考虑。
关键词:高性能混凝土应用规范问题
引言
高性能混凝土(HPC)是混凝土技术发展的主要方向,国外学者曾称之为21世纪混凝土。近年来,在我国的国家重点建设工程中,高性能混凝土得到了普遍应用,如杭州湾大桥、东海大桥、青马大桥、三峡工程等等,人们的耐久性意识也不断提高,但实际上,混凝土耐久性是一个系统工程,需要设计、生产、施工、养护等各个环节的共同参与,实践中,发现存在很多问题,以桥梁工程为例,列举一二,与
同行共同探讨。
1什么是高性能混凝土
1990年由美国国家标准与技术研究院(NIST)与美国混凝土学会(ACI)共同主办的一次研讨会上正式定名高性能混凝土。大会规定高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土,必须采用严格的施工工艺,采用优质材料配制,便于浇捣、不离析、力学性能稳定、早期强度高、具有韧性和体积稳定性等性能的耐久的混凝土,特别适用于高
层建筑、桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑结构。
我们可以这样理解:高性能混凝土不是混凝土的一种,而是采用常规材料和生产工艺,能保证混凝土结构所要求的各项力学性能,并具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。高性能混凝土是在普通混凝土的基础上掺加各种矿物掺合料(替换部分水泥)和外加剂为
主要特征,各种性能均有提高,但成本却低于普通混凝土。
2高性能混凝土应用过程存在的几个问题
2.1对规范的理解偏颇
工程规范是设计与施工、验收的依据,规范不是一成不变的,它随着科学技术的不断发展和人们对客观实践认识的不断深入,在继承旧标准合理理论和内容的基础上,不断吸收新的成果,逐步完善。以桥梁为例,从20世纪60年代颁布的《公路桥梁设计规范》(试行)(1961年9月)起,我国的桥梁设计规范一直以安全性为主(表现为只重视结构强度),70年代、80年代规范一直在不断修改完善,直到
2004年《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)(以下简称04桥规)第一次提出了100年设计基准期的要求,提出了耐久性的要求,如表1。但该规范中,在耐久性要求中的水泥用量部分规定:在I-IV环境下,最小水泥用量的要求275-325kg/m3(实际上脱胎于《公路桥梁施工技术规范》(JTJ 041-2000)),而这一条存在许多问题,是何种水泥?何种等级的水泥?规范并未说明,实际上应该是胶凝材料用量。但很多业主和监理都据此强调水泥用量,这在很大程度上制约了高性能混凝土的应用,因为高性能混凝土的突出特点就是掺加矿物掺合料、降低水泥用量、低水胶比、掺用复合外加剂等。实际上,在2000年的《公路桥梁施工技术规范》(JTJ 041-2000)中,就已经明确提出,水泥用量是指“水泥与矿物掺合料总量”,水灰比就是水胶比。在这之后的《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JTG/T B07-01-2006)中明确提出了各种环境下最小胶凝材料用量,与《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中的水泥用量基本一致,如表2,同时提出最小水泥用量应不低于240 kg/m3,可见,只有搞清楚规范的来龙去脉,才
能灵活运用规范,而不被规范束缚。
表1《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2
004)的耐久性要求
环境
类别 环境条件 最大水灰比
最小水泥用量(kg/m3) 最低混凝土强度等级 最大氯离子含量(%) 最大碱含量(kg/m3)
Ⅰ
温暖或寒冷地区的大气环境;与无侵蚀性的水或土接触的环境
0.55 275 C25 0.30 3.0 Ⅱ
严寒地区的大气环境;使用除冰盐环境;滨海环境
0.50 300 C30 0.15 3.0
Ⅲ 海水环境
0.45 300 C35 0.10 3.0 Ⅳ
受侵蚀性物质影响的环境
0.40 325 C35 0.10 3.0
表2《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》的技术要求
设计基准期
环境作用等级
100年 50年
最低强度等级 最大水胶比 最小胶材用量 最低强度等级 最大水胶比 最小胶材用量
A C30 0.55 280 C25 0.60 260 B C35 0.50 300 C30
0.55 280 C C40 0.45 320 C35 0.50 300 D C45 0.40 340 C40 0.45 320 E C50 0.36 360 C45
0.40 340 F C50 a 0.32 380 C50 0.36 360
2.2设计人员常出现的问题
设计是龙头,施工、监理的依据就是规范和设计要求,设计人员肩负的责任当前耐久性广受重视,国家和地方出台了很多相关规范,各地建设也掀起了高潮,目前国内建设的现状是工期紧,任务重,突击建设。这导致设计人员整天忙于完成设计任务,无暇认真研究新规范,学习新技术、新材料,往往是工程设计图基本照搬以前的设计,略作修改,而设计规范不断更新,结果要么就是设计与现行规范不贴边,要么就是从规范上照搬几条,而不考虑结构所处的环境、气候、技术水平现状,让后边的施工、监理无所适从,从设计之初留下隐患。
比如,我们接触的一些设计单位,设计图纸上根本就没有体现耐久性的要求,而《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》在两年前的200
6年就已经颁布实施,但一些设计人员竟然不知道!!!我国规范应经提出桥梁设计基准期100年,还按几年前的要求去套用,何谈百
年?
另外,许多设计对基础腐蚀作用,还在沿用三级、四级防腐表示。根据介质的类别、环境条件、作用量大小等因素确定等级。依据的是岩土工程勘察规范(GB50021-2001)或《工业建筑防腐蚀设计规范》(GB50046-95),分别分为强、中、弱三级和强、中、弱、无四级,两本标准对腐蚀性等级的评定规定大同小异。而这些规范对混凝土的规定远不能满足桥梁的要求,但在《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规
范》已经规定的很清楚了。 2.3材料选用出现的问题
有些人认为,混凝土中掺入掺合料和外加剂就是高性能混凝土了,大错特错!水泥怎么选用,矿粉怎么选用,粉煤灰怎么选用,外加剂怎么选用都有相应的要求。另外,掺量多少以及怎么复掺,都要经过理论分析与试验验证,这方面国内进行的工作已经很多了,不再赘述。这里不得不提出一个级配的问题,往往大家重视的程度不够。有资料表明,良好的级配与不良级配,同样的配比,工作性相差非常大,强度可以差10MPa,足见级配的重要性。根据规范,我们可以按规范给定的级配曲线进行集料的搭配,这是毫无疑问的。但问题是,有的规范竟然是错的!!!我国以前的规范都使用圆孔筛,而国际上一些先
进国家,如美国、日本、英国、欧盟等的骨料试验均采用方孔筛。为继续沿用原来的研究成果,采用方孔筛对应圆孔筛。表4为方孔筛和圆孔筛的对应关系[[2]]。
表4方孔筛和圆孔筛的对应关系 单位:mm
方孔 2.36 4.75 9.5 16.0 19.0 26.5 31.5 37.5 圆孔 2.50 5.00 10.0 16.0 20.0 25.0
31.5 40.0
而在《公路工程集料试验规程》(JTJ 058-2000),竟然发生了方孔13.2 mm对应圆孔16.0 mm,16mm对应19 mm的错误,明显的是排版错误。虽然此规范已经废止,但由于一些规范性的文件都以此为参考引用,导致谬种流传,很多不明就里的技术人员不知所措,一头
雾水,影响了正常的工作。
2.4施工常出现的问题
前文提到,高性能混凝土的特点是低水胶比、高矿物掺和料、复掺外加剂,这与普通混凝土是不同的。这使得高性能混凝土在施工的质量控制、养护措施都与普通混凝土不同。低水胶比决定于混凝土的粘性变大,在混凝土的运输、浇注、振捣工艺上必须严格控制,有的施工人员为方便施工而掺水,结果强度、耐久性大幅度下降;高矿物掺和料要求混凝土的养护必须到位,普通混凝土早期强度高水化快,对养护不是很敏感,但高性能混凝土则不同,因为掺和料的活性比水泥小得多,对矿粉混凝土,要求潮湿养护14d,而粉煤灰混凝土则要养护21d才能达到预期效果,否则会发生表面掉面、耐磨性差等;复掺外加剂要求混凝土的拌合时间必须要长,外加剂的用量很小,若不保证拌合时间,根本分散不开,均匀性变差,致使外加剂不仅起不到作用,反而使混凝土表面质量下降。一句话,不能沿用普通混凝土的思路去
对待高性能混凝土,对一线施工人员必须进行重点培训,使之认识高
性能混凝土的要点。
2.5现行规范的
早期的普通混凝土在标准养护28d后,强度发展就很缓慢了,所以按28d强度作为特征值表征混凝土是合适的,但高性能混凝土一直到90d强度的发展才开始趋于稳定,因此,以28d强度表征高性能混凝土是不科学的,不仅是强度指标,包括混凝土的抗冻性,混凝土的抗碳化、混凝土的抗氯离子扩散系数也都是以28d龄期的混凝土进行实验,同样是不可取的,要推进高性能混凝土的应用,相应的检测指标也应该进行调整。实际上,在一些国家重点工程中也考虑了这些因素,如杭州湾大桥,就是要求84d的混凝土耐久性指标,在京沪高速铁路中,要求桩基、承台28d强度达到设计要求100%,90d强度达到11
0%即可,而这在很多规范上肯定是被判为不合格的。
3结语
大力开展高性能混凝土的研究和应用具有重要意义,为更好的推广应用,设计人员必须及时地掌握规范,正确理解与应用,跟踪新技术的发展,而对于施工人员,必须全面掌握混凝土的技术要点,不能照搬的施工与养护方法,对于监理人员,必须深入理解规范、灵活运用规
范,同时,相应的国家规范也必须进行适当的修改,以利于促进高性
能混凝土的应用。
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