¿Aplicación de nuevos materiales de hormigón en ingeniería civil?
Los materiales de hormigón ordinarios están compuestos por materiales cementantes (cal, cemento), árido fino (arena), árido grueso (piedra) y agua. Sobre la base del rendimiento, aplicación y desarrollo del hormigón ordinario, se ha derivado hormigón nuevo con varios nombres, propiedades específicas y diferentes usos según los diferentes materiales añadidos y técnicas de construcción. Este artículo toma como ejemplo el hormigón nuevo de altas prestaciones para discutir su aplicación en el campo de la ingeniería de la construcción.
1. Visión general del hormigón de altas prestaciones
El desarrollo de la tecnología del hormigón tiene una historia de más de 170 años. En el lento proceso de desarrollo, se han producido varios cambios, a saber, el descubrimiento del teorema de la relación agua-cemento en 1919, el descubrimiento de los agentes inclusores de aire en 1938 y la aparición de aditivos reductores de agua de alta eficiencia a principios de la década de 1960. Década de 1960. Actualmente, el desarrollo de la tecnología del hormigón se encuentra en un período de cambio. La aparición de nuevos aditivos y materiales cementosos ha permitido producir hormigones con buena trabajabilidad, excelentes propiedades mecánicas y durabilidad. Este nuevo tipo de hormigón se llama hormigón de alto rendimiento, o HPC para abreviar. La aplicación de hormigón de alto rendimiento desempeñará un papel importante en la tecnología de construcción de edificios de hormigón y en el rendimiento estructural del hormigón. Por lo tanto, Estados Unidos, Japón, Reino Unido, Francia, Canadá, Noruega y otros países han considerado el HPC como un material nuevo a lo largo de los siglos e invirtieron mucha mano de obra y recursos materiales en investigación y desarrollo.
Desde la década de 1980, algunos países desarrollados han desarrollado sucesivamente hormigón de alto rendimiento (en adelante, HPC), llevando el hormigón a la era de la alta tecnología y atrayendo una atención cada vez mayor de las comunidades internacionales de materiales e ingeniería. Muchos países están investigando y utilizando hormigón de alto rendimiento, un nuevo material de varios siglos, lo que lo convierte en un punto de interés en el campo de la investigación y aplicación del hormigón contemporáneo.
Los componentes del hormigón de alto rendimiento incluyen cemento, áridos gruesos y finos, diversos aditivos minerales, agua y superplastificantes. Su composición y proporciones son más complejas que las del hormigón ordinario y los requisitos son mucho mayores.
Las ventajas del HPC son las siguientes:
1 Debido a las características de alta resistencia (60 MPa ~ 100 MPa) y resistencia ultraalta (≥1000 MPa), alta. -El hormigón de alto rendimiento puede reducir en gran medida el tamaño de la estructura de hormigón, lo que reduce el peso de la estructura y la carga sobre los cimientos, reduce la cantidad de materiales, aumenta el uso del espacio y reduce en gran medida el costo del proyecto.
2. Debido a que HPC tiene una alta trabajabilidad, puede reducir la intensidad del trabajo de construcción y ahorrar el consumo de energía de la construcción.
Alta durabilidad de 3.3. El hormigón de alto rendimiento puede mejorar la resistencia a entornos hostiles, prolongar la vida útil de los edificios y reducir los costos de mantenimiento y el impacto ambiental.
La protección del medio ambiente tiene importantes beneficios sociales y económicos.
2. Aplicación del hormigón de altas prestaciones en proyectos de construcción
Para analizar la aplicación del hormigón de altas prestaciones en proyectos de construcción, el autor primero entiende el hormigón de altas prestaciones desde el punto de vista Características del hormigón de alto rendimiento.
(1) Características del hormigón de altas prestaciones
1. Trabajabilidad del hormigón fresco. La trabajabilidad del hormigón fresco es un índice integral, como fluidez, bombeabilidad, llenado, uniformidad, etc. El hormigón de alto rendimiento requiere que el hormigón fresco tenga una gran fluidez (hundimiento de 20 cm a 25 cm) y una pequeña pérdida de fluidez con el tiempo para cumplir con los requisitos del proceso de mezcla, transporte, bombeo y vertido centralizados. Incluso durante el vertido, se requiere que el hormigón sea autonivelante, es decir, que esté bien relleno. El resultado es un hormigón uniforme y estable. Estos requisitos son difíciles de cumplir con el hormigón ordinario. En comparación con el hormigón ordinario, el HPC tiene componentes complejos y se utiliza una variedad de aditivos junto con aditivos reductores de agua de alta eficiencia para ajustar el rendimiento a través de estos componentes. Una de las tecnologías más críticas es el superplastificante y su composición. Los aditivos reductores de agua de alta eficiencia de un solo componente (como los aditivos reductores de agua de alta eficiencia a base de naftaleno y melamina) tienen un fuerte efecto dispersante en las lechadas de cemento, con tasas de reducción de agua de hasta 18, pero no pueden cumplir con todos los requisitos. Requisitos de HPC para trabajabilidad. Debido a que el superplastificante (SP) de un solo componente es difícil de resolver problemas como la pérdida de asentamiento, la segregación y la delaminación. Por lo tanto, es necesario combinar superplastificante, retardador, agente inclusor de aire y estabilizador para formar un superplastificante compuesto (CSP) para cumplir plenamente con los requisitos de trabajabilidad del hormigón de alto rendimiento.
2. Propiedades del hormigón endurecido. Los edificios modernos se están desarrollando hacia rascacielos y grandes luces, lo que promueve la investigación y el desarrollo de hormigón de alta resistencia y alto rendimiento. En edificios de gran altura, la resistencia del hormigón es la fuerza axial correspondiente de la columna. Se puede decir que el número de pisos de un edificio está determinado por la resistencia del hormigón utilizado. Los edificios de 25 a 30 pisos deben usar concreto con una resistencia de 36 MPa a 42 MPa, y los edificios de 30 a 35 pisos deben usar concreto con una resistencia de 42 MPa a 48 MPa. Los edificios de gran altura requieren hormigón de mayor resistencia, como 100 MPa para un edificio de 60 pisos. En la actualidad, la mayoría de los edificios están diseñados y construidos con entre 30 y 35 pisos (la altura es de aproximadamente un telar). Por lo tanto, el HPC con un rango de resistencia de 60 MPa ~ 120 MPa discutido anteriormente es la dirección de la investigación actual y el desarrollo futuro del concreto C40 se usa ampliamente.
En este caso, el diseño de la mezcla puede referirse al método del hormigón común, pero los componentes y propiedades principales deben cumplir con los requisitos de HPC. Es probable que el HPC sea mucho más duradero que el hormigón normal porque la mezcla está diseñada teniendo en cuenta la durabilidad. En particular, la contracción temprana por asentamiento y endurecimiento es pequeña, la contracción por secado es pequeña y la liberación de calor de hidratación es baja, mejorando así la resistencia al agrietamiento del hormigón sin defectos estructurales iniciales. El hormigón endurecido es denso y tiene baja permeabilidad. Todo esto mejora la capacidad del hormigón para resistir factores externos, lo que en última instancia da como resultado un hormigón con buena durabilidad.
(2) Investigación de aplicaciones del hormigón de alto rendimiento
Según los informes, el consumo anual mundial de hormigón puede alcanzar los 9 mil millones de toneladas, con una escala enorme, un costo enorme y una amplia aplicación. Como ingeniería moderna El estado de las materias primas sigue siendo inquebrantable. El hormigón se utiliza en estructuras de ingeniería desde hace más de 170 años. A lo largo de la historia del desarrollo de la tecnología del hormigón, su desarrollo sigue principalmente tres rutas técnicas: compuesto, de alta resistencia y de alto rendimiento. Durante mucho tiempo, la gente ha prestado demasiada atención a las propiedades mecánicas del hormigón, centrándose principalmente en mejorar la resistencia del hormigón y utilizando la relación proporcional entre la resistencia a la compresión para expresar su rendimiento. Sin embargo, no se ha prestado suficiente atención a la durabilidad. del hormigón, lo que ha provocado grietas e incluso el colapso de muchas estructuras de ingeniería. Por ejemplo, en marzo de 1980, la plataforma de perforación marina Alexander Scheel de Stavanger, en el Mar del Norte, fue destruida repentinamente; la central nuclear de Chernobyl, en Ucrania, sufrió fugas; algunos puentes de hormigón armado en Japón fueron destruidos porque ya no pudieron utilizarse en menos de 20 años; años fue volado; el puente del río Liaohe en Panjin, provincia de Liaoning, se rompió, etc. Además, el coste de mantenimiento de los proyectos de hormigón aumenta drásticamente debido a la baja durabilidad del hormigón. Es imperativo cómo extender la vida útil del concreto y desarrollar concreto de alto rendimiento.
La primera losa de gran superficie con hormigón de alto rendimiento vertida con éxito en el proyecto de la terminal 200110 es la losa del segundo piso en la zona sur del edificio principal, con un volumen de vertido de aproximadamente 800m3. . La losa del suelo tiene forma de listón, de unos 20 m de ancho, 80 m de largo y 500 mm de espesor. Dos tubos de bomba de construcción están dispuestos de sur a norte a lo largo de la losa del piso antes de verterlos para proporcionar concreto bombeado, respectivamente. Durante el período de construcción y vertido, se invirtieron 2 líneas de producción de concreto, 22 hormigoneras y 2 bombas de concreto. El tiempo de construcción fue de 14 horas y el proceso de construcción fue fluido. Posteriormente, luego de inspeccionar y comprender la resistencia al agrietamiento de este nuevo tipo de concreto y resumir su experiencia de construcción y mantenimiento, se vertieron una tras otra otras losas de piso de gran superficie. Se superó la cantidad total de fibrohormigón compensador de contracción en todo el edificio de la terminal. 40.000 m3. Después de la inspección, la resistencia de todas las losas construidas con hormigón de fibra de compensación de contracción cumplió con los requisitos de diseño y no se encontraron grietas obvias a simple vista. El efecto antifisuras ha sido reconocido y elogiado por todas las partes.
Ya en 1992, Wu Zhongwei tomó la iniciativa en la introducción del hormigón de alto rendimiento en China. En la actualidad, la investigación y aplicación del hormigón de alto rendimiento en mi país se están desarrollando rápidamente. China es un país importante en la producción y uso de hormigón, y la calidad del hormigón mejora constantemente. Llevamos casi 10 años dedicados a la investigación y aplicación de hormigón de alto rendimiento. Con el reconocimiento continuo de las ventajas del concreto de alto desempeño, el avance de la tecnología de aplicación del concreto y la aceleración de la construcción urbana, el concreto de alto desempeño se ha desarrollado rápidamente.
El hormigón de alto rendimiento se ha utilizado ampliamente en proyectos prácticos, especialmente en edificios de gran altura, puentes de gran luz, plataformas de producción de petróleo en alta mar, proyectos mineros y puertos y terminales marítimos. Como la Torre Jinmao de Shanghai (C60), el Edificio del Centro Jing'an de Beijing (C80), el Edificio de Propiedades de Liaoning (C80), el Hotel Internacional Hilton de Nanjing (C30 y C50), la Ciudad de Comercio Internacional de Changchun (C55), el Puente Humen de Guangzhou (C50) , Puente Shanghai Yangpu (C50) y otros son ejemplos de aplicaciones.
Muchos institutos nacionales de investigación científica han desarrollado hormigón bombeado ordinario de alto rendimiento, hormigón de alto rendimiento con cenizas volantes de gran volumen, hormigón de alto rendimiento autocompactante de alto flujo, hormigón de alto rendimiento reforzado con fibra, y agregados livianos de alto rendimiento, concreto marino y submarino de alto rendimiento no dispersable, concreto de alto rendimiento con fibra de alto rendimiento, etc. , desarrolló concreto de alto rendimiento de varios niveles de resistencia desde C30 a C80 y juegos completos de equipos de prueba de durabilidad del concreto, y dominó la tecnología de construcción de soporte y varias tecnologías de prueba de durabilidad del concreto. Entre ellos, el hormigón C30 de alto rendimiento con excelente durabilidad se utilizará a gran escala en proyectos del metro de Shenzhen con condiciones geológicas complejas.
Tercero, conclusión
En la actualidad, la situación del desarrollo del hormigón de alto rendimiento en nuestro país es buena, pero para promover la aplicación del hormigón de alto rendimiento en proyectos de construcción, todavía Necesita un proceso de comprensión y práctica. Con el fortalecimiento continuo de la infraestructura de construcción de mi país, el hormigón de alto rendimiento se convertirá en un importante material de ingeniería de construcción en el nuevo siglo.
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