论建筑工程结构混凝土预应力技术-建筑设计论文

发布时间：2022-10-05 10:10 热度：

论建筑工程结构混凝土预应力技术

连明华 连明华

摘要:

关键词: 建筑工程； 结构混凝土； 预应力；问题；发展；建议

1 　混凝土及预应力技术发展现状与成就

近年来,在巨大工程建设任务,特别是重点建设项目和大型工程的带动下,我国的混凝土工程技术水平有了很大的提高。目前,我国混凝土的年用量约为24亿～30 亿m3 ,用于房屋建筑和土木工程的水利、交通、市政等所有行业,从结构材料类型方面来讲,混凝土结构约占全部工程结构的90 %以上,混凝土将是现阶段乃至未来2 年内我国主导的工程结构材料。围绕结构混凝土技术,我国的材料、设计、施工、理论、教学和标准等部门的工程技术人员,组成了许多学术机构、工作组和研发团队,研究和交流混凝土工程技术的相关问题,可以说我国有世界上最大、最全面、较高水平的混凝土工程技术研发和应用队伍,积聚了极其宝贵的人才。

近来,混凝土材料技术的总体发展水平是高强度(C60～C80 级混凝土得到推广,C100 级混凝土开始应用) 、高性能(自密实、补偿收缩、低水化热等) 、多品种(早强、速强、防水、纤维、水下等) ,混凝土平均强度进一步提高,混凝土外加剂技术迅速发展,品种增多,混凝土材料性能得到较好改善,各种不同功能混凝土不断推出。混凝土工程技术理论研究进一步深入,相应标准规范全面更新或正在更新。主要有《混凝土结构设计规范》GB5001022002 修订中、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB5020422002 、《预拌混凝土》GBPT1490222003 、《普通混凝土配合比设计规程》JGJ5522000 、《混凝土质量控制标准》GB50164292 修订中、《混凝土强度检验评定标准》GBJ107287 修订中等。混凝土结构分析设计水平进一步提高,我国自主版权的建筑工程软件如PKPM 等采用高精度有限元分析设计混凝土结构已得到大量应用,混凝土结构抗震、隔震、减震等新型设计理念在工程中得到应用,混凝土结构耐久性和可持续发展等设计思想开始在工程中体现。混凝土工程施工技术取得较大进展,预拌混凝土成为东部发达地区的主要配送方式,模板技术水平进一步提高,混凝土搅拌、运输、布料等环节的机械化水平大大提高。特殊构件、特殊部位、特殊技术的混凝土施工形成多种成套技术或工法,如大体积混凝土施工技术、超长混凝土结构设计施工技术、超高混凝土泵送施工技术、钢管混凝土施工技术、型钢混凝土施工技术等。

2 　结构混凝土存在的主要问题及发展趋势

2.1 　主要问题

1) 资源消耗高,污染排放大　近年,我国水泥产量已连续20 年居世界第一,年产量约10 亿t ,占全球总产量的40 %以上,建筑业每年消耗混凝土25 亿m3 ,混凝土结构用钢筋超过6 000万t ,约占全球的1P3 。建筑业持续高速发展导致资源枯竭、能源耗费和环境破坏。

2) 材料强度及性能还需提高　我国混凝土强度等级平均为C30 级,预应力混凝土为C40 级;混凝土结构用钢筋以335MPa 为主和400MPa 开始推广应用。欧美国家混凝土平均强度比我们高5～10MPa ; 钢筋强度400～600MPa 级用量已达到95 %以上。

3) 混凝土材料新品种应用较少　自密实混凝土,轻质混凝土,纤维混凝土,特种混凝土及各种外加剂、掺合料技术还应大力研究、开发、推广。

4) 混凝土结构耐久性研究及修复技术开发滞后。

5) 混凝土结构检测精度有待提高,现场快速检测方法需进一步开发。

6) 预应力技术的节材优势未能充分发挥。

7) 专业公司规模不大、综合能力不足。

2.2 　发展趋势

1) 混凝土材料　研究开发、推广应用绿色高性能混凝土;开发研究有效地利用工业废料,减少硅酸盐水泥熟料用量的技术;关注降低单位混凝土水泥用量,利用工业废料有效改善混凝土结构耐久性,延长基础设施使用寿命的技术等,是混凝土材料技术发展的总趋势。

2) 钢筋及预应力筋材料　钢筋材料技术的发展趋势是,强度逐步发展至400～500MPa ;预应力材料除了目前使用的高强度钢材外,新型碳纤维、玻璃纤维和聚酯纤维类非金属预应力筋等产品将得到应用。

3) 钢筋工程施工技术将大量实现工厂化、机械化。

4) 预制混凝土技术将得到大量推广应用。

5) 预应力技术　①设计理论将有重大进展,预应力结构的耐久性和经济性更为协调一致; ②预应力工艺将进一步完善,专用产品质量提高; ③应用领域进一步扩大。

3 　技术发展目标及对策

3.1 　发展目标

提高混凝土工程技术水平,降低单位建筑面积混凝土和钢筋材料用量,延长使用寿命,减少混凝土废弃物排放,实现混凝土技术的可持续发展。

3.2 　对策及建议

3.2.1 　提高混凝土和钢筋的强度及性能

常用混凝土的强度等级由现在的C20～C40 级平均C30 级,提高到C40～C60 级平均C50 级,推广使用的高强混凝土的强度等级由现在的C50～C80 级,提高到C60～C100 级。混凝土结构用钢筋的强度级别由现在的335～400MPa 级提高到400～500MPa 级。降低钢筋和混凝土材料用量,减少对资源和能源的消耗。随着混凝土强度等级的提高,对用于配制结构用混凝土原材料的要求提高为: ①水泥的强度等级由现在常用的32.5～42.5 提高到42.5～52.5 ,62.5 的水泥亦应批量应用。②混凝土减水剂的减水率在20 %以上并大量使用; ③使用优质、环保的掺合料。

3.2.2 　继续开发推广高性能混凝土,促进绿色混凝土在我国的生产和应用

1) 大力发展混凝土减水剂和其他外加剂。

2) 提高混凝土掺合料的质量。

3) 加强进行一般强度等级和高强度自密实混凝土的合理配制研究,及相应混凝土外加剂的研究。

4) 除加强天然轻集料和工业废料的利用外,研制、开发高性能轻集料,应用矿物掺合料及纤维增强技术等,发展高性能轻集料混凝土。

3.2.3 　发展纤维混凝土技术

1) 进一步改进纤维产品的生产技术和产品质量,扩大钢纤维、聚丙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等的生产规模。

2) 加强基础和应用基础研究,加强研究纤维混凝土的微观机理,长期变形性能及耐久性能等;开展超短细纤维超高强混凝土复合材料研究和生产,以及混杂纤维混凝土、智能纤维混凝土的研究。

3.2.4 　提高耐久性,延长使用寿命

提高我国混凝土耐久性设计和施工水平,提出耐久性指标和试验方法,可按设计要求达到安全使用年限。合理改造已有混凝土结构,延长结构使用寿命。充分利用拆除的混凝土废弃物,研究再生骨料混凝土技术,形成循环结构发展模式。

3.2.5 　发展和改进预应力及预制技术

在预应力材料方面的发展目标:开发研究强度高、自重轻、弹性模量大的复合纤维类非金属预应力筋。预应力工艺技术的发展目标:

1) 开发应用新型高抗腐蚀孔道成型及灌浆技术。

2) 完善无粘结预应力防腐蚀体系。

3) 发展预应力拉索及体外索成套技术。继续在高层建筑,大跨度、大空间建筑中推广应用预应力混凝土结构技术,改进修订相关标准规范,提高使用效率,节约材料。积极研究开发新型预制结构、预制构件技术,节约材料,美化环境,实现工厂化、工业化建造技术。

4 　建议

4.1 　加大科技投入、重视成果转化

继续加强混凝土结构耐久性、安全性及可持续发展相关技术的研发。加大对混凝土改性材料等基础性开发研究。大力开发节材、节能的混凝土应用技术(如提高强度,优化截面,延长寿命,再生利用等) ,积极示范、推广应用节能、节材技术,降低混凝土对资源和环境的破坏,实现混凝土技术的可持续发展。

4.2 　打破部门分割、统筹规划管理

积极发展专业公司、大型集团公司,鼓励专项技术的研究开发、设计应用、生产制造和工程服务一体化,推进混凝土技术的发展,提高设计及施工水平:

1) 发展年生产混凝土能力100 万～200 万m3 及以上的大、中型混凝土研究、性能设计、生产供应企业。

2) 发展大型模板生产企业和专业模板及支撑设计、安装公司。

3) 发展预制结构设计、预制构件生产和安装专业公司。

4) 发展大型专业预应力工程公司,它不仅有自己的预应力专用产品和配套的质量保证体系,有整套的预应力专业施工技术和现场服务体系,还有研究、产品开发和预应力混凝土结构设计与施工的高水平咨询能力,从而树立起我国的国际名牌预应力体系。

4.3 　鼓励发展预制及预应力技术

鼓励在高层建筑,大跨度、大空间建筑楼盖中推广应用预应力混凝土结构技术,改进修订相关标准规范,真正发挥超高强预应力筋的节材特点,提高使用效率,降低钢筋用量。积极研究开发新型预制结构、预制构件技术,节约材料,美化环境,实现建筑工程的工厂化、工业化生产建造目标。