈服应变提高到 10 mm以上，可以大大提高构件的受力性能1。1.2 抗震性能较为良好 高延性混凝土的延性系数为 1.4-2.1，普通混凝土的延性系数为 1-3.5。高延性混凝土的屈服强度比普通混凝土高，可以较大幅度提高结构的承载力，改善结构在地震作用下的抗震性能，有利于减轻地震对建筑物造成的破坏。在地震作用下，混凝土中水泥石颗粒发生塑性变形和粘结破坏，在此过程中产生塑性应变，随着塑性应变的积累，混凝土内部应力增加。高延性混凝土主要通过提高其延性系数、脆性指数和变形能力来提高其承载力。目前已有的研究成果表明，高延性混凝土具有优异的延性性能、耗能能力和变形能力，能够在地震作用下有效吸收地震能量、减小结构的位移和应变、提高结构强度、改善结构受力状态等。随中国科技期刊数据库 工业 A-170-着我国经济发展和人民生活水平的提高，建筑物结构不断朝着功能化、智能化和复杂化方向发展。高延性混凝土作为一种新型建筑材料，具有较强的承载能力和耗能能力，能够满足现代建筑功能要求，且能有效抵抗地震作用。在地震作用下，高延性混凝土通过其高强度和良好的抗震性能可以有效吸收地震能量、减小位移和应变。此外，高延性混凝土具有较高的塑性应变能力、变形能力和耗能能力也能够提高结构抵抗地震作用的能力。因此高延性混凝土在抗震方面具有较大优势2。1.3 承载能力较高 高延性混凝土与普通混凝土相比，具有较高的延性。一方面，高延性混凝土具有高强度、高韧性、高弹性模量等特性，能够有效提高结构构件的变形能力；另一方面，高延性混凝土具有较高的韧性，能够有效避免或减缓结构构件在荷载作用下的破坏过程，提高结构的整体承载能力。例如，日本学者通过试验发现，在相同荷载水平下，高延性混凝土构件的破坏形态明显优于普通混凝土构件。在我国施工规程中对高强混凝土的定义是，强度等级C50 的普通混凝土。而从我国现行规范来看，普通混凝土强度等级C40 以下才能称为高强混凝土。可见我国规范中并没有对高强混凝土的定义。然而在实际工程中，高强混凝土被广泛应用于各种建筑工程中。例如在大跨度桥梁、高层建筑等结构中采用高强混凝土能有效降低自重、减轻结构自重、延长建筑物寿命。在钢筋和钢绞线共同作用下，受拉钢筋发挥主要作用，而受压钢筋发挥次要作用；高强混凝土在受压状态下存在裂缝发展的极限状态，而高强钢材则不存在这一问题，当受到较大荷载时，受拉钢筋被拉断而受压钢筋仍可承受较大的拉力，而普通钢筋则易断裂。因此高强混凝土具有明显的优势，既能充分发挥钢绞线与普通钢筋共同工作、协同工作的特点，又能充分发挥高强混凝土优越的力学性能。1.4 施工较为便捷 高延性混凝土具有较好的可塑性，可以在大范围内调整配合比，还可以通过改变原材料的比例来调整高延性混凝土的性能。同时，由于高延性混凝土的制作过程中不需要添加外加剂，可以节约原材料、提高施工效率，而且在保证混凝土性能不变的情况下减少了原材料的使用量。因此，与普通混凝土相比，高延性混凝土在施工中具有较好的便利性。随着科学技术的发展和经济水平的提升，建筑行业也取得了很大发展。作为一种新型建筑材料，高延性混凝土不仅能够改善结构物性能，还具有较好的耐久性和抗裂性能。高延性混凝土在未来建筑行业中有着广阔的应用前景，随着对高延性混凝土研究的不断深入，其性能必将进一步提升3。2 高延性混凝土的施工方式 2.1 原材料选择 首先，水泥。根据高延性混凝土的工作原理，水泥必须具有足够的强度，才能保证其在拉伸荷载下保持延性。因此，掺入适量的矿物掺合料能明显提高高延性混凝土的强度。掺入粉煤灰能大幅度降低混凝土的水灰比，同时还可以明显提高混凝土的延性。其次，粗集料。粗集料应具有足够的强度和刚度，以承受较大的拉伸荷载。目前一般采用高标号、级配良好、表面平整光滑、具有一定棱角且磨耗小的粗集料。另外，细集料主要是指粒径小于 0.075 mm 的颗粒，其性能对高延性混凝土性能有重要影响，粒径越小，颗粒之间接触面积越大，可起到填充孔隙、增强整体性的作用。在混凝土中掺入适量细集料如矿粉或粉煤灰，能够大幅度提高 高延性混凝土的强度和韧性。最后，掺合料及外加剂。目前市场上有多种掺合料及外加剂可供使用，如聚羧酸高性能减水剂、纤维素醚、聚乙烯醇缩丁醛、硅灰等。水是高延性混凝土体系中最重要的成分，不仅可以起到润湿、润滑和增强作用，还能减少水泥水化产生的气体，保持混凝土具有良好的工作性能和力学性能4。2.2 配合比 根据试验，高延性混凝土的水胶比和水泥用量都是影响其抗拉性能的主要因素，高水胶比有利于提高混凝土的抗拉强度和延性。通常，高水含量可以改善混凝土的流动性，但对其抗压强度影响不大。而水泥用量过多，会使高延性混凝土的韧性降低。因此，在配合比工序时应明确水泥用量，通常为胶凝材料总量的 40%左右。通过对国内一些研究机构进行试验的结果表明，通过适当增大水胶比，可以在一定程度上提高高延性混凝土的抗拉强度和延性。同时，通过掺加一定数量的矿物掺合料可以改善高延性混凝土的工作性能和力学性能。为了满足工程应用需要，通常采用三中国科技期刊数据库 工业 A-171-种配合比方法，如正交试验法、双因素法和单纯形法。其中正交试验法是最常用、最方便、最有效的方法，通过正交试验可以对水泥用量、砂率等进行优化选择，而单纯形法是根据不同的集料形状和粒径选择最佳配合比进行施工，单纯形法比正交试验更适合于高延性混凝土，其流程为先计算出各种材料的用量后再计算出最佳配合比。2.3 施工工艺 首先将高延性混凝土的搅拌、运输、浇筑等工序进行细化，并将其划分为多个步骤，如拌和、浇筑等。在拌和阶段，应保证混合料中的水泥、集料和水均匀地分布在拌和罐中，在运输阶段，应保证混合料不离析、不泌水。在浇筑阶段，应保证混合料的振捣密实，并按照施工要求掌握好浇筑速度。其次施工过程中，要对高延性混凝土进行严格管控。在搅拌过程中要严格规定用水量，合理管控浇筑速度。高延性混凝土浇筑时应分层进行。每层厚度不大于 30 cm，浇筑过程中应先从低处开始向高处推进。并应遵循“快插慢拔”的原则，保证混凝土的振捣密实。振捣过程中应避免出现漏振和过振现象。在养护过程中要注意温度的变化情况，温度变化将会导致高延性混凝土的收缩和裂缝问题。因此在养护过程中应注意将温度管控在合理范围内。最后，高延性混凝土具有较大的体积，自身收缩会随着时间的推移而发生变化，并且其体积收缩与环境温度和湿度密切相关，因此在施工过程中要采取必要的措施稳定混凝土内部温度，从而保证混凝土性能。2.4 性能管控 首先原材料。水泥、砂、石子等材料，应按规范规定的技术指标进行检验和检测，严禁使用不合格材料。原材料进场时，应对材料性能证明文件进行审查，并对进场材料进行检验，确保材料性能合格。水泥应存放在通风干燥、远离热源的地方，砂子、石子应清洁无杂物；砂的含泥量应不大于 1%，碎石的含泥量应不大于2%；水泥仓中的骨料要有一定数量的粒径为110 mm、520 mm 和 2540 mm 三种规格，并保证有足够的数量，砂、石子上应无浮土及其他杂物，并应定期清除。对进场水泥、砂、石子进行检验，对不符合要求的材料禁止使用。其次搅拌工艺。根据不同强度等级及配合比要求，确定合理的搅拌时间。拌合前，其水灰比需在 0.450.55 之间，并尽量缩短拌合到终凝前的时间。采用强制式搅拌机时，拌制混凝土时间宜为 13 min，采用间歇式搅拌机时，拌合到终凝前时间宜为 35 min。然后，养护方法。采用湿养护方式时，混凝土应在硬化前进行蓄水养护；采用干养护方式时，混凝土应在硬化后进行蓄水养护。蓄水养护时间不得少于 14d。最后混凝土试件制作及试验方法。根据相关标准、规范要求，采用标准贯入试验和平板试件抗压强度试验法测定混凝土强度。试件制作时应保证其完整性、真实性和准确性；所用原材料必须符合有关标准或规范要求，试验操作方法和仪器设备应正确可靠，试验结果应按规定进行评定，并按照规定制作和存放试件6。3 结束语 总而言之，高延性混凝土，对于现阶段建筑而言具有较强的应用优势，其抗变性能以及抗震性能都较为良好，可以用于各结构的加固之中，提高建筑物的整体性能，如强度、韧性、抗裂性。该材料在实际作业过程中会加入相应的纤维，因此也可以提高建筑物的耐火性。相关企业需要做好分析，了解该材料的特性，明确其施工养护要点，做好技术投资，提高该施工技术的应用价值，确保结构强度。参考文献 1闫子剑,张浩博,寇佳亮,张建峰.低温环境作用下高延性混凝土力学性能试验研究D.西安:西安理工大学,2023.2姜景,张锡凯,孙勇.既有砌体结构高延性混凝土加固技术研究J.江苏建筑,2023(03):60-63.3李鹏.建筑工程中高延性混凝土施工技术分析J.散装水泥,2023(03):188-190.4励蜜蜜,吴竞,江艳艳,华家伟,陈鹏宇,陈何塘.高延性混凝土加固梁的力学性能综述J.安徽建筑,2023(03):75-76.