高性能混凝土在高层建筑中的应用
随着低碳经济的到来，混凝土也要求绿色、节能，高性能混凝土是可以满足这种要求的混凝土。本文探讨了高性能混凝土的特性以及施工关键技术，并分析了其在高层建筑中的应用。&
　　高性能混凝土（high performance concrete，HPC）是具有高工作性、高体积稳定性和高耐久性的混凝土，但又采用常规混凝土材料和工艺生产，并可以满足混凝土结构所需要的各项力学性能。HPC最早出现在20世纪80年代末90年代初，经过20余年的发展已经在高层建筑、水利工程、公路桥梁等领域获得良好应用。高层建筑特别是超高层建筑，混凝土材料的垂直运输能力对施工效率影响很大，目前广泛采用的泵送技术要求有很高的工作性，世界上一些超高层建筑泵送高度已超过400m，如广州珠江新城双塔工程泵送高度达到411m，上海环球金融中心更是达到492m[1]。另外高层建筑为减轻负荷，要求混凝土具有高强度、高弹性模量，强度等级C60～C120的混凝土已用于高层建筑或超高层建筑中。高层建筑投资巨大，更要求高耐久性，建筑寿命已从几十年提高到100年以上。所有这些在应用HPC后都已成为现实。为了更好地理解和应用HPC，本文对HPC在高层建筑中的应用进行了分析。
　　1 高性能混凝土的特性及关键施工技术&
　　1.1 HPC的特性&
　　根据CECS 207：2006《高性能混凝土应用技术规程》相关内容，HPC对强度等级并无特定要求，因为HPC并不等同于高强混凝土，后者一般要求强度等级在C50以上，但是HPC明确提出水胶比不应大于0.38，这意味着HPC不能通过提高水胶比来实现高工作性。HPC强调混凝土的可持续性发展，突出绿色、节能，因而在HPC中要求节约更多的熟料水泥，以减少碳排放和保护环境。并且大量地掺入粉煤灰、矿渣粉、硅灰等工业废料，利用HPC优势减少水泥与混凝土用量。通过延长建筑物的寿命和降低维护量来提高混凝土的经济效益，所以HPC对耐久性能也提出了较高要求，如56d龄期的6h总导电量要小于1000C、300次冻融循环后相对动弹性模量大于80%等。高工作性要求有好的流动性、充填性和可泵性以及适中的黏聚性，以保证混凝土结构均匀并改善施工条件，因此在进行HPC配合比设计时不仅要优化骨料的级配，还要使用高效减水剂和塑化剂等外加剂。&
　　1.2 HPC的关键施工技术&
　　1.2.1 HPC的技术路线&
　　如前所述，HPC的水胶比要求小于0.38，这与混凝土的特性有关。由图1（a）可见，当水胶比增加时在潮湿养护条件下的不同龄期混凝土强度都是下降的，而且水胶比越低，曲线越陡，也就是更加敏感。这是因为水胶比很低时，混凝土中的水泥石的界面结构得到改善，密实度得到提高。而界面结构的改善与密实度提高又促进了抗渗性的改善，抗渗性的改善也会提高耐久性。&
　　众所周知，由于水泥的黏聚性，单纯降低水胶比则会让工作性变差。解决的办法除了改善骨料的级配等办法以外，最重要的措施就是采用高效减水剂。图1（b）（c）分别是减水剂掺量与减水率及混凝土抗压强度的关系，可见减水剂在减水和提高强度方面的效果是极为显著的。图2（a）是混凝土掺加减水剂后坍落度经时损失情况，6#、7#减水剂初始坍落度相近，但是随着时间延长，7#坍落度下降很快，因此在经时性方面6#减水剂更优。&
　　矿物掺合料在HPC中起着举足轻重的作用，其一是有助于促进水泥与减水剂相容；其二是代替部分水泥，可减少水泥的黏聚性，提高耐久性。矿物掺合料常用的品种有粉煤灰（FA）磨细矿渣（BFS）硅粉（CFS）等。图2（b）是BFS掺量与混凝土强度的关系，可见随着BFS掺加量的增加早期强度略有下降，但28d强度基本上变化不大。Ⅰ级FA的作用效果与BFS相似，但抗裂性更好。图2（c）显示，CFS对混凝土强度帮助较大，但由于价格较高，通常在配制C70以上等级的混凝土时才掺加。&
　　骨料质量对HPC强度和耐久性影响较大。由图3（a）可见，HPC比普通混凝土对石子粒径更敏感（水胶比0.4对0.55，曲线更陡），选用最大粒径更小的骨料混凝土强度更高。对抗渗性而言，同样粒径小的骨料渗透系数低，因而耐久性也更优。HPC一般要求粗骨料最大粒径在10～20mm，并且最好选用5～10mm与10～20mm两级连续级配的粒形良好的碎石，针、片状颗粒要少。另外，骨料不能有碱活性。细骨料应选用质地坚硬、粒形圆滑的天然河砂或碎石砂，细度模数宜控制在2.6～3.2之间。&
　　CECS 207：2006规定HPC不得使用立窑水泥，因为立窑水泥比旋窑水泥质量稳定性要差得多，同时应使用硅酸盐水泥或普硅水泥，尽量不使用早强水泥。通常水泥标号在42.5～52.5MPa之间，并要求细度合理，矿物成分中C3S含量要高，而C3A要低。&
　　1.2.2 HPC的拌制&
　　HPC粘度较大，必须采用强制搅拌设备拌制。目前，常用的搅拌流程有以下两种：&
　　（1）&
　　（2）&
　　施工实践表明，方法（2）比（1）效果好。但无论哪种方法，搅拌时间都不应少于75s。但如果搅拌时间太久，会造成水分损失，工作性下降，因此一般应控制在3min以内。&
　　1.2.3 HPC的运输&
　　HPC的供应方式包括现场搅拌和商品混凝土两种方式。前者运距较短，搅拌机直接与混凝土泵连接，时间较为充裕。而商品混凝土则要考虑运距、气温等因素，一般气温25℃以上时应控制从搅拌到浇筑完毕的时间在1h内；若气温不超过25℃，这个时间可以放宽到1.5h。具体情况的把握应以浇筑前坍落度检测为准。
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