高延性混凝土在建筑工程技术中的运用研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 25 日 作者简介：刁奕新（1990），男，汉族，南昌大学，建筑学，工程师，赣州市建筑设计研究院有限公司。-150-高延性混凝土在建筑工程技术中的运用研究 刁奕新 赣州市建筑设计研究院有限公司，江西 赣州 341000 摘要：摘要：随着中国市场经济的全面快速发展和人民生活水平的不断提高，农村和城市地区的住房总量和人均拥有建筑面积都在显著增长，住房类型也日益多元化。在城市化进程不断加速的背景下，高延性混凝土的建造工艺越来越受到工程界的重视。已有研究表明，高延性混凝土在抗压、抗裂和抗弯等性能上均表现出明显的抗压、抗裂和抗弯性能，且已有研究表明，其抗拉强度比普通混凝土提高 50-200 倍，抗拉应变更是 100 倍以上。本文简述了高延性混凝土的使用优点及要点。关键词：关键词：建筑工程；高延性混凝土；技术运用 中图分类号：中图分类号：TU528 在现代土木建设中，传统的混凝土因其抗压强度高、施工工艺简便、原材料来源广泛、造价低廉、经济实惠而被广泛采用。但随着我国桥梁和机场等基础设施建设的快速发展，在地震、车辆和冲击荷载等荷载共同作用下，混凝土结构发生拉压疲劳，力学性能劣化，严重影响了结构的服役寿命和安全性。高延性混凝土作为一种兼具韧性、强度和韧性的新型混凝土材料，可以很好地弥补传统混凝土的不足。高延性混凝土是一种由水泥、石英砂等组成的纤维增强复合材料，具有高强、抗裂、抗冲击、耐久等优异性能，被称为可弯混凝土，是一种常用的补强材料。近年来，许多学者对高延性混凝土的力学特性进行了研究1。本次研究，主要针对高延性混凝土在建筑工程技术中的运用进行通论。详细内容见下文。1 高延性混凝土 1.1 高延性混凝土的含义 所谓的高延性混凝土（ECC）最早由美国 Michigan 大学 Victor.C.Li 教授所研发出来的 ECC 的构造比。对于约 50%的水泥，可用其他种类的废弃物如飞灰来代替。在将纤维和活性添加剂进行高效组合之后，不仅能够增强混凝土的强度，而且还能够将混凝土的耐久性能和抗破坏能力发挥到极致，从而大大节省了资源与能量，这在目前的国家，对环保有着十分重大的作用。1.2 高延性混凝土的特点及施工方法 在对高延性混凝土进行研究时，研究表明，高延性混凝土对墙体抗裂荷载及裂缝后的承载能力有较大的改善作用；对砌体和砖柱竖向承载力和抗震性能有明显改善；它能够对墙体进行有效的约束，改善其脆性，从而显著提升其变形能力，是目前国内外普遍采用的一种新型材料。与常规建造方法比较，高延性混凝土不会对原有结构造成损伤，也不需要在墙体中开孔、绑扎钢筋，因此不会对原有结构造成整体损伤；另外，在单筋房屋中，高韧性的纤维砼与砖砌体的粘结性能较好，在单筋补强的情况下，单侧补强的砖砌体比双面补强的多，在外侧墙部分做单补补时，不会对原有的房屋外观造成损伤；与常规的加固方式相比，高韧性的混凝土具有施工简便、工期短、结构简便、一次浇注成型、施工品质易于保障等优点2。在高延性混凝土的施工中，可以将施工方法总结为以下 4 步。基础处理：将基础表面清除至平整，粗糙，干净，无油无尘。(2)原材料的制备，在施工前要将部分原材料进行混合，试验出最优的混合比例，再将水、粉末、功能纤维等按一定的比例混合均匀。(3)施工，当原料配比好后，可以对潮湿的混凝土和砖等建筑物进行粉刷和喷涂，如果设计喷涂的厚度比较大，则可以按照实际条件进行分层喷涂。(4)养护，在浇筑完毕后，在其表层变干之后，要喷洒养护，或者用草帘、麻袋等来保持湿润，保证混凝土的充分凝固。1.3 高延性混凝土的材料性能分析 在高延性混凝土中应用的纤维增强混凝土，主要有玻纤增强、碳纤维增强以及芳纶纤维砼等。加入纤维后，对钢筋的拉伸、弯曲和剪切强度等抗开裂性能中国科技期刊数据库 工业 A-151-有不同的提高。高延度与一般纤维砼的差异：多裂纹发展、纤维桥效应、韧性、关键纤维含量等。玻纤具有良好的绝缘性，高耐热性和良好的抗腐蚀性能，但其不足之处是脆性和低耐磨性。加入玻纤后，水泥具有较高的自重能力；抗冲击、抗渗透性和抗冻融能力较强，并提高了梁抗弯曲能力，因此可以在较长时间内不产生裂缝，这是优于普通混凝土的显著特征。其优良的力学特性可使钢筋砼梁受剪能力得到明显改善，并可增强其受剪承载力。碳纤维具有质量轻、热膨胀低、刚度高、拉伸强度高、耐化学腐蚀、耐高温、质地柔软等优点，其自振频率高，应用于钢筋砼结构中能够避免谐振，具有良好的吸能和减振效果，是一种较为理想的加固增韧结构，但因其伸长率低、成本高而受到限制3。芳纶丝具有绝缘、耐高温、耐老化、高韧性和良好的剪切性能。应用于工程建设中，将其应用于混凝土中可以得到轻质、高强度的构件，可有效降低和预防混凝土裂缝的产生。由于优异的抗拉性能，提高了混凝土的抗张性能，使其在许多建材中鹤立鸡群，被广泛用于民用建筑中，从而减少了对钢筋的磨耗。2 高延性混凝土在建筑工程中的性能分析 2.1 拉伸性能 通过在基质中添加多种类型的纤维，可以在保持其工作特性的前提下，对其进行强化，从而在单向拉伸条件下，利用其对裂纹进行稳定、弥散和扩展，从而达到耗能的目的。ECC 裂缝后的抗拉强度并非线性衰减，而是随应力的增加，表现为一种渐进的、周期性的、缓慢的发展过程，这就是所谓的“强化”。在轴压加载下，含初裂纹的最弱部分因承载不住拉应力而发生断裂，使其失去承载能力。光纤承担了原始基质所受的拉伸压力，使裂纹停止发展4。外加荷载通过在裂缝部位的光纤起到桥梁连接的作用，向未发生裂缝的基质中转移，从而实现了整个构件的受力。二次弱断面在拉压作用下产生裂纹，并逐步扩展为多个相同尺寸的细裂纹。最终，由于纤维桥结的应力限制，再也不能在基底上形成细小的裂纹，而原有的裂纹会随着载荷的增加而逐渐扩大，直到纤维的长度小于或超出了它的抗拉强度而发生拉拔和破坏，并且裂纹的一条顶端会发展成主要的裂纹。2.2 抗疲劳性能 当水泥用量较大、养护状况良好时，常规的钢筋砼也会表现出良好的耐腐蚀性。但是，当弱接触面在外力下不能抵抗外部载荷而出现裂纹时，将极大地影响到结构的整体性能。由于裂纹连接了物质内外，增加了物质受外界理化因素的影响，导致物质老化，从而导致其耐久性下降。因此，如何有效地抑制材料的裂纹和裂纹的发展是非常关键的。高延性混凝土有很多优势，如耐疲劳和拉伸变形的工作特性；特别是对裂纹的宽度和发展都有很好的控制作用；与普通混凝土相比，其抗疲劳性能明显提高。所以它的综合性能比普通的水泥要好得多，特别是耐久性能更好。由于这些优势，ECC 在抗侵蚀、抗冻和保护内层钢筋方面都表现出了很好的性能。2.3 高承载力 现有的 RC 结构补强方法主要有加大截面法、置换混凝土加固法和胶接复合纤维增强法等，这些方法虽能有效地缓解建筑受力状况，却无法从根本上解决混凝土裂缝问题。在这种情况下，高延性混凝土备受重视。本项目拟通过试验研究，证实高强钢筋混凝土柱在承受最大荷载 2400 kN 时发生失效，分析其失效机理，认为其失效的根本原因是由于钢筋砼内部的裂纹贯穿，使得钢筋砼内部的受力性能下降，从而影响钢筋砼的受力性能。当负载最大值为 20000 kN 时，未经增强的混凝土柱即已失效5。2.4 抗压性 通过在基质中添加多种类型的纤维，可以在保持其工作特性的前提下，对其进行强化，从而在单向拉伸条件下，利用其对裂纹进行稳定、弥散和扩展，从而达到耗能的目的。ECC 裂缝后的抗拉强度并非线性衰减，而是随应力的增加，表现为一种渐进的、周期性的、缓慢的发展过程，这就是所谓的“强化”。在轴压加载下，含初裂纹的最弱部分因承载不住拉应力而发生断裂，使其失去承载能力。光纤承担了原始基质所受的拉伸压力，使裂纹停止发展。外加荷载通过在裂缝部位的光纤起到桥梁连接的作用，向未发生裂缝的基质中转移，从而实现了整个构件的受力。二次弱断面在拉压作用下产生裂纹，并逐步扩展为多个相同尺寸的细裂纹。最终，由于纤维桥结的应力限制，再也不能在基底上形成细小的裂纹，而原有的裂纹会随着载荷的增加而逐渐扩大，直到纤维的长度小于或超出中国科技期刊数据库 工业 A-152-了它的抗拉强度而发生拉拔和破坏，并且裂纹的一条顶端会发展成主要的裂纹。3 高延性混凝土在建筑工程中的基本应用要点 3.1 材料要点 建筑工人在进行物资管理的过程中，要对整个材料的品质进行全面的了解和分析，并结合现场的具体条件和需要，采取更加合理有效的监测和管理工作，做好材料的准备和计划设计，为各项工作的成功进行奠定坚实的基础。在进行高延性混凝土的搅拌作业时，建设单位要做好所需要的设备设施，并且要按照相应的配比要求合理地进行调节，还要对工地上的砂石、水泥、混凝土等材料的需要进行全面的了解，对材料的分布进行优化，做好用量的控制，并且要以更加科学合理的方式来进行生产和检验，确保在输送过程中没有出现问题。在高韧性的制备工作中，有些工作是相当繁琐的，这就要求施工人员具有很高的专业素质和技术，同时还要科学地对相关的设备和设施进行管理和监督，这样才能更好地提升施工的效率，确保项目的质量和施工的科学性、合理性和有效性。3.2 处理要点 在进行高延性混凝土工作时，施工方要对高延性混凝土的施工技术要点、相关知识以及需要特别关注的地方进行细致的介绍和教学，但从目前的工作情况来看，还是有很多原因造成了高延性混凝土的产生，有些还会对整个施工的质量产生直接的影响。所以，在后期的工作中，建设单位要对监理工作和设计工作给予更多的关注，特别是在高韧性的混凝土搅拌工作中，更要改变工作人员的工作作风，按照相应的规范操作，只有如此，整个项目的总体质量才能得到保证。在高延性混凝土的搅拌施工中，首先要对其本身的均匀度做出准确的判定，只有达到相应的规范要求之后，再进行下一步的工作。因此，建设企业在开展高延性混凝土的生产过程中，要根据工程的具体情况，采用更加专业和先进的机械和机械来配合生产。施工结束后，由相关专家对施工结果进行取样检验，为施工质量的提高奠定了良好的基础。另外，施工企业在进行混凝土搅拌及相关材料的投入管理过程中，一定要严格遵守相关的规范和规范，比如，当前国内最常用的两种混合方法就是湿拌和干拌，因为使用常规的混合方法容易引起高韧性的混凝土产生团聚，从而使得材料本身的特性无法得到很好的利用。因此，在加入原材料的过程中，一定要严格遵守规范，从而达到更好的效果。4 高延性混凝土的具体施工流程 高延性混凝土的施工工序，应当遵循以下规范:基层处理剔凿抗剪键润湿墙体冲筋或制作灰饼拌制纤维混凝土底层混凝土加固纤维混凝土罩面面层养护。当原有砌体构件出现明显的碱蚀处时，必须将其清理干净，并采用高强度的膨胀胶进行修补，对已经松动的砂浆要进行清理。对建筑物原有结构或构件在处理、修补过程中产生的裂缝及损伤，要一一修补，在难以修补的情况下，也要进行部分拆除。修补和拆除完成后，应再次用清洁高压水清洗。在符合设计规定的情况下，配筋和拉结构件的安装与施工必须符合国家标准结构补强工程施工质量检验技术规范中有关布筋的有关规定。对于高延性混凝土，最好是用一种强度较大的搅拌机来混合，搅拌机的转速不能小于 45 r/min，并且应该按照以下顺序来混合：先将混凝土原料添加进去，接着将干混料（骨料、混凝土、矿物质掺和料等）按照混合过程中逐渐添加，当混合料混合均匀后，在添加到混凝土中的时候，再通过适当的防护手段让其分散均匀，当触摸到没有结块时，停止搅拌。在压涂高强度塑性混凝土之前，应对建筑物表面进行持续的湿润，或者待建筑物表面潮湿且没有明水之后，才能进行表面的施工。当面层最厚 15 毫米以上时，要分层碾压，但每一层的碾压厚度都不能大于 15 毫米，末次的碾压要比上一次的第一次浇筑混凝土的时候要快，但是和前面两次的碾压之间的距离不能少于 4 小时，若上一次碾压的高延性混凝土表面已经无法清理干净，那么在浇筑完毕之后，应该立即对其进行湿润养护，养护的时间不能少于 7 d。5 讨论 高延性混凝土因其抗变形、抗震和提高建筑结构的承载力等优点而被广泛应用于房屋、桥梁等混凝土结构的增强，增强后的建筑强度、韧性和抗裂性得到大幅提升，同时因添加了纤维，建筑的防火性能得到了显著提高。在我国推广使用高延性混凝土，可以大中国科技期刊数据库 工业 A-153-大降低我国在房屋、桥梁等混凝土工程中的维护费用，并能改善其结构的强度。参考文献 1李鹏.建筑工程中高延性混凝土施工技术分析J.散装水泥,2023,(03):188-190+193.2励蜜蜜,吴竞,江艳艳,华家伟,陈鹏宇,陈何塘.高延性混凝土加固梁的力学性能综述J.安徽建筑,2023,30(03):75-76.3田绍博,康洪震,乔瀚林.高延性混凝土加固技术在砖混砌体结构的应用研究J.砖瓦,2022,(12):73-75.4 王 伟 灵,寇 佳 亮,潘 海 勃.高 延 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