采用高強材料降低結(jié)構(gòu)成本的分析

1、第 6 頁 共 6 頁關(guān)于在我項目利用高強材料降低結(jié)構(gòu)成本的分析高強混凝土，高性能鋼精是建設(shè)部在建筑結(jié)構(gòu)中大力推行的幾大技術(shù)之一，這三項技術(shù)的實施具有很大的社會經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)效益。 國內(nèi)外工程實踐充分表明，應(yīng)用高強鋼筋和高性能混凝土，節(jié)能、節(jié)材、節(jié)地和環(huán)保的潛力巨大。在我項目中是否適用此類材料，我們對相關(guān)材料性能，國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r及其經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了調(diào)查分析，調(diào)查結(jié)果如下。A，高強混凝土高強混凝土具有高強度、高耐久性、高工作性、高流動性等多方面的優(yōu)越性能。 在一般情況下,混凝土強度等級從C30 提高到C60 ,對受壓構(gòu)件可節(jié)省混凝土30 %40 %,受彎構(gòu)件可節(jié)省混凝土10 %20 %,同

2、時由于梁柱截面減小,不但改變了建筑上肥梁胖柱的不美觀問題,而且可增加使用面積和有效空間,因而可獲得較大的間接經(jīng)濟(jì)效益。在建設(shè)階段通過節(jié)約混凝土用量,可以節(jié)約土地、煤、水、礦石、砂等能源和資源的消耗量,從而減少有害氣體和廢渣的排放,使用階段可減少養(yǎng)護(hù)維修費用,實現(xiàn)節(jié)能,帶來可觀的社會效益。在高性能混凝土的發(fā)展過程中,有許多材料與工程方面的難題需要解決,同時施工中還要解決一系列的技術(shù)問題。1) 低水灰比,大坍落度。高性能混凝土一般要求低水灰比,水灰比一般都不大于0. 4 (水灰比很低約為0. 4 時,水灰比變化很小就能使混凝土強度不成比例地提高) ,但由于混凝土在低水灰比的情況下,坍落度很小,甚至

3、沒有坍落度,其成型和搗實都很困難,無法在現(xiàn)澆混凝土施工中應(yīng)用。因此高性能混凝土拌合物的工作性比強度還要重要,是保證混凝土現(xiàn)澆質(zhì)量的關(guān)鍵,如果用坍落度來表示,則其坍落度大于180 mm ,要求免振時,坍落度大于250 mm ,同時該拌合物應(yīng)具有體積穩(wěn)定、不離析、不泌水等特性。2) 坍落度損失問題。高性能混凝土的坍落度在摻加超塑化劑后的流動度可大大提高,可以由初始坍落度5 cm 增加到20 cm ,但這種大坍落度只能保持十幾分鐘,此后坍落度逐漸減少,至1 h 左右便可能減少到初始坍落度,這種超塑化劑只能在工地添加拌制成流動混凝土,否則會因坍落度減少給工程施工帶來困難并影響工程質(zhì)量。而現(xiàn)代城市混凝土

4、施工一般采用商品混凝土,混凝土從攪拌站運送至工地需要較長的時間,混凝土在運輸?shù)倪^程中坍落度隨時間的增加而減少,從而增加了高強混凝土施工難度。3) 混凝土足夠的流動性問題。高性能混凝土的特點是流動性大、水灰比小,為保證混凝土具有足夠的流動性,就要求有較大的膠凝材料總用量,但隨著漿集比的增大,混凝土的彈性模量會有所下降,混凝土的收縮也會有所增加。從耐久性的角度來看,必須有足夠的漿體濃度和數(shù)量,得到良好的工作,才能保證混凝土的耐久性。當(dāng)膠凝材料用料太小時,不可能保證良好的工作性,使混凝土離析、分層,硬化后混凝土的薄弱界面數(shù)量將急劇增多,最終大大削弱混凝土抵抗腐蝕性介質(zhì)侵蝕的能力。因此,沒有足夠的膠凝

5、材料總用量,就不可能使混凝土耐久。很好地解決混凝土的流動性問題,就能保證混凝土的流動性問題,就能保證混凝土的可泵性與耐久性。高性能混凝土與普通混凝土使用基本相同的原材料(如水泥、砂、石) ,同時必須使用外加劑和礦物細(xì)摻料。但由于高性能的要求和配置特點,原材料對普通混凝土影響不明顯的因素,對高性能混凝土就可能影響顯著,高性能混凝土對材料的要求如下:1) 水泥此用于高性能混凝土的水泥的流動性能比強度更重要。高性能混凝土所用水泥最好是強度高且同時具有良好的流動性能,并與目前使用的高效減水劑有良好的相容性。我國一般采用42. 5號硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥。高強混凝土的水泥用量不應(yīng)大于550 kg/

6、m3 。2) 粗骨料采用金屬礦石粗骨料,可獲得強度更高,耐久性和延性更好的高性能混凝土。對強度等級為C60 的混凝土,其粗骨料的最大粒徑不應(yīng)大于31. 5 mm;對高于C60 的,其粗骨料的最大粒徑不應(yīng)大于25 mm。3) 礦物細(xì)摻料(包括硅灰、粉煤灰、磨細(xì)礦渣、天然佛石巖、磨細(xì)石灰石粉、石英砂粉等) :礦物細(xì)摻料摻在水泥中的摻量,火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥中火山灰質(zhì)材料占20 %50 % ,礦渣硅酸鹽水泥中礦渣占20 %70 % ,粉煤灰硅酸鹽水泥中粉煤灰占20 %40 %。水泥和礦物摻合料的總量不應(yīng)大于600 kg/ m3 。4) 外加劑:主要指無需取代水泥而外摻小于5 %的化合物。用于高性能混凝

7、土的外加劑有減水劑、緩凝劑、引氣劑等。外加劑的摻量都很少,使用外加劑時應(yīng)當(dāng)延長攪拌時間,以得到均勻的混凝土拌合物。目前在我國制備高性能混凝土采取的主要措施如下:1) 合理利用高效減水劑,采用優(yōu)質(zhì)骨料、優(yōu)質(zhì)水泥,利用優(yōu)質(zhì)摻合料,如優(yōu)質(zhì)硅灰、磨細(xì)粉煤灰和礦渣。采用高效減水劑以降低水灰比是獲得高強及高流動性混凝土的主要技術(shù)措施;2) 采用52. 5 ,62. 5 ,72. 5 號的硫鋁酸鹽水泥,鐵鋁酸鹽水泥及相應(yīng)的外加劑制備高性能混凝土;3) 以礦渣、堿組分及骨料制備高性能混凝土;4) 采用復(fù)合高效減水劑,用52. 5 號水泥320 kg/ m3 ,水灰比0. 43 ;用42. 5號水泥480 kg

8、/ m3 ,水灰比0. 32 。高強混凝土在陜西高層建筑的應(yīng)用實例從目前的資料看只有渭南電信生產(chǎn)樓和信息大廈。另外由于其他一些條件限制，雖然陜西建筑科技大學(xué)的黃永剛等在實驗室里通過實際檢驗也證明利用陜西的一些現(xiàn)有資源條件利用陜西省的地方材料，完全可以配制出C60級高性能混凝土此外，由于高性能混凝土中摻入了大量粉煤灰，混凝土的后期強度仍有大幅度提高(60 d強度可較28 d強度提高10%以上)，但是高強混凝土的一些特性目前只能是現(xiàn)場攪拌，故其應(yīng)用受到限制，多數(shù)用于橋梁，隧道等工程，以及基礎(chǔ)灌樁材料方面。但是從長遠(yuǎn)來看，高強混凝土在民用建筑中的采用是個趨勢。結(jié)論：高強度混凝土在我開發(fā)的新項目中暫時

9、不可用B，冷軋帶肋鋼精一,基本概念冷軋帶肋鋼筋是用熱軋盤條經(jīng)多道冷軋減徑，一道壓肋并經(jīng)消除內(nèi)應(yīng)力后形成的一種帶有二面或三面月牙形的鋼筋。1968年由德國、荷蘭、比利時研制成功，1973年起在歐州（德國、奧地利、意大利、美國、英國等）就得到了大量發(fā)展應(yīng)用。并有國家標(biāo)準(zhǔn)。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）也制定了國際標(biāo)準(zhǔn)。作為一種建筑鋼材，納入了各國的混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范，在這些國家，冷軋帶肋鋼筋已廣泛用于建筑工程、高速公路、機場、市政、水電管線中。 冷軋帶肋鋼筋的強度級別各國大致相同，均在550N/mm2上下，規(guī)格49mm。用于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，如現(xiàn)澆的樓板、基礎(chǔ)底板的受力筋與分布筋，剪力墻的分布筋，梁柱的箍

10、筋等。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO105441992（E）規(guī)定的鋼筋力學(xué)性能如下：屈服強度500N/mm2，抗拉強度550N/mm2，伸長率（標(biāo)距5倍直徑）為12%（注：我國設(shè)定的延伸率10 8%代替512%）。 拉伸性能至少應(yīng)有試驗總數(shù)的 90%等于或大于規(guī)定特性值，單項試驗結(jié)果應(yīng)不小于規(guī)定特性值的95%。二、冷軋帶肋鋼筋的技術(shù)性能    冷軋帶肋鋼筋在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，是冷拔低碳鋼絲的更新?lián)Q代產(chǎn)品，在現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)中，則可代換級鋼筋，以節(jié)約鋼材，是同類冷加工鋼材中較好的一種。其性能及應(yīng)用效果如下：我國國家標(biāo)準(zhǔn)冷軋帶肋GB1378892中LL550級的力學(xué)性能指標(biāo)

11、是參照國際標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)制訂的，抗拉強度550N/ mm2，伸長率按德國標(biāo)準(zhǔn)化_10 8%（相當(dāng)于_5為1213%），從這兩項指標(biāo)對照，我國冷軋帶肋鋼筋的標(biāo)準(zhǔn)并不比國際標(biāo)準(zhǔn)低。冷軋帶肋鋼筋有如下優(yōu)點：1、鋼材強度高，可節(jié)約建筑鋼材和降低工程造價。LL550級冷軋帶肋鋼筋與熱軋光圓鋼筋相比，用于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)（特別是樓屋蓋中）可節(jié)約35%40%的鋼材。如考慮不用彎鉤，鋼材節(jié)約量還要多一些。根據(jù)目前鋼材市場價格，每使用一噸冷軋帶肋鋼筋，可節(jié)約鋼材費用800元左右。2、冷軋帶肋鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)錨固性能良好。因此用于構(gòu)件中，從根本上杜絕了構(gòu)件錨固區(qū)開裂、鋼絲滑移而破壞的現(xiàn)象，且提高了構(gòu)件端部的承載

12、能力和抗裂能力；在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，裂縫寬度也比光圓鋼筋，甚至比熱軋螺紋鋼筋還小。3、冷軋帶肋鋼筋伸長率較同類的冷加工鋼材大。三、生產(chǎn)應(yīng)用中的幾個具體問題1、關(guān)于保證鋼筋質(zhì)量和提高合格率問題：所有冷軋帶肋鋼筋都宜采用高速線材軋制。而且應(yīng)用于冷軋帶肋鋼筋的母材為專用線材，一是根據(jù)軋制的成品確定選用的線材直徑，二是鋼材的相關(guān)化學(xué)成分要保證，畢竟冷軋帶肋鋼精是高強度螺紋熱軋鋼精沒有小規(guī)格產(chǎn)品情況下的一種代用品，尤其在塑性方面作出了一定的犧牲，因此在化學(xué)成分方面比普通高線規(guī)定的范圍要窄，這點一定要注意2、加強檢測保證工程質(zhì)量為了保證不合格鋼材不用在工程上去，應(yīng)注意鋼材的檢測：一是不得采用冷拔刻痕工藝生

13、產(chǎn)的偽劣產(chǎn)品；二是未通過生產(chǎn)許可證和使用認(rèn)可證檢查的企業(yè)的產(chǎn)品不準(zhǔn)使用；三是加強生產(chǎn)廠家建立一質(zhì)保體系，不合格品不得出廠。關(guān)于生產(chǎn)廠家的要求，現(xiàn)在在全國實行了生產(chǎn)認(rèn)證制度，現(xiàn)在陜西省取得全國工業(yè)品生產(chǎn)辦公室頒發(fā)的許可證的廠家不到十家，供應(yīng)單位要從這些范圍中選取。關(guān)于冷軋帶肋鋼筋的連續(xù)板能否考慮內(nèi)力重分布的問題結(jié)論是肯定的，LL550級冷軋帶肋鋼筋配筋的連續(xù)板設(shè)計計算時可以考慮塑性內(nèi)力重分布，理由有二：a、正如前述，LL550級冷軋帶肋鋼筋的伸長率_10 8%（比現(xiàn)在正在使用的冷軋扭鋼筋_10 4.5%要大得多），其最大均勻伸長率在2%以上。b、據(jù)規(guī)程編制組對二跨連續(xù)板的試驗，結(jié)果表明冷軋帶肋鋼

14、筋混凝土連續(xù)板具有較好的塑性性能，有明顯的內(nèi)力重分布現(xiàn)象（需要說明該試驗構(gòu)件中所有的冷軋帶肋鋼筋還不是專用盤條軋制的，否則試驗結(jié)果將更為理想）。基于上述理由，正在修訂中的冷軋帶肋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ9595將對有關(guān)條文作出修改，增加連續(xù)板設(shè)計時考慮塑性內(nèi)力重分布的內(nèi)容。4、關(guān)于箍筋的應(yīng)用按冷軋帶肋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ9595和規(guī)范GBJ1089的96年局部修訂稿的規(guī)定，LL550級冷軋帶肋鋼筋可用作箍筋。采用冷軋帶肋鋼筋會不會影響鋼筋砼框架的延性？框架結(jié)構(gòu)在地震效應(yīng)作用下，梁、柱會有較大的彎曲變形，但剪切變形比起彎曲變形來要小得多，因此在梁、柱配筋時，對縱向受力鋼筋的塑性要求應(yīng)

15、比箍筋的塑性要求更重要。即要求縱向鋼筋的伸長率應(yīng)較箍筋更大一些。在規(guī)范中既然規(guī)定級鋼筋適宜用作縱向受力鋼筋，級鋼筋的伸長率為_5 14%，LL550級冷軋帶肋鋼筋僅比級鋼筋略小一點（前面已談到_10 8%，相當(dāng)于_12 1213%），用作箍筋，其塑性當(dāng)能滿足梁、柱的剪切變形要求。在規(guī)范中規(guī)定梁、柱端部箍筋要加密，其目的是保證在地震和垂直荷載作用下框架梁塑性鉸區(qū)和柱端部有足夠的受剪承載力，同時也增加箍筋對砼的約束作用，以保證梁鉸機構(gòu)的實現(xiàn)，保證柱端的延性，防止柱縱向鋼筋壓屈。從這些目的看，是要求箍筋有足夠的數(shù)量和密度，以提高梁柱的抗剪承載力彎曲延性。采用LL550級冷軋帶肋鋼筋作箍筋在保證最小配

16、筋率、最大間距的條件下是可以達(dá)到上述目的的。從國外大量應(yīng)用的實踐看也說明LL550級冷軋帶肋鋼筋可以用作框架梁、柱的箍筋。5、裂縫寬度驗算鋼筋砼結(jié)構(gòu)構(gòu)件不論用什么鋼筋配筋都是允許出現(xiàn)裂縫的，但對裂縫的寬度有限制，因此規(guī)范規(guī)定鋼筋砼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計時應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度驗算。規(guī)程JGJ9595也給出了裂縫寬度計算公式。為減少設(shè)計人員麻煩，規(guī)程中還明確規(guī)定：“對在室內(nèi)正常環(huán)境下的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，當(dāng)混凝土強度等級不低于C20，鋼筋直徑不大于是10mm且混凝土保護(hù)層厚度不大于25mm時，可不作最大裂縫寬度驗算”。這樣一般情況下用LL550級配筋的樓板都不必進(jìn)行裂縫寬度驗算。規(guī)程編制組曾進(jìn)行過74個梁、板試件

17、的試驗，結(jié)果表明冷軋帶肋鋼筋砼構(gòu)件有較好的鋼度，裂縫也較、級鋼筋配筋的裂縫小。所以用冷軋帶肋鋼筋在樓板中等強代換級鋼筋，原設(shè)計裂縫如果滿足要求，則代換后肯定也能滿足要求，不必再去驗算，當(dāng)然這種等強代換必須滿足最小配筋率的要求。四、應(yīng)用前景在住宅和各類公共建筑的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)中，LL550級冷軋帶肋鋼筋可以有如下用途：1、現(xiàn)澆樓板、屋面板的主筋和分布筋。鋼筋直徑一般為510mm，由于現(xiàn)澆樓板的剛度一般較大，若以冷軋帶肋鋼筋代換級鋼筋時，一般只需等強代換，不必作裂縫寬度驗算。需要指出，按規(guī)程JGJ9595的規(guī)定，LL550級冷軋帶肋鋼筋調(diào)直后的抗拉強度設(shè)計值可取得360N/mm2，為此工地現(xiàn)場對調(diào)

18、直后鋼筋抽樣檢驗時，直條鋼筋的抗拉強度必須達(dá)到550N/mm2。2、剪力墻中的水平和豎向分布筋。c由于LL550級冷軋帶肋鋼筋的伸長率較大，因此用于剪力墻，能滿足抗震要求。這一點國外數(shù)十年的應(yīng)用實踐當(dāng)可證明，在鋼筋焊接網(wǎng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ/T11497中，已作出了明確規(guī)定。3、梁柱中的箍筋，當(dāng)箍筋按受力箍筋計算時，其抗拉強度設(shè)計值按310N/mm2取值。4、圈梁、構(gòu)造柱的配筋。此外，LL550級冷軋帶肋鋼筋尤其是焊接網(wǎng)片，適用于高速公路路面、機場跑道、大直徑排水管、排水渠、隧道等。結(jié)論：我們調(diào)查了西安的相關(guān)生產(chǎn)單位和建設(shè)單位，證明當(dāng)前在民用建筑中已經(jīng)廣泛采用，因此冷軋帶肋鋼精在我項目中是

19、可以用的，具體的規(guī)范可以參見冷軋帶肋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ95-2003J254-2003)/中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) C,三級螺紋鋼在熱軋帶肋鋼筋方面，GB1499標(biāo)準(zhǔn)已向國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)看齊，規(guī)定了400MPa、500MPa級別鋼筋的要求，我國2006年HRB400鋼筋的產(chǎn)量已達(dá)1000萬噸以上，現(xiàn)正進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍。一些企業(yè)也開始研制HRB500鋼筋，還有一些企業(yè)長期批量按英標(biāo)生產(chǎn)出口460MPa級鋼筋以及加標(biāo)、日標(biāo)、美標(biāo)、新加坡標(biāo)準(zhǔn)等鋼筋。(HRB400），比普通螺紋鋼強度提高20%左右，而價格增加不多，是國家大力推廣使用的優(yōu)良產(chǎn)品。特點如下：   

20、1、強度高，安全儲備大。新級螺紋鋼與級螺紋鋼的強度對比如下：名稱牌號屈服點抗拉強度延伸率級鋼HRB335335Mpa490Mpa16%級鋼HRB400400Mpa570Mpa18%    2、在化學(xué)成份中，由于新級螺紋鋼的碳當(dāng)量低，焊接性能良好。 3、強屈比高，符合抗震性能要求。尤其適合在高層建筑和抗震性能要求高的工程。    4、冷彎性能優(yōu)良，反彎檢測角主正彎90度后再反彎，更符合和滿足建筑施工中的加工要求。     5、由于鋼筋總量減少了16%左右，有效解決了施工中鋼筋配置過密的問題，易于混凝土澆灌。同時也減少了鋼筋運輸、現(xiàn)場加工的費用。    用其代換級螺紋鋼，可節(jié)約鋼筋16%左右，節(jié)省10%以上的用鋼資金；用其代換12毫米以下的小直徑級鋼筋，可節(jié)約42%的用鋼，節(jié)省40%以上的用鋼資金。同時還可以改善砼結(jié)構(gòu)的抗震性能，經(jīng)濟(jì)效益與社會效益十分顯著，已成為我國建筑用鋼發(fā)展的必然趨勢。由于三級螺紋鋼是一個非常成熟，且質(zhì)量控