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上海市混凝土工程技术发展综述(下)

放大字体  缩小字体 发布日期:2005-12-09  来源:中国混凝土网转自《混凝土》  作者:朱稚石
核心提示:上海市混凝土工程技术发展综述(下)

2.2.3  混凝土在墙体改革中的应用

    浦东香格里拉大酒店清水PC外墙挂板饰面清晰纯朴,显示出了清水混凝土建筑自然清新的建筑效果。延安东路外滩附近的高登金融大厦的艺术花饰外墙板,体现了预制混凝土墙板的高精度和艺术性,突出地显现了上海市预制混凝土墙板制作精度、混凝土色泽控制等方面的高水平。外墙挂板在五星级酒店和金融大厦这样高层次建筑上应用获得成功,说明防水节点的处理技术已完全解决,为房屋建筑工业化生产奠定了基础。

    混凝土小砌块在上海的应用已有10 余年的历史,1993 年编制的混凝土小型砌块图集说明混凝土小型砌块在上海已是标准产品。现在上海混凝土小型空心砌块的生产能力已达100万m3 (32 个生产企业) ,实际需求量只有20 万m3 ,所以已经是生产能力大大高于市场需求量局面。在混凝土小型砌块建筑的推广应用中,也遇到了新产品、新工艺推广过程中的共性问题,即产品成熟期和生产规模增长不合理的矛盾。也就是说,该项新产品从技术上来讲还没有达到成熟期。然而,在利益的趋动下,生产规模超常规地增长,最终导致一哄而起,生产能力大量地过剩,反而影响了技术进步和新产品的推广应用。现在,这些问题已引起各方面的足够重视,有些问题已在逐步地被克服,如裂缝、渗漏等问题已列专题研究,并取得较好的成果。在18 层的混凝土小砌块配筋试点工程中,已获得理想的效果。混凝土小砌块技术的推广和应用,一定会走出困境,为墙体改革作出贡献。

2.2.4  预应力混凝土技术进步

    80 年代中后期到90 年代初,上海市的预应力混凝土技术已逐步由单一构件(即三板一梁,预应力空心楼板、预应力屋面板和预应力槽型板、预应力吊车梁)的范围向预应力结构过渡。这一阶段典型的工程有同济大学图书馆的悬挑结构、新民晚报社大楼3~6层的无粘结预应力平板结构、农业大厦展览厅的现浇井字型预应力结构、闵行工人俱乐部影剧场的预应力三向网格梁屋盖结构、丝织九厂七层25m 单跨框架结构、色织十厂的双跨19.5m五层织布车间等等。其中尤具代表性的是80 年代中期建成的秦山核电站安全壳采用的三向预应力技术。

    进入90 年代后,预应力混凝土设计和施工技术都又上了一个台阶。南浦大桥的预应力曲线箱梁,最长已达到120.5m ,施工技术极为复杂。杨浦大桥斜拉索锚固区段由于拉应力大,必须采用预应力结构,又由于塔柱锚固区是一个由两个椭圆组成的空心断面,只能采用环向预应力的方法,对塔柱锚固区施加预加应力。经大量研究和试验,最终采用DM7248 锚具,每束48根<s7高强钢丝进行张拉,完成了这一高难度工程。

    在东方明珠广播电视塔的竖向预应力施工中,钢丝束从- 9.4m 的地下室直至塔顶283m ,预应力钢丝束长度几近300m。采用OVM 群锚,1860N/mm2 级低松驰钢绞线,完成这一罕见的竖向涨拉预应力工程。

    此外,无粘结预应力结构施工技术在高层建筑中获得推广应用。其中典型的工程实例有申鑫大厦、新上海国际大厦、鸿运大厦等。这些工程都取得了降低层高、合理解决大悬臂和大跨度的问题,充分利用建筑空间,提高建筑结构的整体性,改善了建筑物的使用功能。

    在工业厂房的单层框架中还采用了跨度达到50m的预应力屋面大梁。人民电器厂预应力框架梁单索预应力筋长度达96m。上海申美饮料公司金桥厂房工程中采用的大面积双向预应力框架结构,为上海地区无粘结预应力拓宽了应用领域。

2.3  特种混凝土

    与高性能普通混凝土的技术进步相比较,上海市对特种混凝土技术的开发研究就显得比较缓慢。仅以其中最为常用的特种混凝土———轻混凝土、纤维增强混凝土,和聚合物混凝土为例进行一下浅析。陶粒混凝土作为轻骨料混凝土的典型品种,上海50 年代就开始生产,以后经历了粘土陶粒和粉煤灰陶粒两个发展阶段。预制陶粒混凝土内隔板和陶粒混凝土大板,都曾是骄人的产品。然而,随着预拌混凝土的兴起,由于设计、生产、施工的相互脱节和施工技术跟不上要求等因素,在80 、90 年代上海建筑的2000 余幢高层建筑中竟无一幢采用轻混凝土和国际上轻混凝土技术已进入HPLAC(高性能轻骨料混凝土) 的阶段相比,落后了一大截。近一、二年,轻骨料混凝土的研究已受到有关单位的重视,并已投入了一定的科研力量进行研究。纤维增强混凝土,在理论研究上已有高、低弹模混合纤维增强混凝土的研究成果。在生产实践上却还停留在少量试点工程中应用的单一高弹模纤维混凝土,除了GRC 内隔板外“钢纤维混凝土屋面板”也已在上钢五厂某车间采用。再如虹桥机场某些局部建筑的现浇屋面,也已采用钢纤维混凝土,但距推广应用尚有距离。1999 年开发出的钢纤维混凝土核废料桶已出口,用于某国的核电站,为钢纤维混凝土拓宽了应用领域。聚合物混凝土的研究屹今为止还仍停留在部分高等学校的实验室中,没有走出产业化的道路。从广义的定义来理解,上海虽已有纤维增强MDF (宏观无缺陷水泥基材料) 的研究成果,但距产业化还有一定的路程。

2.4  地方性标准规范的制定和修订

    随着混凝土工程技术的快速发展,上海市建设委员会十分重视通过各项科研工作和生产实践中采用的新材料、新工艺使用的规范化操作,以促使新技术的合理运用,提高施工质量。在90 年代制定了一批技术规程,这也从一个侧面反映了上海市混凝土工程技术的进步:

DBJ 08227292《粉煤灰渣在混凝土和砂浆中应用技术规程》

DBJ 08226293《混凝土小型空心砌块建筑设计规程》

DBJ T08254293《混凝土小型空心砌块砌体建筑构造图》

DBJ T08255293《混凝土小型空心砌块砌体结构构造图》

DBJ 082203293《混凝土小型空心砌块砌体工程施工及验收规程》

DBJ 082235294《后张预应力施工规程》

DBJ 082301295《预应力混凝土肋加气砌块屋面板产品标准》

DBJ 082213295《预制混凝土构件模板技术规程》

《铣削钢纤维混凝土应用技术规程》

DBJ 223296《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》

DBJ 082302296《先张法预应力混凝土管桩制作规程》

DBJ 227297《预拌混凝土生产技术规程》

DBJ 08263297《焊接钢筋网混凝土结构技术规程》

DBJ 082230298《高钙粉煤灰混凝土应用技术规程》

DBJ 082102298《钻芯法检测混凝土强度技术规程》

DBJ 08277298《高强混凝土结构设计规程》

DBJ 082235299《后张预应力施工规程》

DBJ 082501298《粒化高炉矿渣微粉在水泥混凝土中应用技术规程》

3  二○○○~二○一○年上海混凝土工程技术发展趋势

    跨入2000 年后,人们对地球环境保护,寻求自然和谐的生活,走可持续发展的道路的意识越来越强了。绿色高性能混凝土( GHPC) 的研究和应用,不再是理论上的探讨,而是逐步付之实施的问题。

3.1  高性能混凝土研究

    1999 年12 月,上海市建委成立了高性能混凝土技术学科研究发展中心,上海市科委也已把“高性能预拌混凝土应用技术研究”列入了1998~2000 年的科研计划,预示了上海已高度重视高性能混凝土的研究和应用。

3.1.1  水泥基复合胶凝材料的研究开发

    随着高性能混凝土的发展,世界各国研究混凝土材料科学的学者和专家,都对人类2000 余年来对胶凝材料由石灰—火山灰混合物到硅酸盐水泥的发展历程进行反思。特别是吴中伟院士提出了绿色高性能混凝土的概念后,国内专家对混凝土掺合料的研究和应用给予了更多的重视。目前,使用最广泛的活性掺合料有粉煤灰、矿渣微粉、硅粉、沸石粉、稻谷灰等,其它尚有石灰石粉、煤矸石粉等等,上述掺合料和硅酸盐水泥混合后作为混凝土的胶凝材料,可称作水泥基复合胶凝材料。采用水泥基复合胶凝材料配制混凝土,可以把工业废渣资源开发提高到一个新的水平,是混凝土工程技术走可持续发展的必由之路。然而,水泥基复合胶凝材料配制混凝土的技术,不同于现在广为应用的硅酸盐水泥,或各类混合水泥的配制和生产技术。

    作为目前应用最为广泛的粉煤灰和矿渣微粉,在混凝土的配合比设计中,尚只是以超量系数、胶凝效率系数、活性指数等系数进行设计,精确度较差,已不能满足发展的需要。再由于各类不同外加剂对掺合料的适应性也比较复杂,复合胶凝材料对各类外加剂的适应性研究及其机理和规律的研究也必须加强。活性掺合料和硅酸盐水泥混合后,对混凝土强度的贡献,往往都是以二次水化理论、细观密实度提高、微集料效应等定性的研究结果进行描述,要逐步转向定量的研究就必须对复合胶凝材料的水硬化机理、水化产物类型、孔结构等展开研究。在对复合胶凝材料研究的基础上,再展开复合胶凝材料配制混凝土的技术,和由复合胶凝材料配制的混凝土的各项物理力学性能,特别是耐久性的研究。国际上已有采用硅酸水泥、矿渣微粉和粉煤灰三种材料复合的胶凝材料建造海港工程的实例(澳大利亚) ,实践证明,它具有极好的耐久性。这些工作在90 年代后期已逐步开展,如掺合料颗粒群特征分析。利用交流阻抗谱原理,研究混凝土的耐久性等研究手段均已用于矿渣微粉混凝土和粉煤灰混凝土的应用技术研究中。在水泥基复合胶凝材料研究的基础上,应进一步加强水泥基复合胶凝材料混凝土的配制和生产应用技术的研究及推广。

3.1.2  超高强混凝土研究

    从目前国内外许多资料可见都将C80 以上乃至C100 的混凝土划为超高强混凝土的范围,并已有了工程实例。如美国西雅图58 层的Two Union Square 大厦的泵送混凝土坍落度达230 ~ 250mm , 强度高达135MPa ,该城太平洋第一中心所用的混凝土强度也达到124MPa 。

    德国法兰克福的BFG行政大楼的混凝土强度达到115MPa 。挪威的设计规范强度等级已达到105MPa 。上海目前已编制了《高强混凝土结构设计规程》,该规程覆盖的高强混凝土的强度等级是C50~C80 。

    在未来的5 年中,应试制成功C100 以上大流动性超高强混凝土,在未来10 年中制定出超高强混凝土设计规程,并使其工程化。

3.1.3  加强混凝土耐久性的研究

    近30 年来,世界各国由于混凝土耐久性问题出现的工程结构破坏的事例已屡见不鲜。混凝土的耐久性直接影响了建筑业的可持续发展,已引起世界各国的高度重视,高性能混凝土的重要性能指标中耐久性的地位日趋提高。对上海地区来说,混凝土耐久性的研究重点,应该是复合胶凝材料混凝土的耐久性研究;按使用寿命(或称服务年限) 设计混凝土的方法研究;高强混凝土、超高强混凝土的耐久性。特别是随着上海深水港工程和东海天然气油田开发等工程的相继上马,对混凝土的耐海水腐蚀和抗氯盐侵蚀的研究必须加强。

3.1.4  高性能轻骨料混凝土(HPLAC) 研究和开发

    高性能混凝土问世后不久,日本等国家就提出轻骨料在高性能混凝土中应用的前景。利用轻骨料配制高性能混凝土,实际上是混凝土材料科学一直追求的目标———轻质高强,可以取得比一般高性能混凝土更高的比强度。普通轻骨料混凝土由于轻骨料的吸水率较大,采用泵送工艺施工时往往泵送困难,甚至经常出现堵泵现象。因此,要把轻骨料用于高性能混凝土,首先必须研究开发出高性能轻骨料(HPLA) ,这类骨料必须具备高的颗粒强度、优良的颗粒级配、小孔隙率和低吸水率。展开这方面的研究工作,可从以下几个方面去考虑:首先是高性能轻骨料的研究开发;其次是高性能轻骨料混凝土配制技术及生产、施工技术研究;第三是应用试点工程。

3.2  特种混凝土应用技术研究

    水泥基胶凝材料混凝土在工程中常用的和具发展方向的特种混凝土择其重要性和发展前景分析,有以下几类:各类纤维混凝土、聚合物混凝土、MDF、光导纤维混凝土、透水混凝土、导电混凝土等。

3.2.1  各类纤维增强混凝土应用技术

    混凝土的脆性特征和水硬化过程中体积变化,是造成受力后容易开裂和体积稳定性不佳引起开裂的根本原因。掺加各类纤维,对混凝土增强比配筋效果更好。目前,世界各国用于改善混凝土抗裂性能的纤维种类繁多,其中具代表性的有玻璃纤维、石棉纤维、钢纤维、碳纤维和合成纤维等。由于各类纤维的弹性模量差异很大,可达1~2 个数量级。低弹模纤维往往被用于抑制混凝土的早期塑性裂缝和温差干缩裂缝,高弹模纤维则用于改善混凝土抗裂性,提高韧性和抗疲劳性能。对高、低弹模混合应用的纤维增强混凝土的研究可继续开展,重点应放在纤维增强混凝土的生产应用上,加快纤维混凝土的产业化步伐。

3.2.2  聚合物混凝土

    聚合物混凝土是混凝土力学行为改性的最有效措施,是提高混凝土强度和韧性的重要手段。上海在聚合物混凝土的理论研究和科研成果方面已达到了国际水平,然而聚合物混凝土的工程应用仍是空白,在今后10 年中应加强聚合物混凝土的产业化步伐,把科研成果尽快转化为生产力。

3.3  逐步形成科研、设计、生产和施工相结合的混凝土高新技术发展的机制

    本市已有产、学、研相结开展科研攻关的成功例子。如1997 年建委成立“高炉矿渣微粉生产技术及开发应用研究”项目,组织了同济大学、上海市建筑科学院、上海吴淞水泥厂、上海建工(集团) 总公司所属建工构件和建工材料等单位,相互配合协作的产、学、研一条龙课题组。通过二年的科研、生产和施工实践,就完成了这一项目计划任务书预定的研究工作,且取得了很好的经济和社会效益。再如“大面积超长双向预应力框架结构施工技术”等科研项目,都是设计、生产和施工单位结合取得成功的例子。

    建委最近成立的“高性能混凝土技术学科研究发展中心”,将是探索产、学、研一体化开展科研的一种创新机制。

3.4  加强混凝土材料学科知识的普及工作

    混凝土工程技术是一项材料科学和施工技术紧密结合的应用科学。现普遍存在的问题是单一地只追求施工的最终结果,而忽略了材料科学知识的普及工作,最终带来许多弊病,阻碍了这一技术的进步。譬如施工单位往往一味追求混凝土的流动性,对混凝土坍落度要求不是按工程特性选用,而是越大越好,忽视了用水量增加对混凝土强度和耐久性带来的负面影响。到目前为止,部分业主单位、施工企业包括监理单位,对混凝土胶凝材料认识只认为水泥是唯一的胶凝材料,而对掺加掺合料的混凝土不容易接受,对混凝土强度的验收规范理解不深,对如何正确地掌握混凝土强度的数理统计方法还有进一步学习的必要,否则容易造成简单地按μfcu ≥1.15fcu ,k来验收,造成事实上混凝土配合比设计强度偏高,增加水泥用量的弊端。对于补偿收缩混凝土、混凝土碱—骨料反应等知识,更有普及的必要。

    进入2000 年,应把混凝土材料科学的知识普及工作提到议事日程上来,建议有关部门组织系统的现代混凝土工程技术知识讲座,为提高上海的混凝土工程技术水平奠定基础。

 
 
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