1混凝土及預(yù)應(yīng)力技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與成就
近年來，在巨大工程建設(shè)任務(wù)，特別是重點(diǎn)建設(shè)項目和大型工程的帶動下，我國的混凝土工程技術(shù)水平有了很大的提高。目前，我國混凝土的年用量約為24億～30億m3，用于房屋建筑和土木工程的水利、交通、市政等所有行業(yè)，從結(jié)構(gòu)材料類型方面來講，混凝土結(jié)構(gòu)約占全部工程結(jié)構(gòu)的90％以上，混凝土將是現(xiàn)階段乃至未來2年內(nèi)我國主導(dǎo)的工程結(jié)構(gòu)材料。
圍繞結(jié)構(gòu)混凝土技術(shù)，我國的材料、設(shè)計、施工、理論、教學(xué)和標(biāo)準(zhǔn)等部門的工程技術(shù)人員，組成了許多學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、工作組和研發(fā)團(tuán)隊，研究和交流混凝土工程技術(shù)的相關(guān)問題，可以說我國有世界上最大、最全面、較高水平的混凝土工程技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用隊伍，積聚了極其寶貴的人才。
近來，混凝土材料技術(shù)的總體發(fā)展水平是高強(qiáng)度(C60—C80級混凝土得到推廣，C100級混凝土開始應(yīng)用)、高性能(自密實(shí)、補(bǔ)償收縮、低水化熱等)、多品種(早強(qiáng)、速強(qiáng)、防水、纖維、水下等)，混凝土平均強(qiáng)度進(jìn)一步提高，混凝土外加劑技術(shù)迅速發(fā)展，品種增多，混凝土材料性能得到較好改善，各種不同功能混凝土不斷推出。
混凝土工程技術(shù)理論研究進(jìn)一步深入，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范全面更新或正在更新。主要有《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010—2002修訂中、《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范}GB50204-2002、《預(yù)拌混凝土》GB／T14902-2003、《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程}JGJ55-2000、《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)}GB50164—92修訂中、《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》GBJl07-87修訂中等。
混凝土結(jié)構(gòu)分析設(shè)計水平進(jìn)一步提高，我國自主版權(quán)的建筑工程軟件如PKPM等采用高精度有限元分析設(shè)計混凝土結(jié)構(gòu)已得到大量應(yīng)用，混凝土結(jié)構(gòu)抗震、隔震、減震等新型設(shè)計理念在工程中得到應(yīng)用，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和可持續(xù)發(fā)展等設(shè)計思想開始在工程中體現(xiàn)。
混凝土工程施工技術(shù)取得較大進(jìn)展，預(yù)拌混凝土成為東部發(fā)達(dá)地區(qū)的主要配送方式，模板技術(shù)水平進(jìn)一步提高，混凝土攪拌、運(yùn)輸、布料等環(huán)節(jié)的機(jī)械化水平大大提高。特殊構(gòu)件、特殊部位、特殊技術(shù)的混凝土施工形成多種成套技術(shù)或工法，如大體積混凝土施工技術(shù)、超長混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計施工技術(shù)、超高混凝土泵送施工技術(shù)、鋼管混凝土施工技術(shù)、型鋼混凝土施工技術(shù)等。
預(yù)應(yīng)力技術(shù)近幾年也得到進(jìn)一步發(fā)展，我國高強(qiáng)度低松弛鋼材年產(chǎn)量已大于200萬t(其中預(yù)應(yīng)力鋼絞線產(chǎn)量約140萬t)，年使用量約180萬t，成為世界第一生產(chǎn)大國和使用大國，高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力筋成為我國預(yù)應(yīng)力筋的主導(dǎo)品種，這表明目前我國預(yù)應(yīng)力筋的生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)量和使用技術(shù)處于世界先進(jìn)水平。目前我國預(yù)應(yīng)力鋼絞線的錨具用量約6 000萬標(biāo)準(zhǔn)錨固單元，且基本上為國產(chǎn)自主創(chuàng)新開發(fā)的產(chǎn)品，數(shù)量居世界第一，在性能指標(biāo)方面能夠符合FIP《后張預(yù)應(yīng)力體系驗(yàn)收建議》的技術(shù)要求，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。預(yù)應(yīng)力工藝技術(shù)不斷更新，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力工藝的耐久性進(jìn)一步完善，緩粘結(jié)工藝正在開發(fā)，體外索和拉索技術(shù)得到開發(fā)和應(yīng)用，特殊預(yù)應(yīng)力工藝技術(shù)如牽引、提升、轉(zhuǎn)體等開始應(yīng)用。目前預(yù)應(yīng)力技術(shù)在我國已成為土建工程中一種十分重要的結(jié)構(gòu)材料和特殊的工藝手段，應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，由以往的單層及多層房屋、公路、鐵路橋梁、軌枕、電桿、壓力水管、儲罐、水塔等，擴(kuò)大到現(xiàn)在的高層建筑、地下建筑、高聳結(jié)構(gòu)、水工建筑、海洋結(jié)構(gòu)、機(jī)場跑道、核電站壓力容器等方面。
混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)已應(yīng)用于超高層、超大跨、超大體積、超大面積、超重荷載等各種行業(yè)、各種形狀、不同功能的結(jié)構(gòu)物工程中。如建筑工程中的上海世茂國際廣場(混凝土結(jié)構(gòu)60層，屋面高度246m，2004年建成)、重慶世貿(mào)中心(混凝土結(jié)構(gòu)60層，結(jié)構(gòu)屋面高度234m，2004年建成)、上海明天廣場(混凝土結(jié)構(gòu)58層，結(jié)構(gòu)屋面高度230m，2003年建成)、唐山會展中心(預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)達(dá)42m×36m，2004年建成)、深圳大中華證券交易大廳(柱網(wǎng)為42．5m×34m，2004年建成)；橋梁工程中的中小跨公路、鐵路和城市橋梁都是混凝土和預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，最大跨度為蘇通大橋副航道連續(xù)剛構(gòu)橋達(dá)到270m，東海大橋(2005年建成)預(yù)制簡支梁跨度達(dá)70m；特種工稚結(jié)構(gòu)如秦山二期、三期、田灣核電站，各種污水處理設(shè)施結(jié)構(gòu)，各種工業(yè)儲存結(jié)構(gòu)。其中有不少項目工程體量大、技術(shù)復(fù)雜、施工難度大，但由于應(yīng)用了許多先進(jìn)技術(shù)，保證了工程建設(shè)的順利進(jìn)行，充分顯示了我國混凝土工程技術(shù)已達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。
2結(jié)構(gòu)混凝土存在的主要問題及發(fā)展趨勢
2．1主要問題
1) 資源消耗高，污染排放大
近年，我國水泥產(chǎn)量已連續(xù)20年居世界第一，年產(chǎn)量約10億t，占全球總產(chǎn)量的40％以上，建筑業(yè)每年消耗混凝土25億m3，混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋超過6 000萬t，約占全球的1／3。建筑業(yè)持續(xù)高速發(fā)展導(dǎo)致資源枯竭、能源耗費(fèi)和環(huán)境破壞。
2) 材料強(qiáng)度及性能還需提高
我國混凝土強(qiáng)度等級平均為C30級，預(yù)應(yīng)力混凝土為C40級；混凝土結(jié)構(gòu)
用鋼筋以335MPa為主和400MPa開始推廣應(yīng)用。歐美國家混凝土平均強(qiáng)度比我們高5～10MPa；鋼筋強(qiáng)度400～600MPa級用量已達(dá)到95％以上。
3) 混凝土材料新品種應(yīng)用較少
自密實(shí)混凝土，輕質(zhì)混凝土，纖維混凝土，特種混凝土及各種外加劑、摻合料技術(shù)還應(yīng)大力研究、開發(fā)、推廣。
4) 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究及修復(fù)技術(shù)開發(fā)滯后。
5) 混凝土結(jié)構(gòu)檢測精度有待提高，現(xiàn)場快速檢測方法需進(jìn)一步開發(fā)。
6) 預(yù)應(yīng)力技術(shù)的節(jié)材優(yōu)勢未能充分發(fā)揮。
7) 專業(yè)公司規(guī)模不大、綜合能力不足。
2．2發(fā)展趨勢
1) 混凝土材料
研究開發(fā)、推廣應(yīng)用綠色高性能混凝土；開發(fā)研究有效地利用工業(yè)廢料，減少硅酸鹽水泥熟料用量的技術(shù)；關(guān)注降低單位混凝土水泥用量，利用工業(yè)廢料有效改善混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，延長基礎(chǔ)設(shè)施使用壽命的技術(shù)等，是混凝土材料技術(shù)發(fā)展的總趨勢。
2) 鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋材料
鋼筋材料技術(shù)的發(fā)展趨勢是，強(qiáng)度逐步發(fā)展至400～500MPa；預(yù)應(yīng)力材料除了目前使用的高強(qiáng)度鋼材外，新型碳纖維、玻璃纖維和聚酯纖維類非金屬預(yù)應(yīng)力筋等產(chǎn)品將得到應(yīng)用。
3) 鋼筋工程施工技術(shù)將大量實(shí)現(xiàn)工廠化、機(jī)械化。
4) 預(yù)制混凝土技術(shù)將得到大量推廣應(yīng)用。
5) 預(yù)應(yīng)力技術(shù) ①設(shè)計理論將有重大進(jìn)展，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的耐久性和經(jīng)濟(jì)性更為協(xié)調(diào)一致；②預(yù)應(yīng)力工藝將進(jìn)一步完善，專用產(chǎn)品質(zhì)量提高；③應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。
3技術(shù)發(fā)展目標(biāo)及對策
3．1發(fā)展目標(biāo)
提高混凝土工程技術(shù)水平，降低單位建筑面積混凝土和鋼筋材料用量，延長使用壽命，減少混凝土廢棄物排放，實(shí)現(xiàn)混凝土技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。
3．2 對策及建議
3．2．1提高混凝土和鋼筋的強(qiáng)度及性能
常用混凝土的強(qiáng)度等級由現(xiàn)在的C20～C40級平均C30級，提高到C40～C60級平均C50級，推廣使用的高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度等級由現(xiàn)在的C50～C80級，提高到C60～C100級?；炷两Y(jié)構(gòu)用鋼筋的強(qiáng)度級別由現(xiàn)在的335～400MPa級提高到400～500MPa級。降低鋼筋和混凝土材料用量，減少對資源和能源的消耗。
隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高，對用于配制結(jié)構(gòu)用混凝土原材料的要求提高為：①水泥的強(qiáng)度等級由現(xiàn)在常用的32.5～42.5提高到42.5～52.5, 62.5的水泥亦應(yīng)批量應(yīng)用。②混凝土減水劑的減水率在20％以上并大量使用。③使用優(yōu)質(zhì)、環(huán)保的摻合料.
3．2．2繼續(xù)開發(fā)推廣高性能混凝土，促進(jìn)綠色混凝土在我國的生產(chǎn)和應(yīng)用
1) 大力發(fā)展混凝土減水劑和其他外加劑。
2) 提高混凝土摻合料的質(zhì)量。
3) 加強(qiáng)進(jìn)行一般強(qiáng)度等級和高強(qiáng)度自密實(shí)混凝土的合理配制研究，及相應(yīng)混凝土外加劑的研究。
4) 除加強(qiáng)天然輕集料和工業(yè)廢料的利用外，研制、開發(fā)高性能輕集料，應(yīng)用礦物摻合料及纖維增強(qiáng)技術(shù)等，發(fā)展高性能輕集料混凝土。
3．2．3發(fā)展纖維混凝土技術(shù)
1) 進(jìn)一步改進(jìn)纖維產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大鋼纖維、聚丙烯纖維、碳纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維等的生產(chǎn)規(guī)模。
2) 加強(qiáng)基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，加強(qiáng)研究纖維混凝土的微觀機(jī)理，長期變形性能及耐久性能等；開展超短細(xì)纖維超高強(qiáng)混凝土復(fù)合材料研究和生產(chǎn)，以及混雜纖維混凝土、智能纖維混凝土的研究。
3．2．4提高耐久性，延長使用壽命
提高我國混凝土耐久性設(shè)計和施工水平，提出耐久性指標(biāo)和試驗(yàn)方法，可按設(shè)計要求達(dá)到安全使用年限。合理改造已有混凝土結(jié)構(gòu)，延長結(jié)構(gòu)使用壽命。充分利用拆除的混凝土廢棄物，研究再生骨料混凝土技術(shù)，形成循環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)展模式。
3．2．5發(fā)展混合結(jié)構(gòu)，提高結(jié)構(gòu)效率
提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和延性，以適應(yīng)超高、超大跨結(jié)構(gòu)發(fā)展需要，發(fā)展由混凝土與鋼材構(gòu)成的各種組合結(jié)構(gòu)，如鋼管混凝土、鋼骨混凝土、鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)。
3．2．6發(fā)展和改進(jìn)預(yù)應(yīng)力及預(yù)制技術(shù)
在預(yù)應(yīng)力材料方面的發(fā)展目標(biāo)：開發(fā)研究強(qiáng)度高、自重輕、彈性模量大的復(fù)合纖維類非金屬預(yù)應(yīng)力筋。
預(yù)應(yīng)力工藝技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)：
1) 開發(fā)應(yīng)用新型高抗腐蝕孔道成型及灌漿技術(shù)。
2) 完善無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力防腐蝕體系。
3) 發(fā)展預(yù)應(yīng)力拉索及體外索成套技術(shù)。
繼續(xù)在高層建筑，大跨度、大空向建筑中推廣應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，改進(jìn)修訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提高使用效率，節(jié)約材料。 積極研究開發(fā)新型預(yù)制結(jié)構(gòu)、預(yù)制構(gòu)件技術(shù)，節(jié)約材料，美化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)工廠化、工業(yè)化建造技術(shù)。
4建議
4．1加大科技投入、重視成果轉(zhuǎn)化
繼續(xù)加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性、安全性及可持續(xù)發(fā)展相關(guān)技術(shù)的研發(fā)。加大對混凝土改性材料等基礎(chǔ)性開發(fā)研究。大力開發(fā)節(jié)材、節(jié)能的混凝土應(yīng)用技術(shù)(如提高強(qiáng)度，優(yōu)化截面，延長壽命，再生利用等)，積極示范、推廣應(yīng)用節(jié)能、節(jié)材技術(shù)，降低混凝土對資源和環(huán)境的破壞，實(shí)現(xiàn)混凝土技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。
4．2打破部門分割、統(tǒng)籌規(guī)劃管理
積極發(fā)展專業(yè)公司、大型集團(tuán)公司，鼓勵專項技術(shù)的研究開發(fā)、設(shè)計應(yīng)用、生產(chǎn)制造和工程服務(wù)一體化，推進(jìn)混凝土技術(shù)的發(fā)展，提高設(shè)計及施工水平：
1) 發(fā)展年生產(chǎn)混凝土能力100萬～200萬m3及以上的大、中型混凝土研究、性能設(shè)計、生產(chǎn)供應(yīng)企業(yè)。
2) 發(fā)展大型模板生產(chǎn)企業(yè)和專業(yè)模板及支撐設(shè)計、安裝公司。
3) 發(fā)展預(yù)制結(jié)構(gòu)設(shè)計、預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)和安裝專業(yè)公司。
4) 發(fā)展大型專業(yè)預(yù)應(yīng)力工程公司，它不僅有自己的預(yù)應(yīng)力專用產(chǎn)品和配套的質(zhì)量保證體系．有整套的預(yù)應(yīng)力專業(yè)施工技術(shù)和現(xiàn)場服務(wù)體系，還有研究、產(chǎn)品開發(fā)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工的高水平咨詢能力，從而樹立起我國的國際名牌預(yù)應(yīng)力體系。
4．3鼓勵發(fā)展預(yù)制及預(yù)應(yīng)力技術(shù)
鼓勵在高層建筑，大跨度、大空間建筑樓蓋中推廣應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，改進(jìn)修訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，真正發(fā)揮超高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋的節(jié)材特點(diǎn)，提高使用效率，降低鋼筋用量。
積極研究開發(fā)新型預(yù)制結(jié)構(gòu)、預(yù)制構(gòu)件技術(shù)，節(jié)約材料，美化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)建筑工程的工廠化、工業(yè)化生產(chǎn)建造目標(biāo)。
