第一篇:土木工程材料新型混凝土的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀
新型混凝土研究與應(yīng)用現(xiàn)狀
關(guān)鍵詞:新型混凝土,高性能,預(yù)應(yīng)力,智能,變革,青春。
眾所周知,混凝土(由膠凝材料將集料膠結(jié)成整體的工程復(fù)合人造石材)造價(jià)較低,是土建工程結(jié)構(gòu)中的首選材料,也是目前最常見的結(jié)構(gòu)形式之一,廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用的土建工程、水利工程、地下工程、公路、鐵路、橋梁等工程中。普通的混凝土材料是由膠結(jié)材料(石灰、水泥)、細(xì)骨料(砂子)、粗骨料(石子)和水(不加外加劑和摻合料)按一定比例配制,經(jīng)攪拌振搗成型,在一定條件下養(yǎng)護(hù)而成的具有一定強(qiáng)度特性的人工建筑材料。過去,由于人們過分注重于混凝土的力學(xué)性能,把精力主要集中在如何提高混凝土的強(qiáng)度上,而用高壓強(qiáng)度的比例關(guān)系來代表其性能的優(yōu)劣,對(duì)混凝土的耐久性則不夠重視,從而導(dǎo)致了部分工程結(jié)構(gòu)的開裂,甚至崩塌,此外,由于普通混凝土材料本身的耐久性不高,致使混凝土建筑工程的維修費(fèi)用急劇增大,所以如何延長(zhǎng)混凝土材料的使用壽命,提高混凝土的性價(jià)比,發(fā)展新型高性能的混凝土材料勢(shì)在必行。下面簡(jiǎn)單介紹幾種常用的新型混凝土的基本概念及其工程應(yīng)用。
1.高性能混凝土
一些發(fā)達(dá)國(guó)家相繼研制成功高性能混凝土,這在很大程度上,使混凝土進(jìn)入高科技時(shí)代。同時(shí),也受到國(guó)際材料界和工程界的重視。高性能混凝土之所以受人們的重視是由于具有超高強(qiáng)特性,可使混凝土結(jié)構(gòu)尺寸大大減少,從而減輕結(jié)構(gòu)自重和對(duì)地基的荷載,并減少材料用量,增加使用空間,大幅度降低工程造價(jià);其次,具有高工作性,可以減輕施工勞動(dòng)強(qiáng)度,節(jié)約施工消耗。
2.預(yù)應(yīng)力混凝土
預(yù)應(yīng)力混凝土是為了彌補(bǔ)混凝土過早出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象,在構(gòu)件使用(加載)以前,預(yù)先給混凝土一個(gè)預(yù)壓力,即在混凝土的受拉區(qū)內(nèi),用人工加力的方法,將鋼筋進(jìn)行張拉,利用鋼筋的回縮力,使混凝土受拉區(qū)預(yù)先受壓力。這種儲(chǔ)存下來的預(yù)加壓力,當(dāng)構(gòu)件承受由外荷載產(chǎn)生拉力時(shí),首先抵消受拉區(qū)混凝土中的預(yù)壓力,然后隨荷載增加,才使混凝土受拉,這就限制了混凝土的伸長(zhǎng),延緩或不使裂縫出現(xiàn)。如此抗裂性好,剛度大的一款新型混凝土,既延長(zhǎng)了建筑物的使用壽命,也使建筑工程更加安全。并且,應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土,節(jié)省材料,減小自重。其結(jié)構(gòu)由于必須采用高強(qiáng)度材料,因此可減少鋼筋用量和構(gòu)件截面尺寸,節(jié)省鋼材和混凝土,降低結(jié)構(gòu)自重,對(duì)大跨度和重荷載結(jié)構(gòu)有著明顯的優(yōu)越性。
3.碳纖維智能混凝土
碳纖維是一種高強(qiáng)度,高彈性且導(dǎo)電性能良好的材料。將一定形狀,尺寸和摻量的短切碳纖維摻入到混凝土材料中,可以使混凝土具有自感知內(nèi)部應(yīng)力,應(yīng)變和操作程度的功能。
4.彩色混凝土
這種混凝土色彩艷麗,而且顏色可隨空氣的濕度不同而變化,即空氣干燥時(shí)呈蔚藍(lán)色;潮濕時(shí)變成紫色;下雨時(shí)又變成玫瑰色。這種變色本領(lǐng)是由于在水泥中摻入了二氧化鈷的成分。二氧化鈷能隨空氣的濕度的不同而改變顏色。用這種混凝土作裝飾材料,不僅給人一種變化莫測(cè)的感覺和美的享受,而且還可根據(jù)它的顏色變化預(yù)測(cè)天氣,因此也叫做“氣象混凝土”。
5.玻璃混凝土
不用水泥而全部采用液體玻璃(硅酸鈉)和磨細(xì)的填料制成的新型混凝土,可耐500℃的高溫,適于制作煤氣管道和煙道等。
還有耐腐蝕混凝土、能曲能伸的混凝土、會(huì)“呼救”的混凝土、不產(chǎn)生裂縫的混凝土、能補(bǔ)牙的醫(yī)用混凝土等等,組成了一個(gè)五彩繽紛的混凝土世界。
諸如此類,隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技水平的不斷發(fā)展,人們的生活需求也大大提高,并且更多的體現(xiàn)在生活品質(zhì)上。新型材料在未來建筑業(yè)發(fā)展更是有著舉足輕重的作用。當(dāng)然材料的發(fā)展來源于人類的需求。所以,在我看來,其具有一定的定向性。未來材料事業(yè)的發(fā)展,必將是其作用性能,作用范圍的一次次革新。如今。人們更多的重視安全與環(huán)保的問題,所以,未來的混凝土發(fā)展方向必將在強(qiáng)度,生態(tài)上做一次又一次的不斷發(fā)展。值得一提的是,隨著世界各項(xiàng)技術(shù)的智能化,混凝土可能也將進(jìn)入智能化時(shí)代,其可貴之處在于其自感力和自愈力,將是一場(chǎng)建筑行業(yè)的轟動(dòng)。
當(dāng)然,作為一名大學(xué)生,也將是未來材料變革的推動(dòng)力,我們要有著這樣的信心,在未來的變革中,揮灑我們的青春和汗水,有著這份魄力和勇氣在,就有成功的機(jī)會(huì)!曹玉雷
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第二篇:土木工程現(xiàn)狀和未來發(fā)展
土木工程現(xiàn)狀和未來發(fā)展
1中國(guó)土木工程的發(fā)展現(xiàn)狀
中國(guó)的土木工程建設(shè)從20世紀(jì)50年代起一直沒有停過,且發(fā)展很快,尤其在改革開放20年間,發(fā)展極為迅猛,幾乎整個(gè)中國(guó)成了一個(gè)大的建設(shè)工地。新的高樓大廈、展覽中心、鐵路、公路及橋梁、港口及大型水利工程在中國(guó)各地如雨后春筍般地涌現(xiàn),新結(jié)構(gòu)、新材料、新技術(shù)大力研究、開發(fā)和應(yīng)用。發(fā)展之快,數(shù)量之巨,令世界各國(guó)驚嘆不已。
1.1 高層建筑
人們往往會(huì)把高樓大廈與現(xiàn)代化聯(lián)系在一起,這是自然的。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市化程度將越來越高,隨之,城市用地日趨緊張。因此,在城市中心區(qū),不得不大量建造高層建筑,并且越建越高。據(jù)不完全的統(tǒng)計(jì)數(shù)字,中國(guó)大陸已建成的20層及以上的高層建筑已超過10000幢,而超過100m的高樓已超過500幢,其中,上海金茂大廈,88層,高421m;上海環(huán)球金融中心大廈,95層,高460m,十分突出。
1.2 大跨建筑
最近20年,高層建筑不僅越建越多,越建越高,而且其結(jié)構(gòu)體系及布置形式也日趨多樣化。以往,多為框架結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)和框架—剪力墻結(jié)構(gòu)以及框架—筒體結(jié)構(gòu)等體系;近幾年,巨型結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、懸挑結(jié)構(gòu)及高層大跨框架結(jié)構(gòu)等體系也相繼出現(xiàn)。
1.2.1 大跨預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)
20世紀(jì)80年初建成的上海色織四廠工程是國(guó)內(nèi)最早、最有影響的大跨多層預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)工程,為6層,雙跨,每跨20m的預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu),柱距7.2m,解決了“布機(jī)上樓”問題,推動(dòng)了紡織廠房向多層方向的發(fā)展。
前幾年,中國(guó)建成了不少大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土馬鞍形殼板屋蓋單層建筑,跨度最大的達(dá)30m,并編制有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖。因?yàn)樗且环N預(yù)制的薄壁空間結(jié)構(gòu),又是直線預(yù)應(yīng)力筋,所以,理論上是很經(jīng)濟(jì)的。
1.2.2 大跨空間鋼結(jié)構(gòu)和懸索結(jié)構(gòu)
中國(guó)很大部分空間建筑采用了多種形式的鋼結(jié)構(gòu),尤其以網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)最多。如,首都體育館、上海體育館都是大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu);而天津體育館采用了雙層球形網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),直徑達(dá)135m。最近幾年,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和對(duì)外交流的需要,各地紛紛建造展覽中心等大型大跨建筑。從而,巨型空間曲線形鋼(桁架、拱)屋蓋得到了應(yīng)用和發(fā)展。
1.3 公路
中國(guó)公路建設(shè)始于20世紀(jì)初,雖不算晚,但是,在1949年之前,發(fā)展緩慢。1949年,全國(guó)能通車的公路僅8.0×104km。中華人民共和國(guó)成立后,公路建設(shè)事業(yè)逐步發(fā)展,并邁入現(xiàn)代化建設(shè)時(shí)期。到2000年底,公路通車總里程達(dá)140萬公里。
中國(guó)的高速公路起步較晚。經(jīng)過20世紀(jì)70年的規(guī)劃論證,20世紀(jì)80年代中期實(shí)現(xiàn)零的突破之后,20世紀(jì)90年代得到了較大發(fā)展。到1996年底,高速公路通車?yán)锍逃?400多km,1999年已達(dá)1.3×104km。2002年,中國(guó)已建成高速公路24336公里,居世界第三,僅次于美國(guó)和加拿大。
1.4 鐵路
截至2000年底,我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)路程已達(dá)6.87萬公里,居世界第4位,亞洲之首。鐵路朝著城市輕軌和地鐵兩方面發(fā)展。地下鐵道發(fā)展也很快,目前已有北京、上海、廣州等六個(gè)城市建有地鐵,已開通的總長(zhǎng)度達(dá)215公里;設(shè)有140個(gè)地鐵站,北京地鐵長(zhǎng)度已達(dá)41.6公里。
同時(shí),我國(guó)也在積極建造高速鐵路,武漢至廣州的高速鐵路運(yùn)營(yíng)時(shí)間僅需4小時(shí)。此外,磁懸浮列車也在發(fā)展。
1.5 橋梁
石橋、鋼筋混凝土橋和鋼橋的類型是多種多樣的,中國(guó)對(duì)各類橋都曾建造過,有的達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平或創(chuàng)造了世界紀(jì)錄?,F(xiàn)對(duì)拱橋、剛架橋、斜拉橋和懸索橋作簡(jiǎn)單介紹。
1.5.1 拱橋
中國(guó)已建成跨度100m及以上的石拱橋10座,它們都屬于世紀(jì)紀(jì)錄。湖南烏巢河雙肋石拱橋跨度為120m。在建的山西晉城—河南焦作高速公路上的石拱橋,跨度達(dá)146m??梢娭袊?guó)石拱橋建設(shè)屢創(chuàng)輝煌。1996年建成的廣西邕寧邕江橋,其跨度達(dá)312m,創(chuàng)中承式混凝土拱橋新的世界紀(jì)錄??梢哉J(rèn)為中國(guó)拱橋建造居世界領(lǐng)先地位。
1.5.2 剛架橋
中國(guó)虎門大橋系由東引橋、主橋(跨度為880m的懸索橋)、中引橋、輔航道橋和西引橋組成,其中輔航道橋跨度達(dá)270m,為兩座單橋組成,都為單室單箱預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋,行車道寬14.25m,于1997年7月建成通車,當(dāng)時(shí)創(chuàng)了預(yù)應(yīng)力混凝土剛架橋的世界紀(jì)錄。
1.5.3 斜拉橋
1993年1月建成通車的上海楊浦組合(混凝土面板與鋼架勁大梁共同工作)斜拉橋,世界注目。1995年1月18日通車前,楊浦橋?yàn)樾崩瓨蚴澜缂o(jì)錄。1996年中國(guó)建成的重慶長(zhǎng)江二橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋,主跨444m,雙向4車道,橋面寬24m,跨長(zhǎng)
居世界預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋第2位。
1.5.4 懸索橋
已建成的主跨為1385m的江陰長(zhǎng)江公路懸索橋已于1999年9月28日通車,按跨長(zhǎng),它僅居世界懸索橋的第4位(前三位為1991m的日本明石海峽橋,1624m的丹麥大海帶橋,1410m的英國(guó)恒伯爾橋),但其北岸混凝土錨碇的沉井為51m×69m×58m,體積達(dá)2.04×105m3,是當(dāng)今世界上最大的懸索錨碇沉井。
1.6 水利工程
利用水力發(fā)電成本低,不污染環(huán)境,盡管其投資大,建設(shè)周期長(zhǎng),但仍是發(fā)展方向。中國(guó)水利資源豐富,亟待開發(fā)。50年間全國(guó)興建大中小水庫(kù)8.6萬座,水庫(kù)總蓄水量4580億m3,建設(shè)和整修大江大河堤防25萬公里,目前防洪工程發(fā)揮的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)7000多億元。長(zhǎng)江三峽水利樞紐的大壩為重力壩,高度雖只有190m,但庫(kù)容大,故建成后的裝機(jī)容量將超過現(xiàn)今世界最大的巴西和巴拉圭所共有的伊泰普水電站的裝機(jī)容量(1.26×107kW)約1.5倍,達(dá)1.82×107kW。黃河小浪底水利樞紐是另一項(xiàng)巨大的水利工程。其大壩為斜墻堆石壩,最大壩高154m,總裝機(jī)容量為
1.8×106kW。四川二灘雙曲拱壩于1998年建成投產(chǎn),壩高242m,裝機(jī)容量為
3.3×106kW。
1.7 特種結(jié)構(gòu)
在特種結(jié)構(gòu)方面,我國(guó)有4所電視塔排在世界前十位,中國(guó)20世紀(jì)80年代中期陸續(xù)建成高度在300m以上的電視塔多座,高318.5m的南京塔為空間框架結(jié)構(gòu)。為世界第一座這種形式的電視塔。目前世界最高的電視塔為高553m的加拿大多倫多預(yù)應(yīng)力混凝土電視塔。我國(guó)1995年建成的上海東方明珠電視塔以468m的高度排在世界第三位。為迎接2008年的奧運(yùn)會(huì),北京將建設(shè)一大批大跨超長(zhǎng)建筑,像國(guó)家體育場(chǎng)“鳥巢”結(jié)構(gòu)、國(guó)家游泳中心“水立方”、國(guó)家大劇院等。無論在工程結(jié)構(gòu)的改革、建筑功能使用、新技術(shù)和新材料的采用上及合理組織施工方面,還是在抗震分析和計(jì)算機(jī)程序應(yīng)用上及有關(guān)抗震控制試驗(yàn)研究上,我國(guó)均達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。
2土木工程的未來發(fā)展方向
地球上可以居住、生活和耕種的土地和資源是有限的,而人口增長(zhǎng)的速度是不斷加快的。因此,人類為了爭(zhēng)取生存,土木工程的未來至少向五個(gè)方向發(fā)展。
2.1向高空延伸
現(xiàn)在人工建筑物最高的為646m的波蘭Gabin227kHz長(zhǎng)波臺(tái)鋼塔,由15根鋼纖繩錨拉。日本擬在東京建造800.7m高的千年塔,它在距海約1.25英里的大海中,將工作、休閑、娛樂、商業(yè)、購(gòu)物等融于一體的抗震豎向城市中,居民可達(dá)5萬人。中國(guó)擬在上海附近的1.6公里寬,200m深的人工島上建造一棟高1250m的仿生大廈,居民可達(dá)10萬。印度也提出將投資50億建造超級(jí)摩天大樓,其地上共202層,高達(dá)710m??梢姸皇兰o(jì)高層建筑仍將是土木工程的一個(gè)重要發(fā)展方向。
2.2向地下發(fā)展
1991年在東京召開的城市地下空間國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議通過了《東方宣言》,提出了“21世紀(jì)是人類開發(fā)利用地下空間的世紀(jì)”。建造地下建筑將有效改善城市擁擠、節(jié)能和減少噪聲污染等優(yōu)點(diǎn)。日本于20世紀(jì)50年代末至70年代大規(guī)模開發(fā)利用淺層地下空間,到80年代末已開始研究50~100m深層地下空間的開發(fā)利用問題。
未來城市地下空間發(fā)展主要有以下幾個(gè)趨勢(shì):
(1)綜合化。國(guó)外地下空間發(fā)展的主要趨勢(shì)是綜合化,首先是地下綜合體的出現(xiàn),成為具有大城市現(xiàn)代化象征的建筑類型之一。其次綜合化表現(xiàn)在地下步行道系統(tǒng)和地下快速軌道系統(tǒng)、地下高速道路系統(tǒng)的結(jié)合,以及地下綜合體和地下交通換乘樞紐的結(jié)合。第三綜合化表現(xiàn)在地上、地下空間功能既區(qū)分,又協(xié)調(diào)發(fā)展的相互結(jié)合模式。
(2)分層化與深層化。為了綜合利用地下空間資源,地下空間開發(fā)逐步向深層發(fā)展。如美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)藝術(shù)與礦物工程系的地下建筑物多達(dá)七層,加拿大溫哥華修建的地下車庫(kù)多達(dá)14層,總面積72324m2。
(3)微型隧道工程將加速發(fā)展。微型隧道是人進(jìn)不去的隧道,直徑一般在25—30cm,最大可達(dá)2m。在隧道表面入口處采用遙控進(jìn)行開挖和支護(hù)。這種方法快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、安全。所以適宜在高層建筑下,歷史文化名勝古跡下,高速公路、地鐵和河道下安設(shè)管道。
(4)三S技術(shù)在地下空間開發(fā)中的作用將得到加強(qiáng),3S即GPS(衛(wèi)星全球定位)、RS(遙感)和GIS(地理信息系統(tǒng))。
2.3向海洋拓寬
為了防止機(jī)場(chǎng)噪聲對(duì)城市居民的影響,也為了節(jié)約使用陸地,2000年8月4日,日本大阪利用18億立方圍海建造的1000m長(zhǎng)的關(guān)西國(guó)際機(jī)場(chǎng)試飛成功。阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)首都迪拜的七星大酒店也建在海上,洪都拉斯將建海上城市型游船,該船將長(zhǎng)804.5m,寬228.6m,有28層樓高,船上設(shè)有小型噴氣式飛機(jī)的跑道、醫(yī)院、旅館、超市、飯店、理發(fā)店和娛樂場(chǎng)等。近些年來,我國(guó)在這方面也已取得可喜的成績(jī),如上海南匯灘圍墾成功和崇明東灘圍墾成功,最近又在建設(shè)黃浦江外灘的拓岸工程。圍墾、拓岸工程和建造人工島有異曲同工之處,為將來像上海這樣大的近海城市建造人工島積累了科技經(jīng)驗(yàn)和準(zhǔn)備力量。
2.4向沙漠進(jìn)軍
全世界約有1/3陸地為沙漠,每年約有600萬公頃的耕地被侵蝕,這將影響上億人口的生活。世界未來學(xué)會(huì)對(duì)下世紀(jì)初世界十大工程設(shè)想之一是將西亞和非洲的沙漠改造成綠洲。改造沙漠首先必須有水,然后才能綠化和改造沙土。現(xiàn)在利比亞沙漠地區(qū)已建成一條大型的輸水管道,并在班加西建成了一座直徑1公里、深16公里的蓄水池用以沙漠灌溉。在缺乏地下水的沙漠地區(qū),國(guó)際上正在研究開發(fā)使用沙漠地區(qū)太陽能淡化海水的可行方案,該方案一旦實(shí)施,將會(huì)啟動(dòng)近海沙漠地區(qū)大規(guī)模的建設(shè)工程。我國(guó)沙漠輸水工程試驗(yàn)成功,自行修建的第一條長(zhǎng)途沙漠輸水工程已全線建成試水,順利地引黃河水入沙漠。
2.5向太空邁進(jìn)
由于近代天文學(xué)宇航事業(yè)的飛速發(fā)展和人類登月的成功實(shí)現(xiàn),人們發(fā)現(xiàn)月球上擁有大量的鈦鐵礦,在800℃高溫下,鈦鐵礦與氫化物便合成鐵、鈦、氧和水氣,由此可以制造出人類生存必需的氧和水。美國(guó)政府已決定在月球上建造月球基地,并通過這個(gè)基地進(jìn)行登陸火星的行動(dòng)。美籍華裔林銅柱博士1985年發(fā)現(xiàn)建造混凝土所需的材料月球上都有,因此可以在月球上制作鋼筋混凝土配件裝配空間站。預(yù)計(jì)21世紀(jì)50年代以后,空間工業(yè)化、空間商業(yè)化、空間旅游、外層空間人類化等可能會(huì)得到較大的發(fā)展。
第三篇:新型混凝土材料
新型混凝土材料
班級(jí):08土木(2)班
學(xué)號(hào):0804060255
姓名:朱華忠
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院土木工程學(xué)院
摘要: 對(duì)高性能混凝土、活性微粉混凝土、鋼纖維混凝土、自密實(shí)混凝土、智能混凝土等的性能進(jìn)行總結(jié),并對(duì)其推廣應(yīng)用與發(fā)展作簡(jiǎn)要的介紹與分析。
關(guān)鍵詞: 新型材料,混凝土,土木工程
一、引言
混凝土(三合土)作為一種傳統(tǒng)的建筑材料具有悠久的歷史。普通的混凝土材料系由膠結(jié)材料(石灰、水泥)、細(xì)骨料(砂子)、粗骨料(石子)和水所組成。在性能及其應(yīng)用與發(fā)展的普通混凝土基礎(chǔ)上,根據(jù)添加材料和施工工藝的不同,派生出名目繁多、性能特異、用途不一的新型混凝土,本文介紹幾種新型混凝土及其在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。
二、新型混凝土材料
(一)高性能混凝土
2O世紀(jì)8O年代以來,一些發(fā)達(dá)國(guó)家相繼研制成功高性能混凝土(以下稱HPC),使混凝土進(jìn)入了高科技時(shí)代。
HPC的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在:1.由于HPC的高強(qiáng)(60Mpa-100MPa)和超高強(qiáng)(≥IOOMPa)特性,可使混凝土結(jié)構(gòu)尺寸大大減少,從而減輕結(jié)構(gòu)自重和對(duì)地基的荷載,并減少材料用量,增加使用空間,大幅度的降低工程造價(jià);2.由于HPC具有高工作性,可以減輕施工勞動(dòng)強(qiáng)度,節(jié)約施工能耗;3.HPC的高耐久性可增加對(duì)惡劣環(huán)境的抵御能力,延長(zhǎng)建筑物的使用壽命,減少維修費(fèi)用及對(duì)環(huán)境帶來的影響,具有顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
由于HPC的優(yōu)良性能,因此近十幾年來在國(guó)內(nèi)外得到了迅速?gòu)V泛的應(yīng)用。法國(guó)若尼大橋(1989年)、加拿大拉羅漢蒂那大廈(1984年)、挪威北海石油鉆井平臺(tái)等均采用了aPE;我國(guó)上海南浦大橋154m主塔、楊浦大橋208m主塔采用泵送一級(jí)HPC,還將高流態(tài)混凝土泵至350m高的上海東方明珠電視塔進(jìn)行施工,北京西客站、京津唐高速公路及其它高層建筑均采用了HPC,其使用前景相當(dāng)廣闊。(二)活性微粉混凝土(Reactive Powder Concrete)
活性微粉混凝土(簡(jiǎn)稱RPC)是一種超高強(qiáng)的混凝土,其立方體抗壓強(qiáng)度可達(dá)200MPa-8OOMPa,抗拉強(qiáng)度可達(dá)25MPa-150MPa,斷裂能可達(dá)30kJ/m,單位體積質(zhì)量為2.5t-3.0t/m。在普通混凝土基礎(chǔ)上制成RPC的主要措施有:1.減小顆粒的最大尺寸,改善混凝土的均勻性;2.使用微粉及極微粉材料,達(dá)到最優(yōu)堆積密度(packing density);3.減少混凝土用水量,使用非水化水泥顆粒作為填料,以增大堆積密度;4.增放鋼纖維以改善其延性;5.在硬化過程中加壓及加溫,使其達(dá)到很高的強(qiáng)度。
普通混凝土的級(jí)配曲線是連續(xù)的,而RPC的級(jí)配曲線是不連續(xù)的臺(tái)階形曲線,其骨料粒徑很小,接近于水泥顆粒的尺寸。RPC的水灰比可低到O.15,需加入大量的超塑化劑,以改善其工作度。RPC的價(jià)格比常用混凝土稍高,但大大低于鋼材,可將其設(shè)計(jì)成細(xì)長(zhǎng)或薄壁的結(jié)構(gòu),以擴(kuò)大建筑使用的自由度。目前,加拿大Sherbrook已設(shè)計(jì)建造了一座跨度為60m、高3.47m的B200級(jí)RPC的人行摩托車用預(yù)應(yīng)力桁架橋。
(三)纖維增強(qiáng)混凝土
為了克服混凝土的抗拉性能差、延性差等缺點(diǎn),在混凝土中摻加纖維以改善混凝土性能的研究,發(fā)展得相當(dāng)迅速。目前研究較多的有鋼纖維、耐堿玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚丙烯纖維或尼龍合成纖維混凝土等。
在承重結(jié)構(gòu)中,發(fā)展較快、應(yīng)用較廣的是鋼纖維混凝土(SFRC),可分為主要用于土木建筑工程的碳素鋼纖維和用于耐火材料工業(yè)中的不銹鋼纖維。當(dāng)纖維長(zhǎng)度及長(zhǎng)徑比在常用范圍,纖維摻量在l%到2%(體積分?jǐn)?shù),本文中的摻量均指體積分?jǐn)?shù))的范圍內(nèi),與基體混凝土相比,鋼纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度可提高40%-80%,抗彎強(qiáng)度提高60%-120%,抗剪強(qiáng)度提高5O%-100%,抗壓強(qiáng)度提高,在0-25%之間。彈性階段的變形與基體混凝土性能相比沒有顯著差別,但可大幅度提高衡量鋼纖維混凝土塑性變形性能的韌性。
鋼纖維混凝土采用常規(guī)的施工技術(shù),其鋼纖維摻量一般為O.6%-2.O%。再高的摻量,將容易使鋼纖維在施工攪拌過程中結(jié)團(tuán)成球,影響鋼纖維混凝土的質(zhì)量。但是國(guó)內(nèi)外正在研究一種鋼纖維摻量達(dá)5%-27%的簡(jiǎn)稱為S~CON的砂漿滲澆鋼纖維混凝土,它與普通鋼纖維混凝土相比,其特點(diǎn)是抗壓、抗拉、抗彎、抗剪強(qiáng)度以及延性、韌性等有更大的提高。雖然SIFCON力學(xué)性能優(yōu)良,但由于其鋼纖維用量大、一次性投資高、施工工藝特殊,因此它只是在必要時(shí)用于某些特殊的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的局部,如火箭發(fā)射臺(tái)和高速公路的搶修等。
在砂漿中鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)及網(wǎng)與網(wǎng)之間的骨架鋼筋(簡(jiǎn)稱鋼絲網(wǎng)水泥)所做成的薄壁結(jié)構(gòu),具有良好的抗裂能力和變形能力,在國(guó)內(nèi)外造船、水利、建筑工程中應(yīng)用較為廣泛。近年來,在鋼絲網(wǎng)水泥中又摻入鋼纖維來建造公路路面、漁船、農(nóng)船等,取得了更好的增韌、增強(qiáng)效果
(四)自密實(shí)混凝土
自密實(shí)混凝土不需機(jī)械振搗,而是依靠自重使混凝土密實(shí)。該種混凝土的流動(dòng)度雖然高,但仍可以防止離析。配制這種混凝土的方法有:(1)粗骨料的體積為固體混凝土體積的50%;(2)細(xì)骨料的體積為砂漿體積的40%;(3)水灰比為0.9-1.0;(4)進(jìn)行流動(dòng)性試驗(yàn),確定超塑化劑用量及最終的水灰比,使材料獲得最優(yōu)的組成。
這種混凝土的優(yōu)點(diǎn)有:現(xiàn)場(chǎng)施工無振動(dòng)噪音,可進(jìn)行夜間施工,不擾民;對(duì)工人健康無害;混凝土質(zhì)量均勻、耐久;鋼筋布置較密或構(gòu)件體型復(fù)雜時(shí)也易于澆筑;施工速度快,現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)量小。
(五)智能混凝土
智能混凝土利用混凝土組成的改變,可克服混凝土的某些不利性質(zhì)。例如;高強(qiáng)混凝土水泥用量多,水灰比低,加入硅灰之類的活性材料,硬化后的混凝土密實(shí)度好。但高強(qiáng)混凝土在硬化早期階段,具有明顯的自生收縮和孔隙率較高,易于開裂等缺點(diǎn)。解決這些問題的一個(gè)方法是,用摻量為25%的預(yù)濕輕骨料來替換骨料,從而在混凝土內(nèi)部形成一個(gè)“蓄水器”,使混凝土得到持續(xù)的潮濕養(yǎng)護(hù)。這種加入“預(yù)濕骨料”的方法,可使混凝土的自生收縮大為降低,減少了微細(xì)裂縫的數(shù)量。
高強(qiáng)混凝土的另一問題是良好的密實(shí)性所引起的防火能力降低。這是因?yàn)樵诟邷?火災(zāi))時(shí),砂漿中的自由水和化學(xué)結(jié)合水轉(zhuǎn)變?yōu)樗畾?但卻不能從密實(shí)的混凝土中逸出,從而形成氣壓,導(dǎo)致柱子保護(hù)層剝落,嚴(yán)重降低了柱的承載力。解決這個(gè)問題的一種方法是在每方混凝土中加2kg聚丙烯纖維,在高溫(火災(zāi))時(shí),纖維熔化,形成了能使水氣從邊界區(qū)逸出的通道,減小了氣壓,從而防止了柱子的保護(hù)層剝落(六)碾壓混凝土
碾壓混凝土[5]近年發(fā)展較快,可用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)(如水工大壩、大型基礎(chǔ))、工業(yè)廠房地面、公路路面及機(jī)場(chǎng)道面等。
個(gè)人觀點(diǎn):隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對(duì)于各種建筑設(shè)施的要求越來越高,比如為了節(jié)約土地,需要高層建筑,改善道路交通網(wǎng),需要大跨度的橋梁等。在現(xiàn)有的施工方法下,提高其最基本的材料是最為有效的方法之一。新型混凝土較傳統(tǒng)混凝土性能上有很大的提升,大大提高了建筑結(jié)構(gòu)的剛度,穩(wěn)定性,減輕結(jié)構(gòu)的自重,對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)尤為重要。新型混凝土也有效的縮減了施工工期,土木工程施工受自然環(huán)境的影響較大,所以對(duì)簡(jiǎn)化施工程序,提高施工質(zhì)量有顯著作用。
參考文獻(xiàn): 《混凝土性能及新型混凝土技術(shù)》
《新型泵送混凝土技術(shù)及施工》
《土木工程新型混凝土材料》
第四篇:《新型土木工程材料》
得分:
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
課程考試作業(yè)
學(xué)院:環(huán)測(cè)學(xué)院 專業(yè): 測(cè)繪工程 班級(jí):13-04班 姓名:張 磊 學(xué)號(hào):06132292
新型防水材料的發(fā)展與應(yīng)用 《新型土木工程材料》 張磊
摘要:人類建設(shè)的各種建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)都要有一定的防水、防濕氣以及其他有害液體和氣體的侵蝕的能力,而這種分隔結(jié)構(gòu)的構(gòu)成材料則被我們稱為防水材料。傳統(tǒng)的防水材料是三氈四油。隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展,我們已經(jīng)逐漸摒棄了傳統(tǒng)的防水材料,開始使用一些新開的發(fā)出來的建筑防水材料主:SBS/APP改性瀝青防水卷材、高分子防水卷材、防水涂料、玻纖瀝青瓦、自黏防水卷材等新型防水材料,以及以石油瀝青紙?zhí)ビ蜌?、瀝青復(fù)合胎柔性防水卷材為主的瀝青油氈類防水卷材等。本文針對(duì)目前市面上幾種比較熱門的新型防水材料進(jìn)行分析評(píng)價(jià),來了解防水材料對(duì)我國(guó)設(shè)施建設(shè)所帶來的各種影響。關(guān)鍵字:防水材料 高分子防水卷材 瀝青油氈類防水卷材
Development and application of new waterproof materials
Zhanglei
Abstract:Envelope of various buildings Construction of humanity must have a waterproof, anti-moisture and erosion ability of other hazardous liquids and gases, and the constituent material of this separation structure we were called waterproof material.The traditional waterproof material three felt four oil.With social progress and development, we have gradually abandoned the traditional waterproof material, begin to use some of the newly opened issued to the main building waterproof materials: SBS / APP modified bitumen membrane, waterproofing, waterproof coating , fiberglass asphalt shingles, self-adhesive waterproofing membrane waterproofing and other new materials, as well as oil fetal asphalt felt paper, asphalt composite fetal flexible waterproofing membrane consisting mainly of asphalt waterproofing membrane and the like.In this paper, several currently on the market more popular new waterproof materials analysis and evaluation, to understand the variety of waterproof material impact on our facilities brought.Key words:waterproof material,Polymer waterproofing membrane,Asphalt waterproofing membrane 1.前言
改革開放以來,我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,隨之而來的便是大面積的工用、民用建筑的建設(shè)。而防水材料,又是建筑物不可缺少的一部分。大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的防水材料發(fā)展高峰期是在21世紀(jì)60年代開始的,我們國(guó)家的新型防水材料高速發(fā)展是在21世紀(jì)80年代開始的,柔性材料和剛性材料兩大類是經(jīng)過這十幾年防水屆同仁的努力而進(jìn)行分類得到。
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展社會(huì)的進(jìn)步,世界各國(guó)政府以及各種的民間團(tuán)體開始提倡一種綠色環(huán)保、以人為本、和諧發(fā)展的理念。因此,對(duì)建筑行業(yè)來說,重要的建筑材料都應(yīng)該走環(huán)保的路線,不能再一味地追求利益,要求我們必須進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用高效環(huán)保型防水材料,實(shí)現(xiàn)防水材料對(duì)人體無害、對(duì)環(huán)境無害、對(duì)節(jié)能無害,并對(duì)建筑物質(zhì)量得以保證。
雖然現(xiàn)在我國(guó)在新型防水材料的發(fā)展方面,與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家還存著一定的差距,這個(gè)方面,我國(guó)可以積極吸取國(guó)外發(fā)展的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。有關(guān)人士認(rèn)為有一點(diǎn)很關(guān)鍵,就是應(yīng)該盡快出臺(tái)相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范,進(jìn)一步對(duì)不法商販進(jìn)行治理。目前來說,市場(chǎng)上各種不法商販打著新型防水材料的旗號(hào)出售不合格產(chǎn)品,這種市場(chǎng)的混亂性,如果得不到及時(shí)的治理,勢(shì)必會(huì)影響我國(guó)建筑業(yè)的防水工程質(zhì)量。因此我國(guó)必須加大對(duì)新型防水材料市場(chǎng)的相關(guān)管理與整頓。因此,我國(guó)必須加大力度發(fā)展新型防水材料的力度。2.防水材料的發(fā)展
我國(guó)在70年代末出現(xiàn)了混凝土膨脹劑,混凝土膨脹劑就是人們把抗裂防滲結(jié)合起來的新型防水外加劑,目前我國(guó)的膨脹劑年銷量近30萬噸,它有10多個(gè)不同的品種,其中有80%是被UEA所占有,硫鋁酸鈣型膨脹劑包括:UEA、SRS和EA-L,這幾種在滲入水泥的情況下水將化形成為膨脹性結(jié)晶體,混凝土的毛細(xì)孔縫就是用這種柱狀和針狀結(jié)晶進(jìn)行填充,從而提高了混凝土的抗?jié)B性,而且改善了孔結(jié)構(gòu),在什么情況下既可以防止混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干縮開裂,又可以補(bǔ)償一部分后期產(chǎn)生的溫差應(yīng)力,在鋼筋和鄰位的約束下和在結(jié)構(gòu)中建立0.2-0.7MPa預(yù)壓應(yīng)力下,大約可以抵消混凝土硬化過程中產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力,從而實(shí)現(xiàn)那個(gè)效果。因此,我國(guó)剛性防水材料的突破性發(fā)展是膨脹劑,防滲和抗裂就是混凝土膨脹劑所具有的雙重功能,復(fù)合膨脹劑是以膨脹劑與化學(xué)外加劑復(fù)合而成的,它具有的功能有:集膨脹、防水、防凍于一體,投料單一,使用方便,這就是近年來,我國(guó)開始生產(chǎn)多功能復(fù)合膨脹劑就是為適應(yīng)泵送混凝土的發(fā)展。
從20世紀(jì)80年代以來,通過十幾年的努力,新型防水材料形成了瀝青及防水涂料等四大類共幾百個(gè)品種,傳統(tǒng)產(chǎn)品一直占絕大多數(shù),我國(guó)在柔性防水方面的新型防水材料發(fā)展迅速,所以新型防水材料正處于三個(gè)階段:研究、開發(fā)和試用。
但在2000以后,我國(guó)建筑防水材料總的發(fā)展趨勢(shì)出現(xiàn)以下幾種情況:①.由傳統(tǒng)的石油瀝青為基本材料向高分子聚合物改性瀝青方向發(fā)展;②.密封材料由低性能產(chǎn)品向高彈膜性、高耐久方向發(fā)展;③.防水涂料由低檔簿質(zhì)向高檔薄質(zhì)層方向發(fā)展;④.施工方法由熱粘貼向冷施工方向發(fā)展。
總的來看則是:瀝青卷材在穩(wěn)定和提高現(xiàn)有產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí),開發(fā)具有特殊功能、性能優(yōu)良的瀝青改性氈。如耐高溫油氈、耐低溫油氈、多孔砂面油氈及沾瀝青油氈等。防水涂料大力開發(fā)新品種,如SBS橡膠改性瀝青涂料、氯丁乳膠代瀝青涂料等。為解決溶劑型防水涂料污染環(huán)境,還應(yīng)大力發(fā)展無污染、無公害、具有多功能的水乳型防水涂料。
國(guó)外防水材料的技術(shù)及品種隨著建筑業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用技術(shù)的完善有了飛速的發(fā)展,企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模有著日益大型化的趨勢(shì),像凡士通和卡萊爾兩大公司主導(dǎo)高分子防水卷材市場(chǎng),主要原因是國(guó)外尤其是歐美發(fā)達(dá)國(guó)家建筑防水材料的生產(chǎn)已經(jīng)從單一的生產(chǎn)工廠演化逐步為大型跨國(guó)公司,美國(guó)的防水材料年需總量大約有15億平方米的市場(chǎng),但只有40家公司,大多數(shù)是生產(chǎn)工廠,生產(chǎn)工廠數(shù)目達(dá)到113個(gè),法國(guó)最大的改性瀝青防水卷材生產(chǎn)企業(yè)是索普瑞瑪公司,年產(chǎn)量占法國(guó)平屋面市場(chǎng)的35%,年產(chǎn)品為達(dá)到4500萬平方米??傮w來講,近幾年來國(guó)內(nèi)外的新型防水材料和技術(shù)都得得到了飛速的發(fā)展期。3.新型防水材料種類及特點(diǎn)
目前我國(guó)建筑防水材料主要是SBS/APP改性瀝青防水卷材、高分子防水卷材、防水涂料、玻纖瀝青瓦、自黏防水卷材等新型防水材料,以及以石油瀝青紙?zhí)ビ蜌?、瀝青復(fù)合胎柔性防水卷材為主的瀝青油氈類防水卷材等,其發(fā)展對(duì)我國(guó)化學(xué)建材的發(fā)展將起到十分重要的作用。其中防水卷板是用量最大的防水材料,主要用于屋面及基礎(chǔ)防水,有施工方便、人工費(fèi)用低的特點(diǎn)。3.1合成高分子防水卷材
高分子防水卷材主要有三元乙丙橡膠、聚氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化聚乙烯橡膠共混防水卷材等,以合成橡膠、合成樹脂或此兩者的共混體為基料,加入適量的化學(xué)助劑和填充料等。經(jīng)不同工序加工而成可卷曲的片狀防水材料;或把上述材料與合成纖維等復(fù)合形成兩層或兩層以上可卷曲的片狀防水材料。
生產(chǎn)廠家約70多家,總生產(chǎn)能力約5000萬平方米/年。我國(guó)吉化公司設(shè)備廠為北奧隊(duì)水材料公司安裝了國(guó)產(chǎn)三元乙丙橡膠防水卷材生產(chǎn)線,內(nèi)蒙古包頭橡膠制品研究所為常熟三恒建材有限公司(常熟防水材料廠)安裝了釜式硫化、L型擠出三元乙丙橡膠防水卷材生產(chǎn)線,技術(shù)水平接近日本水平。
它的材性指標(biāo)較高,如優(yōu)異的彈性和抗拉強(qiáng)度,使卷材對(duì)基層變形的適應(yīng)性增強(qiáng);優(yōu)異的耐候性能,使卷材在正常的維護(hù)條件下,使用年限更長(zhǎng),可減少維修、翻新的費(fèi)用。3.2合成高分子防水涂料
以多種高分子聚合材料為主要成膜物質(zhì),添加觸變劑、防流掛劑、防沉淀劑、增稠劑、流平劑、防老劑等添加劑和催化劑,經(jīng)過特俗工藝加工而成的合成高分子水性乳液防水涂膜,具有優(yōu)良的高彈性和絕佳的防水性能。該產(chǎn)品無毒、無味,安全環(huán)保。涂膜耐水性、耐堿性、抗紫外線能力強(qiáng),具有較高的斷裂延伸率,拉伸強(qiáng)度和自動(dòng)修復(fù)功能。
該種涂料在使用時(shí),可根據(jù)設(shè)計(jì)要求和用戶需要調(diào)配色彩,具有極佳的隔熱保溫和裝飾美化效果,因而產(chǎn)品屬于裝飾性和多功能性防水材料。并且在任何規(guī)則或不規(guī)則的基面上刷、刮均能形成連續(xù)不斷的防水層。可在潮濕基面上施工,產(chǎn)品不起泡、成膜效果好,固化快,能有效縮短工期。
廣泛應(yīng)用于建筑物屋面、地下室、地下車庫(kù)、室內(nèi)廚衛(wèi)生間、開水間、陽臺(tái)、外墻立面、板縫、窗邊、窗臺(tái)、柱邊、管溝管道以及糧庫(kù)、水塔、游泳池、隧道、鋼結(jié)構(gòu)廠房屋面、電廠冷卻塔內(nèi)壁防水等,適用于全國(guó)各地建筑氣候區(qū)的施工。3.3高聚物改性瀝青防水卷材 采用改性后的瀝青來作卷材浸涂材料的。普通石油瀝青材料在低溫條件下容易變硬發(fā)脆,裂縫,感溫性強(qiáng),長(zhǎng)期受太陽光照的紫外光作用下,夏季高溫軟化,以致熱解流淌,反復(fù)的熱脹冷縮可引起瀝青內(nèi)應(yīng)力的變化。在氧和臭氧等綜合作用下,瀝青中的化學(xué)成分不斷轉(zhuǎn)變結(jié)果,先是油質(zhì)揮發(fā),瀝青脂膠的含量減少,塑性下降,脆性增加,粘結(jié)力減低,產(chǎn)生龜裂而老化。由于這些原因,故傳統(tǒng)的石油瀝青防水材料難以滿足建筑防水耐用年限的需要,我國(guó)從20世紀(jì)70年代中期開始研發(fā)合成高分子材料改性瀝青。在瀝青中添加一定量的高聚物改性劑,使瀝青自身固有的低溫易脆裂,高溫易流淌的劣性得以改善,改性后的瀝青不但具有良好的高低溫性能,而且還具有良好的彈塑性,憎水性和粘結(jié)性等。高聚物改性瀝青防水卷材與瀝青防水卷材相比,改性瀝青防水卷材的拉伸強(qiáng)度,耐熱度與低溫柔性均有一定的提高,并有較好的不透水性和抗腐蝕性。
高聚物改性瀝青防水卷材是新型防水材料中使用比例較高的一類產(chǎn)品,現(xiàn)在已經(jīng)成為防水卷材的主導(dǎo)產(chǎn)品之一,屬中、高檔防水材料,其中以聚酯氈為胎體的卷材性能最優(yōu),具有高拉伸強(qiáng)度高延伸率低疲勞強(qiáng)度等特點(diǎn)。
高聚物改性瀝青防水卷材其特點(diǎn)主要是利用該聚無的優(yōu)良性能,改善了石油瀝青的熱淌冷脆,從而提高了瀝青防水卷材的技術(shù)性能。3.4聚氯乙烯防水卷材(PVC)
是一種性能優(yōu)異的高分子防水材料,以聚氯乙烯樹脂為主要原料。加入各類專用助劑和抗老化組份,采用先進(jìn)設(shè)備和先進(jìn)的工藝生產(chǎn)制成。產(chǎn)品具有拉伸強(qiáng)度大、延伸率高、收縮率小,低溫柔性好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。產(chǎn)品性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠、施工方便。適用范圍:
①.適用于工業(yè)與民用建筑的各種屋面防水,包括種植屋面、平屋面、坡屋面。②.建筑物地下防水:包括水庫(kù)、提壩、水渠以及地下室各種部位防水防滲。③.隧道、高速公路、高架橋梁.糧庫(kù)、人防工程、垃圾填埋場(chǎng)、人工湖等。4.新型防水材料在發(fā)展中存在的問題及解決方法
目前我國(guó)的新型防水材料存在著值得注意的問題有:改性瀝青防水卷材不合格產(chǎn)品充斥市場(chǎng),施工方法不規(guī)范,用偷工減料的形式降低成本,不能保證施工質(zhì)量,但與之前材料相比新型防水材料也有顯著的進(jìn)步;雖然高分子卷材質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,但還有許多問題亟待解決,例如有個(gè)別施工單位不能保證施工質(zhì)量、技術(shù)不成熟,防水涂料質(zhì)量達(dá)不到要求,有些涂料仍是有味溶劑型,厚質(zhì)方向發(fā)展、應(yīng)向水質(zhì),彩色聚氨酯防水涂料直接應(yīng)用于戶外時(shí),掉色、抗老化性差、使用壽命短等這些問題亟待解決。就目前來看,新型防水行業(yè)存在的突出問題是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分散,這一方面需要通過市場(chǎng)的力量進(jìn)行優(yōu)勝劣汰,另一方面還有賴于政府相關(guān)部門的引導(dǎo),這兩方面是目前行業(yè)內(nèi)絕大部分企業(yè)都存在開工率不足的問題,提高行業(yè)準(zhǔn)入門檻,改善行業(yè)結(jié)構(gòu),規(guī)范市場(chǎng)秩序可以通過出臺(tái)相關(guān)政策推動(dòng)落后產(chǎn)能的淘汰。雖然在防水行業(yè)市場(chǎng)上存在的一些不利因素也不容忽視,但它也會(huì)面臨難得的發(fā)展機(jī)遇,瀝青等石化產(chǎn)品一直高位運(yùn)行就是屬于上游原材料市場(chǎng),企業(yè)帶來較大的壓力有那些方面:人力資源成本和運(yùn)費(fèi)上升、能源價(jià)格上漲、油價(jià)高企,所以企業(yè)要審慎這些不利因素,大力推進(jìn)科技創(chuàng)新,應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變局,合理安排生產(chǎn)。
全面提高我國(guó)防水材料的整體水平,相應(yīng)解決有關(guān)的施工機(jī)具、配套材料和施工技術(shù),徹底根治嚴(yán)重的建筑滲漏,保證防水工程使用期的穩(wěn)步提高,積極推進(jìn)高分子防水卷材,適當(dāng)發(fā)展防水涂料,努力開發(fā)密封材料,并注意開發(fā)地下止水、堵漏材料和硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡防水保溫一體的材料,逐步減少在生產(chǎn)和施工中高能耗、低質(zhì)量、使用壽命短、不符合環(huán)保要求的低檔材料和相應(yīng)提高各類中高檔材料的比例,限制紙?zhí)ビ蜌?,大力發(fā)展改性瀝青油氈,這些是根據(jù)我國(guó)新型防水材料的現(xiàn)狀和存在的問題,考慮今后的需要和實(shí)際可能,參考國(guó)外的經(jīng)驗(yàn),我國(guó)新型防水材料的解決辦法.5.結(jié)論
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,不但在國(guó)防軍工、隧道、橋梁、農(nóng)業(yè)水利和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域和行業(yè)中提出了高需要、高質(zhì)量的要求,而且工業(yè)建筑與民用建筑隊(duì)防水材料也都需要高質(zhì)量的防水密封材料。防水材料不僅僅是建筑材料工業(yè)的一個(gè)重要組成部分,也是其它相關(guān)行業(yè)所需要的重要功能材料,在我們的生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。近十余年來,我國(guó)新型防水材料的發(fā)展十分引人注目,我國(guó)新型防水材料從總體上看,其發(fā)展前景還是很好的。推動(dòng)新型防水材料的發(fā)展,是歷史的發(fā)展趨勢(shì),也是社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的重要需求。
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第五篇:各種性能混凝土材料在土木工程中的應(yīng)用
各種性能混凝土材料在土木工程中的應(yīng)用
摘要: 對(duì)混凝土(高性能混凝土、活性微粉混凝土、低強(qiáng)混凝土、輕質(zhì)混凝土、鋼纖維混凝土、自密實(shí)混凝土、智能混凝土等)以及混凝土增強(qiáng)材料(非金屬配筋、新型預(yù)應(yīng)力鋼棒等)近年的應(yīng)用與發(fā)展,作了簡(jiǎn)要的論述.關(guān)鍵詞: 結(jié)構(gòu)材料 混凝土
混凝土是現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)的主要材料,我國(guó)每年混凝土用量約10億m3,鋼筋用量約2500萬t,規(guī)模之大,耗資之巨,居世界前列??梢灶A(yù)見,鋼筋混凝土仍將是我國(guó)在今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的一種重要的工程結(jié)構(gòu)材料,物質(zhì)是基礎(chǔ),材料的發(fā)展,必將對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法、施工技術(shù)、試驗(yàn)技術(shù)以至維護(hù)管理起著決定性的作用。本文對(duì)構(gòu)成鋼筋混凝土的主要材料--混凝土及其增強(qiáng)材料的應(yīng)用與發(fā)展,從工程應(yīng)用角度作簡(jiǎn)要介紹?;炷?/p>
組成鋼筋混凝土主要材料之一的混凝土的發(fā)展方向是高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐久(抗磨損、抗凍融、抗?jié)B)、抗災(zāi)(地震、風(fēng)、火〕、抗爆等。1.1 高性能混凝土(high performance concrete,HPC)HPC是近年來混凝土材料發(fā)展的一個(gè)重要方向,所謂高性能:是指混凝上具有高強(qiáng)度、高耐久性、高流動(dòng)性等多方面的優(yōu)越性能。從強(qiáng)度而言,抗壓強(qiáng)度大于C50的混凝土即屬于高強(qiáng)混凝土,提高混凝土的強(qiáng)度是發(fā)展高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)的重要措施。采用高強(qiáng)混凝土,可以減小截面尺寸,減輕自重,因而可獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益,而且,高強(qiáng)混凝土一般也具有良好的耐久性。我國(guó)己制成C100的混凝土。已有文獻(xiàn)報(bào)道1),國(guó)外在試驗(yàn)室高溫、高壓的條件下,水泥石的強(qiáng)度達(dá)到662MPa(抗壓)及64.7MPa(抗拉)。在實(shí)際工程中,美國(guó)西雅圖雙聯(lián)廣場(chǎng)泵送混凝土56 d抗壓強(qiáng)度達(dá)133.5MPa。
在我國(guó)為提高溫凝土強(qiáng)度采用的主要措施有[1]:(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)磨細(xì)粉煤灰、硅灰、天然沸石或超細(xì)礦渣。采用高效減水劑以降低水灰比是獲得高強(qiáng)及高流動(dòng)性混凝土的主要技術(shù)措施;(2)采用525,625,725號(hào)的硫鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥及相應(yīng)的外加劑,這是中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院制備高性能混凝土的主要技術(shù)措施;(3)以礦渣、堿組分及骨料制備堿礦渣高強(qiáng)度混凝土,這是重慶建筑大學(xué)在引進(jìn)前蘇聯(lián)研究成果的基礎(chǔ)上提出的研制高強(qiáng)混凝土的技術(shù)措施;(4)交通部天津港灣工程研究所采用復(fù)合高效減水劑,用525號(hào)水泥320kg/m3,水灰比0.43,和425號(hào)水泥480kg/m3,水灰比0.32,在試驗(yàn)室中制成了抗壓強(qiáng)度分別為68MPa和65MPa的高強(qiáng)混凝土。
文獻(xiàn)[2]報(bào)告了采用某些金屬礦石粗骨料如赤鐵礦石、鈦鐵礦石等,可以比用普通石料作粗骨料獲得強(qiáng)度更高、耐久性和延性更好的高性能混凝土。
高強(qiáng)混凝土具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能及良好的耐久性,其主要缺點(diǎn)是延性較差。而在高強(qiáng)混凝土中加入適量鋼纖維后制成的纖維增強(qiáng)高強(qiáng)混凝土,其抗拉、抗彎、抗剪強(qiáng)度均有提高,其韌性(延性)和抗疲勞、抗沖擊等性能則能有大幅度提高。此外,在高層建筑的高強(qiáng)混凝土柱中,也可采用X形配筋、勁性鋼筋或鋼管混凝土等結(jié)構(gòu)方面 的措施來改善高強(qiáng)混凝土柱的延性和抗震性能[3]。
1.2 活性微粉混凝土(reactive powder concrete,RPC)[4]
RPC是一種超高強(qiáng)的混凝土,其立方體抗壓強(qiáng)度可達(dá)200-800MPa,抗拉強(qiáng)度可達(dá)25~150MPa,斷裂能可達(dá)30KJ/m2,單位體積質(zhì)量為2.5-3.0t/m3。制成這種混凝土的主要措施是:(1)減小顆粒的最大尺寸,改善混凝土的均勻性;(2)使用微粉及極微粉材料,以達(dá)到最優(yōu)堆積密度(packing density);(3)減少混凝土用水量,使非水化水泥顆粒作為填料,以增大堆積密度;(4)增放鋼纖維以改善其延性;(5)在硬化過程中加壓及加溫,使其達(dá)到很高的強(qiáng)度。
普通混凝土的級(jí)配曲線是連續(xù)的,而RPC的級(jí)配曲線是不連續(xù)的臺(tái)階形曲線,其骨料粒徑很小,接近于水泥顆粒的尺寸。RPC的水灰比可低到0.15,需加入大量的超塑化劑,以改善其工作度。RPC的價(jià)格比常用混凝土稍高,但大大低于鋼材,可將其設(shè)計(jì)成細(xì)長(zhǎng)或薄壁的結(jié)構(gòu),以擴(kuò)大建筑使用的自由度。在加拿大Sherbrook已設(shè)計(jì)建造了一座跨度為60m、高3.47m的B200級(jí)RPC的人行-摩托車用預(yù)應(yīng)力桁架橋。
1.3低強(qiáng)混凝土[4]
美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)(AC1)229委員會(huì),提出了在配料、運(yùn)送、澆筑方面可控制的低強(qiáng)混凝土,其抗壓強(qiáng)度為8MPa或更低。這種材料可用于基礎(chǔ)、樁基的填、墊、隔離及作路基或填充孔洞之用,也可用于地下構(gòu)造,在一些特定情況下,可用其調(diào)整混凝土的相對(duì)密度、工 作度、抗壓強(qiáng)度、彈性模量等性能指標(biāo),而且不易產(chǎn)生收縮裂縫。荷蘭一座隧洞工程中曾采用了低強(qiáng)度砂漿(1ow-strength mortar,LSM〕,其組分為:水泥150kg/m3,砂;1080kg/m3,水570kg/m3,超塑化劑6kg/m3,膨潤(rùn)土35kg/m3,所制成的LSM的抗壓強(qiáng)度為3.5MPa,彈性模量低于500Mpa。LSM制成的隧洞封閉塊,比常規(guī)的土壤穩(wěn)定法節(jié)約造價(jià)50%,故這種混凝土可望在軟土工程中得到發(fā)展應(yīng)用。
1.4輕質(zhì)混凝土[5]
利用天然輕骨料(如浮石、凝灰?guī)r等)、工業(yè)廢料輕骨料(如爐渣、粉煤灰陶粒、自燃煤矸石等)、人造輕骨料(頁巖陶粒、粘土陶粒、膨脹珍珠巖等)制成的輕質(zhì)混凝土具有密度較小、相對(duì)強(qiáng)度高以及保溫、抗凍性能好等優(yōu)點(diǎn)利用工業(yè)廢渣如廢棄鍋爐煤渣、煤礦的煤矸石、火力發(fā)電站的粉煤灰等制備輕質(zhì)混凝土,可降低混凝土的生產(chǎn)成本,并變廢為用,減少城市或廠區(qū)的污染,減少堆積廢料占用的土地,對(duì)環(huán)境保護(hù)也是有利的。
1.5纖維增強(qiáng)混凝土[6]
為了改善混凝土的抗拉性能差、延性差等缺點(diǎn),在混凝土中摻加纖維以改善混凝土性能的研究,發(fā)展得相當(dāng)迅速。目前研究較多的有鋼纖維、耐堿玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚丙烯纖維或尼龍合成纖維混凝土等。
在承重結(jié)構(gòu)中,發(fā)展較快、應(yīng)用較廣的是鋼纖維混凝土。而鋼纖維主要有用于土木建筑工程的碳素鋼纖維和用于耐火材料工業(yè)中的 不銹鋼纖維。用于土木建筑工程的鋼纖維主要有以下幾種生產(chǎn)方法:(1)鋼絲切斷法;(2)薄板剪切法;(3)鋼錠(厚板)銑削法;(4)熔鋼抽絲法。當(dāng)纖維長(zhǎng)度及長(zhǎng)徑比在常用范圍,纖維摻量在1%到2%(體積分?jǐn)?shù),本文中的摻量均指體積分?jǐn)?shù))的范圍內(nèi),與基體混凝土相比,鋼纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度可提高40%~80%,抗彎強(qiáng)度提高50%~120%,抗剪強(qiáng)度提高50%~100%,抗壓強(qiáng)度提高較小,在0~25%之間,彈性階段的變形與基體混凝土性能相比沒有顯著差別,但可大幅度提高衡量鋼纖維混凝土塑性變形性能的韌性。
中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)于1992年批準(zhǔn)頒布了由大連理工大學(xué)等單位編制的《鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》(CECS 38:92),對(duì)推廣鋼纖維混凝土的應(yīng)用起到了重要作用。
鋼纖維混凝土采用常規(guī)的施工技術(shù),其鋼纖維摻量一般為0.6%~2.0%。再高的摻量,將容易使鋼纖維在施工攪拌過程中結(jié)團(tuán)成球,影響鋼纖維混凝土的質(zhì)量。但是國(guó)內(nèi)外正在研究一種鋼纖維摻量達(dá)5%~27%的簡(jiǎn)稱為SIFCON的砂漿滲澆鋼纖維混凝土,其施工技術(shù)不同于一般的攪拌澆筑成型的鋼纖維混凝土,它是先將鋼纖維松散填放在模具內(nèi),然后灌注水泥漿或砂漿,使其硬化成型。SIFCON與普通鋼纖維混凝土相比,其特點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度比基體材料有大幅度提高,可達(dá)100~200MPa,其抗拉、抗彎、抗剪強(qiáng)度以及延性、韌性等也比普通摻量的鋼纖維混凝土有更大的提高[7]。
另一種名為砂漿滲澆鋼纖維網(wǎng)混凝土(SIMCON)的施工方法與SIFCON的基本相同,只是預(yù)先填置在模具內(nèi)的不是亂向分布的鋼纖 維,而是鋼纖維網(wǎng),制成的產(chǎn)品中,其纖維摻量一般為4%~6%,試驗(yàn)表明,SIMCON可用較低的鋼纖維摻量而獲得與SIFCON相同的強(qiáng)度和韌性,從而取得比SIFCON節(jié)約材料和造價(jià)的效果。
雖然SIFCON或SIMCON力學(xué)性能優(yōu)良,但由于其鋼纖維用量大、一次性投資高,施工工藝特殊,因此它們只是在必要時(shí)用于某些特殊的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的局部,如火箭發(fā)射臺(tái)和高速公路的搶修等。
在砂漿中鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)及網(wǎng)與網(wǎng)之間的骨架鋼筋(簡(jiǎn)稱鋼絲網(wǎng)水泥)所做成的薄壁結(jié)構(gòu),具有良好的抗裂能力和變形能力,在國(guó)內(nèi)外造船、水利、建筑工程中應(yīng)用較為廣泛。近年來,在鋼絲網(wǎng)水泥中又摻人鋼纖維來建造公路路面、漁船、農(nóng)船等,取得了更好的雙重增韌、增強(qiáng)效果。
1.6自密實(shí)混凝土(self-compacting concrete)
自密實(shí)混凝土不需機(jī)械振搗,而是依靠自重使混凝土密實(shí)?;炷恋牧鲃?dòng)度雖然高,但仍可以防止離析。配制這種混凝土的方法有[4]:(1)粗骨料的體積為固體混凝土體積的50%;(2)細(xì)骨料的體積為砂漿體積的40%;(3)水灰比為0.9-1.0;(4)進(jìn)行流動(dòng)性試驗(yàn),確定超塑化劑用量及最終的水灰比,使材料獲得最優(yōu)的組成。
這種混凝土的優(yōu)點(diǎn)有:在施工現(xiàn)場(chǎng)無振動(dòng)噪音;可進(jìn)行夜間施工,不擾民;對(duì)工人健康無害;混凝土質(zhì)量均勻、耐久;鋼筋布置較密或構(gòu)件體型復(fù)雜時(shí)也易于澆筑;施工速度快,現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)量小。
1.7智能混凝土(smart concrete)[4]
利用混凝土組成的改變,可克服混凝土的某些不利性質(zhì),例如: 高強(qiáng)混凝土水泥用量多,水灰比低,加入硅灰之類的活性材料,硬化后的混凝土密實(shí)度好,但高強(qiáng)混凝土在硬化早期階段,具有明顯的自主收縮和孔隙率較高,易于開裂等缺點(diǎn)。解決這些問題的一個(gè)方法是,用摻量為25%的預(yù)濕輕骨料來替換骨料,從而在混凝土內(nèi)部形成一個(gè)“蓄水器”,使混凝土得到持續(xù)的潮濕養(yǎng)護(hù)。這種加入“預(yù)濕骨料”的方法,可使混凝土的自生收縮大為降低,減少了微細(xì)裂縫。高強(qiáng)混凝土的另一問題是良好的密實(shí)性所引起的防火能力降低.這是因?yàn)樵诟邷兀ɑ馂?zāi)〕時(shí),砂漿中的自由水和化學(xué)結(jié)合水轉(zhuǎn)變?yōu)樗畾猓珔s不能從密實(shí)的混凝土中逸出,從而形成氣壓,導(dǎo)致柱子保護(hù)層剝落,嚴(yán)重降低了柱的承載力,解決這個(gè)問題的一種方法是,在每方混凝土中加2kg聚丙烯纖維,在高溫(火災(zāi))時(shí),纖維熔化,形成了能使水氣從邊界區(qū)逸出的通道,減小了氣壓,從而防止柱的保護(hù)層剝落。
1.8預(yù)填骨料升漿混凝土1)
國(guó)內(nèi)在大連中遠(yuǎn)60000t船塢工程中,因地質(zhì)條件復(fù)雜,船塢底板首次采用了坐落于基巖上的預(yù)填骨料升漿混凝土,即用密度較大的厚4~5m的鐵礦石作為預(yù)填骨料,礦石層下再鋪設(shè)1m厚的石灰石塊石。礦石層上是厚60~80cm的現(xiàn)澆鋼筋混凝土板在預(yù)填骨料層中布置壓漿孔注入砂漿,形成預(yù)填骨料升漿混凝土。采取這種工藝,縮短了工期,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
1.9碾壓混凝土[8]
碾壓混凝土近年發(fā)展較快,可用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)(如水工大壩、大型基礎(chǔ))、工業(yè)廠房地面、公路路面及機(jī)場(chǎng)道面等。用于大體 積混凝土的碾壓混凝土的澆筑機(jī)具與普通混凝土不同,其平整使用推土機(jī),振實(shí)用碾壓機(jī),層間處理用刷毛機(jī),切縫用切縫機(jī),整個(gè)施工過程的機(jī)械化程度高,施工效率高,勞動(dòng)條件好,可大量摻用粉煤灰,與普通棍凝土相比,澆筑工期可縮短1/3~1/2,用水量可減少20%,水泥用量可減少30%~60%。碾壓混凝土的層間抗剪性能是修建混凝土高壩的關(guān)鍵問題,國(guó)內(nèi)大連理工大學(xué)等單位曾開展這方面的研究工作。在公路、工業(yè)廠房地面等大面積混凝土工程中,采用碾壓混凝土,或者在碾壓混凝土中再加入鋼纖縫,成為鋼纖維碾壓混凝土,則其力學(xué)性能及耐久性還可進(jìn)一步改善。
1.10再生骨料混凝土
新中國(guó)建國(guó)至今己逾50年,建國(guó)前后修建的不少混凝土結(jié)構(gòu),因老化或隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,需拆除重建,其拆除量十分巨大,在拆除的混凝土中,約有一半是粗骨料,應(yīng)該考慮如何使之再生利用。以減少環(huán)境垃圾,變廢為用。文獻(xiàn)[4]報(bào)道,在荷蘭的德爾夫特,一個(gè)272所住宅的方案中,所有的混凝土墻均利用了再生骨料,該方案下一步的計(jì)劃,是在混凝土樓板中也利用再生骨料。當(dāng)然,在利用這些再生骨料時(shí),需對(duì)這種餛凝土的性能進(jìn)行試驗(yàn),例如,文獻(xiàn)[9]報(bào)道了有關(guān)再生輕質(zhì)混凝土收縮和徐變較為顯著的試驗(yàn)成果,值得重視。配筋及增強(qiáng)材料 2.1纖維筋[6]
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的配筋材料,主要是鋼筋最近在國(guó)際上研究較多的是樹脂粘結(jié)的纖維筋(fiber reinforced plastics,F(xiàn)RP)作餛 凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的非金屬配筋,常用的纖維筋有樹脂粘結(jié)的碳纖維筋(GFRP)、玻璃纖維筋(GFRP)及芳綸纖維筋(AFRP)國(guó)外研究指出,這幾種纖維筋的強(qiáng)度都很高,只是玻璃纖維筋的抗堿化性能較差。纖維筋的突出優(yōu)點(diǎn)是抗腐蝕、高強(qiáng)度,此外,還具有良好的抗疲勞性能、大的彈性變形能力、高電阻及低磁導(dǎo)性,其缺點(diǎn)是斷裂應(yīng)變性能較差、較脆、徐變(松弛)值較大,熱膨脹系數(shù)較大。
國(guó)外已有日本、德國(guó)、荷蘭等國(guó)將纖維筋用于預(yù)應(yīng)力混凝土橋,包括體外預(yù)應(yīng)力橋的實(shí)例[4]。
2.2雙鋼筋[1]
為了減小裂縫寬度和構(gòu)件的變形,國(guó)內(nèi)在一些工程中,采用焊成梯格形的雙鋼筋,在構(gòu)件內(nèi)平放或豎放布置。
2.3冷軋變形鋼筋[1]
為了節(jié)約鋼材用量,國(guó)內(nèi)引進(jìn)國(guó)外設(shè)備或自制設(shè)備,用光圓鋼筋,經(jīng)過冷軋,軋成帶肋的直徑小于母材直徑的鋼筋,稱為冷軋帶肋鋼筋。另一種類似的鋼筋,是用I級(jí)光圓用筋冷軋扭轉(zhuǎn)成型,稱為冷軋變形用筋或冷軋扭鋼筋。這兩種冷軋鋼筋的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(極限抗拉強(qiáng)度)及設(shè)計(jì)值都比母材大大提高,與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度也得到提高,但直徑較小。它們主要用作板式構(gòu)件的受力鋼筋或梁、柱構(gòu)件的箍筋或作預(yù)應(yīng)力筋。由于強(qiáng)度提高,可以節(jié)約材料用量,獲得經(jīng)濟(jì)效益。這兩種鋼筋,國(guó)內(nèi)己制訂了規(guī)程。為將這種小直徑鋼筋的用途擴(kuò)展至梁、柱的受力鋼筋,也可采用雙筋或三筋的并筋,但需適當(dāng)增大其錨固長(zhǎng)度。