上海市混凝土工程技術(shù)發(fā)展綜述(下)

2.2.4 　預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)進(jìn)步

    80 年代中后期到90 年代初，上海市的預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)已逐步由單一構(gòu)件(即三板一梁，預(yù)應(yīng)力空心樓板、預(yù)應(yīng)力屋面板和預(yù)應(yīng)力槽型板、預(yù)應(yīng)力吊車梁)的范圍向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)過渡。這一階段典型的工程有同濟(jì)大學(xué)圖書館的懸挑結(jié)構(gòu)、新民晚報(bào)社大樓3～6層的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)大廈展覽廳的現(xiàn)澆井字型預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)、閔行工人俱樂部影劇場(chǎng)的預(yù)應(yīng)力三向網(wǎng)格梁屋蓋結(jié)構(gòu)、絲織九廠七層25m 單跨框架結(jié)構(gòu)、色織十廠的雙跨19.5m五層織布車間等等。其中尤具代表性的是80 年代中期建成的秦山核電站安全殼采用的三向預(yù)應(yīng)力技術(shù)。

    進(jìn)入90 年代后，預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)和施工技術(shù)都又上了一個(gè)臺(tái)階。南浦大橋的預(yù)應(yīng)力曲線箱梁，最長已達(dá)到120.5m ，施工技術(shù)極為復(fù)雜。楊浦大橋斜拉索錨固區(qū)段由于拉應(yīng)力大，必須采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，又由于塔柱錨固區(qū)是一個(gè)由兩個(gè)橢圓組成的空心斷面，只能采用環(huán)向預(yù)應(yīng)力的方法，對(duì)塔柱錨固區(qū)施加預(yù)加應(yīng)力。經(jīng)大量研究和試驗(yàn)，最終采用DM7248 錨具，每束48根<s7高強(qiáng)鋼絲進(jìn)行張拉，完成了這一高難度工程。

    在東方明珠廣播電視塔的豎向預(yù)應(yīng)力施工中，鋼絲束從- 9.4m 的地下室直至塔頂283m ，預(yù)應(yīng)力鋼絲束長度幾近300m。采用OVM 群錨，1860N/mm² 級(jí)低松馳鋼絞線，完成這一罕見的豎向漲拉預(yù)應(yīng)力工程。

    此外，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)施工技術(shù)在高層建筑中獲得推廣應(yīng)用。其中典型的工程實(shí)例有申鑫大廈、新上海國際大廈、鴻運(yùn)大廈等。這些工程都取得了降低層高、合理解決大懸臂和大跨度的問題，充分利用建筑空間，提高建筑結(jié)構(gòu)的整體性，改善了建筑物的使用功能。

    在工業(yè)廠房的單層框架中還采用了跨度達(dá)到50m的預(yù)應(yīng)力屋面大梁。人民電器廠預(yù)應(yīng)力框架梁?jiǎn)嗡黝A(yù)應(yīng)力筋長度達(dá)96m。上海申美飲料公司金橋廠房工程中采用的大面積雙向預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)，為上海地區(qū)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。

2.3 　特種混凝土

    與高性能普通混凝土的技術(shù)進(jìn)步相比較，上海市對(duì)特種混凝土技術(shù)的開發(fā)研究就顯得比較緩慢。僅以其中最為常用的特種混凝土———輕混凝土、纖維增強(qiáng)混凝土，和聚合物混凝土為例進(jìn)行一下淺析。陶粒混凝土作為輕骨料混凝土的典型品種，上海50 年代就開始生產(chǎn)，以后經(jīng)歷了粘土陶粒和粉煤灰陶粒兩個(gè)發(fā)展階段。預(yù)制陶粒混凝土內(nèi)隔板和陶?；炷链蟀?，都曾是驕人的產(chǎn)品。然而，隨著預(yù)拌混凝土的興起，由于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工的相互脫節(jié)和施工技術(shù)跟不上要求等因素，在80 、90 年代上海建筑的2000 余幢高層建筑中竟無一幢采用輕混凝土和國際上輕混凝土技術(shù)已進(jìn)入HPLAC(高性能輕骨料混凝土) 的階段相比，落后了一大截。近一、二年，輕骨料混凝土的研究已受到有關(guān)單位的重視，并已投入了一定的科研力量進(jìn)行研究。纖維增強(qiáng)混凝土，在理論研究上已有高、低彈?；旌侠w維增強(qiáng)混凝土的研究成果。在生產(chǎn)實(shí)踐上卻還停留在少量試點(diǎn)工程中應(yīng)用的單一高彈模纖維混凝土，除了GRC 內(nèi)隔板外“鋼纖維混凝土屋面板”也已在上鋼五廠某車間采用。再如虹橋機(jī)場(chǎng)某些局部建筑的現(xiàn)澆屋面，也已采用鋼纖維混凝土，但距推廣應(yīng)用尚有距離。1999 年開發(fā)出的鋼纖維混凝土核廢料桶已出口，用于某國的核電站，為鋼纖維混凝土拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。聚合物混凝土的研究屹今為止還仍停留在部分高等學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室中，沒有走出產(chǎn)業(yè)化的道路。從廣義的定義來理解，上海雖已有纖維增強(qiáng)MDF (宏觀無缺陷水泥基材料) 的研究成果，但距產(chǎn)業(yè)化還有一定的路程。

2.4 　地方性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定和修訂

    隨著混凝土工程技術(shù)的快速發(fā)展，上海市建設(shè)委員會(huì)十分重視通過各項(xiàng)科研工作和生產(chǎn)實(shí)踐中采用的新材料、新工藝使用的規(guī)范化操作，以促使新技術(shù)的合理運(yùn)用，提高施工質(zhì)量。在90 年代制定了一批技術(shù)規(guī)程，這也從一個(gè)側(cè)面反映了上海市混凝土工程技術(shù)的進(jìn)步:

DBJ 08227292《粉煤灰渣在混凝土和砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》

DBJ 08226293《混凝土小型空心砌塊建筑設(shè)計(jì)規(guī)程》

DBJ T08254293《混凝土小型空心砌塊砌體建筑構(gòu)造圖》

DBJ T08255293《混凝土小型空心砌塊砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖》

DBJ 082203293《混凝土小型空心砌塊砌體工程施工及驗(yàn)收規(guī)程》

DBJ 082235294《后張預(yù)應(yīng)力施工規(guī)程》

DBJ 082301295《預(yù)應(yīng)力混凝土肋加氣砌塊屋面板產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)》

DBJ 082213295《預(yù)制混凝土構(gòu)件模板技術(shù)規(guī)程》

《銑削鋼纖維混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》

DBJ 223296《超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》

DBJ 082302296《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁制作規(guī)程》

DBJ 227297《預(yù)拌混凝土生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程》

DBJ 08263297《焊接鋼筋網(wǎng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》

DBJ 082230298《高鈣粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》

DBJ 082102298《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》

DBJ 08277298《高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》

DBJ 082235299《后張預(yù)應(yīng)力施工規(guī)程》

DBJ 082501298《?；郀t礦渣微粉在水泥混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》

3 　二○○○～二○一○年上?；炷凉こ碳夹g(shù)發(fā)展趨勢(shì)

    跨入2000 年后，人們對(duì)地球環(huán)境保護(hù)，尋求自然和諧的生活，走可持續(xù)發(fā)展的道路的意識(shí)越來越強(qiáng)了。綠色高性能混凝土( GHPC) 的研究和應(yīng)用，不再是理論上的探討，而是逐步付之實(shí)施的問題。

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術(shù)學(xué)科研究發(fā)展中心，上海市科委也已把“高性能預(yù)拌混凝土應(yīng)用技術(shù)研究”列入了1998～2000 年的科研計(jì)劃，預(yù)示了上海已高度重視高性能混凝土的研究和應(yīng)用。

3.1.1 　水泥基復(fù)合膠凝材料的研究開發(fā)

    隨著高性能混凝土的發(fā)展，世界各國研究混凝土材料科學(xué)的學(xué)者和專家，都對(duì)人類2000 余年來對(duì)膠凝材料由石灰—火山灰混合物到硅酸鹽水泥的發(fā)展歷程進(jìn)行反思。特別是吳中偉院士提出了綠色高性能混凝土的概念后，國內(nèi)專家對(duì)混凝土摻合料的研究和應(yīng)用給予了更多的重視。目前，使用最廣泛的活性摻合料有粉煤灰、礦渣微粉、硅粉、沸石粉、稻谷灰等，其它尚有石灰石粉、煤矸石粉等等，上述摻合料和硅酸鹽水泥混合后作為混凝土的膠凝材料，可稱作水泥基復(fù)合膠凝材料。采用水泥基復(fù)合膠凝材料配制混凝土，可以把工業(yè)廢渣資源開發(fā)提高到一個(gè)新的水平，是混凝土工程技術(shù)走可持續(xù)發(fā)展的必由之路。然而，水泥基復(fù)合膠凝材料配制混凝土的技術(shù)，不同于現(xiàn)在廣為應(yīng)用的硅酸鹽水泥，或各類混合水泥的配制和生產(chǎn)技術(shù)。

    作為目前應(yīng)用最為廣泛的粉煤灰和礦渣微粉，在混凝土的配合比設(shè)計(jì)中，尚只是以超量系數(shù)、膠凝效率系數(shù)、活性指數(shù)等系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，精確度較差，已不能滿足發(fā)展的需要。再由于各類不同外加劑對(duì)摻合料的適應(yīng)性也比較復(fù)雜，復(fù)合膠凝材料對(duì)各類外加劑的適應(yīng)性研究及其機(jī)理和規(guī)律的研究也必須加強(qiáng)。活性摻合料和硅酸鹽水泥混合后，對(duì)混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)，往往都是以二次水化理論、細(xì)觀密實(shí)度提高、微集料效應(yīng)等定性的研究結(jié)果進(jìn)行描述，要逐步轉(zhuǎn)向定量的研究就必須對(duì)復(fù)合膠凝材料的水硬化機(jī)理、水化產(chǎn)物類型、孔結(jié)構(gòu)等展開研究。在對(duì)復(fù)合膠凝材料研究的基礎(chǔ)上，再展開復(fù)合膠凝材料配制混凝土的技術(shù)，和由復(fù)合膠凝材料配制的混凝土的各項(xiàng)物理力學(xué)性能，特別是耐久性的研究。國際上已有采用硅酸水泥、礦渣微粉和粉煤灰三種材料復(fù)合的膠凝材料建造海港工程的實(shí)例(澳大利亞) ，實(shí)踐證明，它具有極好的耐久性。這些工作在90 年代后期已逐步開展，如摻合料顆粒群特征分析。利用交流阻抗譜原理，研究混凝土的耐久性等研究手段均已用于礦渣微粉混凝土和粉煤灰混凝土的應(yīng)用技術(shù)研究中。在水泥基復(fù)合膠凝材料研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)水泥基復(fù)合膠凝材料混凝土的配制和生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)的研究及推廣。

3.1.2 　超高強(qiáng)混凝土研究

    從目前國內(nèi)外許多資料可見都將C80 以上乃至C100 的混凝土劃為超高強(qiáng)混凝土的范圍，并已有了工程實(shí)例。如美國西雅圖58 層的Two Union Square 大廈的泵送混凝土坍落度達(dá)230 ～ 250mm ， 強(qiáng)度高達(dá)135MPa ，該城太平洋第一中心所用的混凝土強(qiáng)度也達(dá)到124MPa 。

    德國法蘭克福的BFG行政大樓的混凝土強(qiáng)度達(dá)到115MPa 。挪威的設(shè)計(jì)規(guī)范強(qiáng)度等級(jí)已達(dá)到105MPa 。上海目前已編制了《高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》，該規(guī)程覆蓋的高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)是C50～C80 。

    在未來的5 年中，應(yīng)試制成功C100 以上大流動(dòng)性超高強(qiáng)混凝土，在未來10 年中制定出超高強(qiáng)混凝土設(shè)計(jì)規(guī)程，并使其工程化。

3.1.3 　加強(qiáng)混凝土耐久性的研究

    近30 年來，世界各國由于混凝土耐久性問題出現(xiàn)的工程結(jié)構(gòu)破壞的事例已屢見不鮮?；炷恋哪途眯灾苯佑绊懥私ㄖI(yè)的可持續(xù)發(fā)展，已引起世界各國的高度重視，高性能混凝土的重要性能指標(biāo)中耐久性的地位日趨提高。對(duì)上海地區(qū)來說，混凝土耐久性的研究重點(diǎn)，應(yīng)該是復(fù)合膠凝材料混凝土的耐久性研究;按使用壽命(或稱服務(wù)年限) 設(shè)計(jì)混凝土的方法研究；高強(qiáng)混凝土、超高強(qiáng)混凝土的耐久性。特別是隨著上海深水港工程和東海天然氣油田開發(fā)等工程的相繼上馬，對(duì)混凝土的耐海水腐蝕和抗氯鹽侵蝕的研究必須加強(qiáng)。

3.1.4 　高性能輕骨料混凝土(HPLAC) 研究和開發(fā)

    高性能混凝土問世后不久，日本等國家就提出輕骨料在高性能混凝土中應(yīng)用的前景。利用輕骨料配制高性能混凝土，實(shí)際上是混凝土材料科學(xué)一直追求的目標(biāo)———輕質(zhì)高強(qiáng)，可以取得比一般高性能混凝土更高的比強(qiáng)度。普通輕骨料混凝土由于輕骨料的吸水率較大，采用泵送工藝施工時(shí)往往泵送困難，甚至經(jīng)常出現(xiàn)堵泵現(xiàn)象。因此，要把輕骨料用于高性能混凝土，首先必須研究開發(fā)出高性能輕骨料(HPLA) ，這類骨料必須具備高的顆粒強(qiáng)度、優(yōu)良的顆粒級(jí)配、小孔隙率和低吸水率。展開這方面的研究工作，可從以下幾個(gè)方面去考慮：首先是高性能輕骨料的研究開發(fā)；其次是高性能輕骨料混凝土配制技術(shù)及生產(chǎn)、施工技術(shù)研究；第三是應(yīng)用試點(diǎn)工程。

3.2 　特種混凝土應(yīng)用技術(shù)研究

    水泥基膠凝材料混凝土在工程中常用的和具發(fā)展方向的特種混凝土擇其重要性和發(fā)展前景分析，有以下幾類:各類纖維混凝土、聚合物混凝土、MDF、光導(dǎo)纖維混凝土、透水混凝土、導(dǎo)電混凝土等。

3.2.1 　各類纖維增強(qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)

    混凝土的脆性特征和水硬化過程中體積變化，是造成受力后容易開裂和體積穩(wěn)定性不佳引起開裂的根本原因。摻加各類纖維，對(duì)混凝土增強(qiáng)比配筋效果更好。目前，世界各國用于改善混凝土抗裂性能的纖維種類繁多，其中具代表性的有玻璃纖維、石棉纖維、鋼纖維、碳纖維和合成纖維等。由于各類纖維的彈性模量差異很大，可達(dá)1～2 個(gè)數(shù)量級(jí)。低彈模纖維往往被用于抑制混凝土的早期塑性裂縫和溫差干縮裂縫，高彈模纖維則用于改善混凝土抗裂性，提高韌性和抗疲勞性能。對(duì)高、低彈?；旌蠎?yīng)用的纖維增強(qiáng)混凝土的研究可繼續(xù)開展，重點(diǎn)應(yīng)放在纖維增強(qiáng)混凝土的生產(chǎn)應(yīng)用上，加快纖維混凝土的產(chǎn)業(yè)化步伐。

3.2.2 　聚合物混凝土

    聚合物混凝土是混凝土力學(xué)行為改性的最有效措施，是提高混凝土強(qiáng)度和韌性的重要手段。上海在聚合物混凝土的理論研究和科研成果方面已達(dá)到了國際水平，然而聚合物混凝土的工程應(yīng)用仍是空白，在今后10 年中應(yīng)加強(qiáng)聚合物混凝土的產(chǎn)業(yè)化步伐，把科研成果盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

3.3 　逐步形成科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工相結(jié)合的混凝土高新技術(shù)發(fā)展的機(jī)制

    本市已有產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)開展科研攻關(guān)的成功例子。如1997 年建委成立“高爐礦渣微粉生產(chǎn)技術(shù)及開發(fā)應(yīng)用研究”項(xiàng)目，組織了同濟(jì)大學(xué)、上海市建筑科學(xué)院、上海吳淞水泥廠、上海建工(集團(tuán)) 總公司所屬建工構(gòu)件和建工材料等單位，相互配合協(xié)作的產(chǎn)、學(xué)、研一條龍課題組。通過二年的科研、生產(chǎn)和施工實(shí)踐，就完成了這一項(xiàng)目計(jì)劃任務(wù)書預(yù)定的研究工作，且取得了很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。再如“大面積超長雙向預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)”等科研項(xiàng)目，都是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工單位結(jié)合取得成功的例子。

    建委最近成立的“高性能混凝土技術(shù)學(xué)科研究發(fā)展中心”，將是探索產(chǎn)、學(xué)、研一體化開展科研的一種創(chuàng)新機(jī)制。

3.4 　加強(qiáng)混凝土材料學(xué)科知識(shí)的普及工作

    混凝土工程技術(shù)是一項(xiàng)材料科學(xué)和施工技術(shù)緊密結(jié)合的應(yīng)用科學(xué)。現(xiàn)普遍存在的問題是單一地只追求施工的最終結(jié)果，而忽略了材料科學(xué)知識(shí)的普及工作，最終帶來許多弊病，阻礙了這一技術(shù)的進(jìn)步。譬如施工單位往往一味追求混凝土的流動(dòng)性，對(duì)混凝土坍落度要求不是按工程特性選用，而是越大越好，忽視了用水量增加對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性帶來的負(fù)面影響。到目前為止，部分業(yè)主單位、施工企業(yè)包括監(jiān)理單位，對(duì)混凝土膠凝材料認(rèn)識(shí)只認(rèn)為水泥是唯一的膠凝材料，而對(duì)摻加摻合料的混凝土不容易接受，對(duì)混凝土強(qiáng)度的驗(yàn)收規(guī)范理解不深，對(duì)如何正確地掌握混凝土強(qiáng)度的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法還有進(jìn)一步學(xué)習(xí)的必要，否則容易造成簡(jiǎn)單地按μfcu ≥1.15fcu ，k來驗(yàn)收，造成事實(shí)上混凝土配合比設(shè)計(jì)強(qiáng)度偏高，增加水泥用量的弊端。對(duì)于補(bǔ)償收縮混凝土、混凝土堿—骨料反應(yīng)等知識(shí)，更有普及的必要。

    進(jìn)入2000 年，應(yīng)把混凝土材料科學(xué)的知識(shí)普及工作提到議事日程上來，建議有關(guān)部門組織系統(tǒng)的現(xiàn)代混凝土工程技術(shù)知識(shí)講座，為提高上海的混凝土工程技術(shù)水平奠定基礎(chǔ)。