浅析国内外钢筋混凝土的发展现状修改

浅析国内外钢筋混凝土的发展现状摘要：19世纪中叶，钢筋混凝土开始被逐渐的采用，到目前为止，也不过经历了一百多年而已。但是，钢筋混凝土的发展极为迅猛，并且已经成为现代的工程结构中使用最为广泛和大量的材料。钢筋混凝土由钢筋和混凝土两种材料共同组成，并且，在使用过程中，钢筋和混凝土两者也是共同受力。虽然钢筋混凝土的出现到今天只是短短一百年，但是钢筋混凝土结构在材料制造、计算理论以及施工技术等方面都已经得到飞速的发展，并且还将继续快速发展下去。在很多建筑中，钢筋混凝土都充当主要的受力材料。关键词：钢筋混凝土国内外发展一、钢筋混凝土的结构的发展历史简介在我国，第一包水泥下线的时间是1876年，之后才逐渐有建筑开始采取钢筋混凝土结构。早在2002年我国混凝土的年产量就达到了15亿立方米，而建筑用钢材的产量也达到了0.3亿吨，无论是我国混凝土总产量还是建筑用钢材的产量，在世界中都已经位列第一了。例如已经建成使用的上海金茂大厦，低下3层，地上88层，建筑高度为420.5米；还有采用预应力混凝土结构的上海电视塔，其塔高为468米，主体结构为350米；再加上全长为7658米，主桥跨径为602米的采用双塔双索面钢筋混凝土和钢叠合斜拉桥结构的上海杨浦大桥；以及全长125米、墩墙高44米、号称全世界最大的预应力混凝土坞式结构的三峡升船机上闸首。这些都是钢筋混凝土结构的代表性产品。短暂的一百多年中，钢筋混凝土在材料制造、计算理论和施工技术方面的发展都相当迅猛，并且还在继续的快速发展中。二、混凝土行业的现状中国混凝土行业的发展阶段分析在中国，混凝土发展与中国的经济发展关系密切，大致上分为三个阶段：萌芽阶段：这个阶段是1949-1978，这个阶段之所以会开始逐渐发展，主要是因为建国初期，我国制定的是以重工业为主导地位的计划经济时代。只不过1949年整个年度全国的国内生产总值也不过466亿元，太过薄弱的经济实力导致国家对于基础建设的投资较少，所以对混凝土行业基本产生不了拉动作用，而且，那时候的混凝土还仅限于企业内部使用，并未完全的进入社会，所以也不算是商品。徘徊阶段：这个阶段是在1979-1990，这个时间段恰好是计划经济在想市场经济的转型期，并且重工业为主的方针也在逐渐转换为轻工业为主。虽然此时混凝土已经开始作为商品进入市场开始销售了，但是此时依然是基建投资较少，拉动力不够，所以在这个阶段，混凝土行业仍然没有多大的发展。高速发展阶段：1991-2014左右是混凝土市场高速发展的阶段。由于宏观经济的飞速发展，所以中国的工业格局由原本的追求重工业和轻工业转变为现在的追求节约资源和环保。由于“四万亿”投资的刺激，以及混凝土方面关于组技术的发展和应用。所以混凝土行业得到了飞速的成长。并且由原本的粗犷型转变为服务型。国内的水泥生产厂商也在不断增加和扩张。成熟阶段：目前我国尚未进入成熟阶段，当中国成为中等发达国家后，由于宏观经济环境的影响，国内混凝土企业将会大范围的兼并整合，那时候，混凝土行业将会步入稳定期。三、外钢筋混凝土在材料、结构、计算理论、耐久性以及试验技术上对比分析3.1材料方面3.1.1钢筋混凝土主要材料是混凝土和钢筋。其中对于混凝土而言，国内外的发展方向都是相同的，都是在向着更高强度、更轻质量、更耐久、更抗震、更抗爆和更抗冲磨等方面发展。目前，国内外都在开发高性能混凝土，高性能混凝土也是近年来混凝土材料发展的一个重要的方向。高性能混凝土的特点是高强度、高耐久性以及高流动性等。混凝土强度的大小决定了建筑层次的高低以及大跨度结构是否可以稳定的重要前提，而借助高性能混凝土则可以做到让截面尺寸更小、自重更轻等效果，在保证了建筑的强度的同时，也节约了建筑材料的使用，从而可以获得更大的经济效益。在高性能混凝土方面，我国领先国外一步，目前我国忆江南个成功生产出C100的混凝土，并且预计在不久的将来，我国将会有抗压能力达到400MPa的混凝土被研制出来。在我国，经常使用用来提高混凝土的强度的方法有很多，比如借助高效减水剂的功效，利用优质掺合料与优质的水泥和骨料相混合，其中磨细粉煤灰、硅灰以及抄袭矿渣和天然的沸石等，都可以充作优质的掺合料，高效减水剂可以明显降低混凝土中的水灰比，从而提高了混凝土的强度；我国的中国建筑材料科学研究院利用编号为525、625以及725的硫氯酸盐水泥、铁铝酸盐水泥以及与之对应的外加制剂来调配高强度混凝土；此外，我国的重庆建筑大学还在前苏联研究成果的基础上再度创新，通过矿渣、碱组成分来制备高强度的矿渣混凝土。高强度混凝土极度抗压，在物理力学上具有优秀的抗压性，但是无论是国内还是国外制备的混凝土，其延展性都很差，这也是钢筋在建筑材料中所占比例非常大的原因。将适量的钢纤维与高强度的混凝土适当比例搭配，可形成纤维增强的高强度混凝土，从而所制备的混凝土在抗拉、抗弯等方面的性能都得到大幅提高，延展性、抗疲劳以及抗冲击能力也都大大被增强。此外，在利用高强度混凝土制备土柱的情况下，国内外都习惯使用X形配筋、或者钢管来增强高强度混凝土的延展性以及抗震性。3.1.2轻集料轻集料分为天然轻集料、工业废料以及人造轻集料等。其中，人造轻集料的重要成分是诸多陶粒和轻砂等，所制备成的轻集料混凝土相等体积下重量更轻、强度更高而且在保温和抗冻的方面都更表现更加优秀。而采用工业废料来制备轻集料，则优势主要体现在成本低廉、变废为宝，既能减少废料堆积所占用的土地面积，也可以降低废料对于土地及周边环境的污染，此外还可以增加GDP。3.1.3纤维增强混凝土由于延展性差是所有混凝土都存在的问题，所以无论是国内还是国外都在尝试来解决这个问题，其中，关于掺杂纤维以提高混凝土延展性的做法发展较为迅速。目前，耐碱玻璃纤维、聚丙烯纤维、钢纤维以及尼龙合成纤维在混凝土方面的使用都较为广泛。掺杂以上四种纤维的混凝土中，要数钢纤维的混凝土在承重方面最为出色。其中，碳素钢纤维主要应用在普通的建筑工程中，而不锈钢纤维则是主要应用于各耐火材料。许多工程都需要用到钢纤维混凝土，例如用来制造三维复杂的应力部位零件；地下人防工程、泵站以及地下室的防水等，都效果显著。例如在建设桥梁时，使用钢纤维可显著提高混凝土拱桥受拉区的强度，从而降低了拱桥的高度，重量也随之减轻，同时，维修期也显著延长。我国对于钢纤维混凝土的使用较为频繁，例如世界闻名的中国三峡大坝，其桥面以及拱肋都使用了钢纤维混凝土，取得了显著的效果；此外，钢纤维混凝土在处理水利建筑时候，用来解决高速水流冲刷、腐蚀部位也是非常有效。正因为钢纤维混凝土效果显著，所以我国的工程建标准化协会早在1992年就颁布了一项文件，叫做“钢纤维混凝土结构的设计和施工规程”，该文件对于我国推广使用钢纤维混凝土起到重要作用。钢纤维混凝土技术一般规定钢纤维占总混凝土的比例为0.6%-2%，如果超过该比例，则在搅拌混凝土过程中所掺杂的钢纤维容易互相缠绕成球。不过国外对此的解决方法是通过模具将钢纤维与水泥混合，其中钢纤维的比例达到了5%-27%，这种方式被叫做SIFCON，与我国推广的这种低钢纤维比例的混凝土相比，SIFCON可承受100-200MPa之间的拉力，如此一来，混凝土的延展性以及抗拉抗弯性也都得到了很大的提高。与钢纤维混乱排布的我国常用钢纤维混凝土和国外的SIFCON相比，国外新兴的SIMCON只是在SFICON的基础上稍作改动，将原本混乱分布的钢纤维更换为排列整齐的钢纤维网，一般的SIMCON中钢纤维所占比例为4%-6%，但是根据实验可以发现，同体积下，SIMCON可以做到与SIFCON相同的强度与延展性，从而可以比同等效果下的SIFCON少使用材料和降低造价。不过SIMCON的缺点是对于钢纤维的使用量较大，一次性投入较高，而且需要特殊的工艺，所以无论是在国内或者国外，SIMCON都未能广泛投入使用，仅仅局限于使用在部分特殊的部件上。虽然SIMCON效果很好，但是造价太高，而使用钢丝网来替代钢纤维网则可以保证适度牺牲延展性的前提下，大大降低造价，使得钢丝网混凝土得到大范围的推广。使用混凝土制备薄壁结构，如果中间铺设钢丝网，则所制备的结构的抗裂能力和变性能力会得到显著的提高。所以，在国内外的水利工程以及造船中都大量使用钢丝网混凝土，以求结构可以更加坚固和具有韧性。3.1.4碾压混凝土碾压混凝土是一种新研究出来的混凝土，在国外的发展较为迅速，比较适用于如水利大坝、工厂的地面以及机场跑道等需要较大面积混凝土结构的场所。碾压混凝土与普通的混凝土区别不仅仅是在是否适用于大面积场地上，碾压混凝土所使用的各种浇筑工具与普通混凝土相比也是完全不同的。其中，在平整方面，是借助推土机来实现，利用碾压机来做到振实，与普通混凝土浇筑相比，碾压混凝土的机械化程度大大提高，此外整个施工时间也变为普通混凝土施工时间的三分之二到二分之一，好用的水量仅为普通混凝土的80%，对水泥的消耗量也减少到普通混凝土的40%-70%。虽然碾压混凝土是国外首先开始研究并且在国外的使用范围更加广泛，但是我国目前正在着重对碾压混凝土的层间抗剪性能进行研究，碾压混凝土的层间抗剪性能的好坏直接关系着在水利建筑中是否能够修建足够坚固的高坝。目前，国内外的研究机构都在尝试对碾压混凝土中添加钢纤维，制备成钢纤维碾压混凝土，但是关于此种混凝土的各项指标参数以及其优缺点都仍然在探索研究中。3.1.5特种混凝土顾名思义，特种混凝土一般使用的环境都是在特种环境下。例如，使用较为广泛的特种混凝土为免振自密实的流态混凝土以及泵送混凝土，此外，通过将砂浆注入预先做好的骨料中形成的压浆混凝土，利用膨胀剂或者特种的膨胀水泥制备而成的膨胀混凝土以及聚合物混凝土等都是特种混凝土，并且在日常的社会运转中也都起到不可或缺的作用。3.2配筋方面对于钢筋混凝土而言，其配筋材料一定主要是钢筋。但是在国际上，对于利用树脂制备而成的纤维筋作为混凝土以及预应力混凝土结构的非金属配筋的研究更多一些。在非金属配筋中，国外对于碳纤维、芳纶纤维以及玻璃纤维的研究更多一些。根据国外的研究可以得知，碳纤维以及芳纶和玻璃纤维制备的配筋，其强度都很高，但是玻璃纤维在抗碱化方面表现较差。对于适用范围最广的配筋——钢筋而言，国内外一般都会采用焊接方式将双钢筋焊接为梯格状，因为这样可以减少所形成的裂缝宽度以及构件所产生的形变。毕竟我国的铁矿石主要依靠进口，所以在节约钢材这方面，国内的做法是提倡使用两种钢材，一种是冷轧带肋钢筋，另外的一种是冷轧变形钢筋，之所以我国一直在推广这两种钢材，其主要原因是这两种钢材极限抗拉强度要远远高于生产这两种刚才的母材料I级钢筋，经过冷轧处理后，其表面与混凝土之间也更加容易粘合，此外，由于两种冷轧钢材的直径都较小，所以比较适合用来作为板式构件中的受力钢筋或者大梁，或者用来作为柱状构件表面的箍筋，也可以作为预应力筋。由于其由I级母钢材冷轧而来，并且极限抗拉强度又高于I级母钢材，所以在同样的拉力强度下，达到特定程度所使用的母钢材数量要远远多于使用这两种冷轧钢材，所以可以做到节约钢材用量，间接地增加了经济收益。由于国家在对这两种钢材大力推广，所以也早早就为之制定好了相关的规定章程。通过采用双筋或者三筋的办法，可以将这种冷轧钢材在梁、柱等构件上使用的，但是前提是要对锚固长度进行适当的增加。因为不同的环境下都需要混凝土来发挥作用，所以配筋也就必须能够有很多种来分别适应不同的环境，比如在腐蚀性很强的环境中，钢筋收到腐蚀，则其结构的耐久性会严重下降。所以，如何处理钢筋的防腐蚀问题，就显得尤为重要了。在我国，一般会采用不锈钢来解决钢筋被腐蚀的问题，但是这种方法所付出的代价太昂贵，不适宜大面积使用；而在国外，一般采用使用环氧树脂涂覆钢筋的表面，使之形成一层隔绝往期的防锈保护层，从而阻止钢筋的生锈，这种方法在美国和日本尤为常见。其主要的原因是这种方式所需要的成本很低，可以实现大量的生产和使用。关于使用环氧树脂涂覆钢筋的方法是首先要将钢筋在工厂中加热然后喷涂环氧树脂粉末，待其粉末溶化后形成防锈保护膜，然后冷却，防锈的钢筋就制备好了，可以在对于钢筋的防锈能力要求很高的工程中使用