El hormigón es uno de los principales materiales del hormigón armado. Su dirección de desarrollo es alta resistencia, peso ligero, durabilidad (resistencia al desgaste, resistencia al hielo y deshielo, impermeabilidad) y resistencia a desastres (resistencia a terremotos). , resistencia al viento, resistencia al fuego), antiexplosión.
1.1 Hormigón de alto rendimiento
El hormigón de alto rendimiento es una dirección importante para el desarrollo de materiales de hormigón. El llamado alto rendimiento se refiere al rendimiento superior de alta resistencia, alta durabilidad y alta fluidez en términos de coagulación. En términos de resistencia, el hormigón con una resistencia a la compresión superior a C50 pertenece al hormigón de alta resistencia. Mejorar la resistencia del hormigón es una medida importante para el desarrollo de edificios de gran altura, estructuras imponentes y estructuras de grandes luces. El uso de hormigón de alta resistencia puede reducir el tamaño y el peso de la sección transversal, por lo que puede lograr mayores beneficios económicos, y el hormigón de alta resistencia generalmente tiene buena durabilidad. Nuestro país ha fabricado hormigón C100. Según informes de la literatura, en condiciones de alta temperatura y alta presión en laboratorios extranjeros, la resistencia de la lechada de cemento alcanza 662 MPa (resistencia a la compresión) y 64,7 MPa (resistencia a la tracción). En proyectos reales, la resistencia a la compresión del hormigón bombeado en una plaza dúplex en Seattle, EE. UU., alcanzó los 133,5 MPa en 56 días.
En mi país, las principales medidas para mejorar la resistencia del hormigón son:
(1) Uso razonable de agentes reductores de agua de alta eficiencia, áridos y cemento de alta calidad, y aditivos de alta calidad, como polvo molido de alta calidad, cenizas de carbón, humo de sílice, zeolita natural o escoria ultrafina, etc. El uso de agentes reductores de agua de alta eficiencia para reducir la relación agua-cemento es la principal medida técnica para obtener hormigones de alta resistencia y fluidez;
(2) Uso No. 525, 625, y 725 cemento de sulfoaluminato, cemento de aluminato férrico y sus correspondientes aditivos, esta es la principal medida técnica para la preparación de concreto de alto rendimiento por parte de la Academia China de Ciencias de Materiales de Construcción;
(3) Uso de escoria, componentes alcalinos y agregados para preparar concreto de alta resistencia con escoria alcalina, que es la principal medida técnica para Chongqing Construction. La universidad propuso medidas técnicas para desarrollar concreto de alta resistencia basándose en la introducción de resultados de investigaciones de la ex Unión Soviética;
(4) El Instituto de Investigación de Ingeniería del Puerto de Tianjin del Ministerio de Comunicaciones utiliza un agente reductor de agua compuesto de alta eficiencia, utilizando cemento No. 525 de 320 kg/m y una relación agua-cemento de 0,43, cemento No. 425 y un Con una relación agua-cemento de 0,32, se preparó en el laboratorio hormigón de alta resistencia con resistencias a la compresión de 68 MPa y 65 MPa.
1.2 Hormigón en polvo reactivo (RPC)
RPC es un hormigón de ultra alta resistencia con una resistencia a la compresión cúbica de 200-800 MPa y una resistencia a la tracción de 25-150 MPa. la energía de fractura puede alcanzar los 30 KJ/㎡ y la masa volumétrica unitaria es de 2,5 a 3,0 t/m3. Las principales medidas para preparar este tipo de hormigón son las siguientes:
(1) Reducir el tamaño máximo de partícula y mejorar la uniformidad del hormigón
(2) Utilizar micras de polvo y micras; materiales en polvo para lograr la mejor densidad aparente;
(3) Reducir el consumo de agua del concreto y usar partículas de cemento no hidratadas como rellenos para aumentar la densidad aparente;
(4) Agregar acero fibras para mejorar su ductilidad;
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(5) Se aplica presión y calentamiento durante el proceso de endurecimiento para lograr una alta resistencia.
La curva granulométrica del hormigón ordinario es continua, mientras que la curva granulométrica del RPC es una curva escalonada discontinua y el tamaño de las partículas de su agregado es muy pequeño, cercano al tamaño de las partículas de cemento. La relación agua-cemento del RPC puede ser tan baja como 0,15 y es necesario agregar una gran cantidad de superplastificante para mejorar su trabajabilidad. El precio del RPC es ligeramente más alto que el del hormigón común, pero mucho más bajo que el del acero. El hormigón en polvo reactivo se puede diseñar en estructuras alargadas o de paredes delgadas para ampliar la libertad de uso en la construcción. Sherbrooke, Canadá, diseñó y construyó un puente de celosía para peatones y motocicletas RPC pretensado B200 con una luz de 60 m y una altura de 3,47 m.
1.3 Hormigón de baja resistencia
El Comité 229 (AC 1) del American Concrete Institute propuso un hormigón de baja resistencia que se puede controlar durante el dosificación, el transporte y el vertido, con una resistencia a la compresión de 8 MPa. o inferior. Este material se puede utilizar para relleno, lecho y aislamiento de cimientos y pilotes, así como para bases de carreteras o relleno de huecos, y para estructuras subterráneas. En algunos casos específicos, se puede utilizar para ajustar la densidad relativa, trabajabilidad, resistencia a la compresión, módulo elástico y otros indicadores de rendimiento del hormigón para evitar grietas por contracción. En un proyecto de túnel en los Países Bajos se utilizó mortero de baja resistencia (LSM).
Sus ingredientes son: cemento 150 kg/m, arena 1080 kg/m, agua 570 kg/m, agente reductor de agua de alta eficiencia 6 kg/m, bentonita 35 kg/m, resistencia a la compresión LSM 3,5 MPa y módulo elástico inferior a 500 MPa. Los bloques de sellado de túneles fabricados con LSM ahorran un 50 % del coste en comparación con los métodos tradicionales de refuerzo del suelo, por lo que se espera que este tipo de hormigón se desarrolle y aplique en la ingeniería de suelos blandos.
1.4 Hormigón ligero
El hormigón ligero está formado por áridos ligeros naturales (como piedra pómez, toba, etc.). ), los agregados ligeros de residuos industriales (como escorias, ceramsita de cenizas volantes, ganga de carbón de combustión espontánea, etc.) y los agregados ligeros artificiales (como ceramsita de esquisto, ceramsita de arcilla, perlita expandida, etc.) tienen baja densidad y resistencia relativamente alta. Buen aislamiento térmico y resistencia a las heladas. La producción de hormigón ligero se puede reducir utilizando residuos industriales como escoria de caldera abandonada, ganga de minas de carbón y cenizas volantes de centrales térmicas para preparar hormigón ligero.
1.5 Hormigón reforzado con fibras
Para mejorar las malas propiedades de tracción y ductilidad del hormigón, se ha desarrollado rápidamente la investigación sobre la adición de fibras al hormigón para mejorar sus propiedades. Existen muchos estudios sobre el hormigón con fibra de acero, fibra de vidrio resistente a los álcalis, fibra de carbono, fibra de aramida, fibra de polipropileno o fibra sintética de nailon.
En estructuras portantes, el hormigón con fibras de acero se ha desarrollado rápidamente y se utiliza ampliamente. Las fibras de acero incluyen principalmente fibras de acero al carbono utilizadas en ingeniería civil y fibras de acero inoxidable utilizadas en la industria refractaria. Las fibras de acero utilizadas en ingeniería civil tienen principalmente los siguientes métodos de producción:
(1) método de corte de alambre de acero;
(2) método de corte de placa delgada;
(3) Método de fresado de lingotes (placas gruesas);
(4) Método de trefilado de alambre de acero fundido.
Cuando la longitud de la fibra y la relación de aspecto están dentro del rango comúnmente utilizado, y el contenido de fibra está dentro del rango de 1 a 2 (fracción de volumen, el contenido en el texto se refiere a la fracción de volumen), en comparación con la matriz de hormigón, la resistencia del hormigón de fibra de acero. La resistencia a la tracción, la resistencia a la flexión y la resistencia al corte se pueden aumentar en 40~80, 50~120 y 50~50 respectivamente.
En 1992, la Asociación de Normalización de Ingeniería y Construcción de China aprobó la promulgación de las "Especificaciones de diseño y construcción de estructuras de hormigón y fibra de acero" (CECS 38: 92) compiladas por la Universidad Tecnológica de Dalian y otras unidades, que comenzaron a promover la aplicación de hormigón con fibras de acero jugó un papel importante.
El hormigón con fibra de acero adopta tecnología de construcción convencional y el contenido de fibra de acero es generalmente de 0,6 ~ 2,0. No importa cuán alta sea la dosis, las fibras de acero tienden a aglomerarse en bolas durante la construcción y el mezclado, lo que afecta la calidad del hormigón con fibras de acero. Sin embargo, en el país y en el extranjero se está estudiando un tipo de hormigón de fibras de acero penetrado con mortero con un contenido de fibras de acero de 5 a 27, denominado SIFCON. Su tecnología de construcción es diferente del hormigón de fibra de acero general que se mezcla y vierte. Comienza llenando ligeramente el molde con fibras de acero y luego inyectando lechada de cemento o mortero para endurecerlo. En comparación con el hormigón de fibra de acero ordinario, SIFCON se caracteriza por una resistencia a la compresión muy mejorada, que puede alcanzar 100 ~ 200 MPa, y la resistencia a la tracción, la resistencia a la flexión, la resistencia al corte, la ductilidad y la tenacidad también son mucho mejores que el hormigón de fibra de acero ordinario.
Otro método de construcción, denominado hormigón de malla de fibra de acero infiltrado con mortero (SIMCON), es básicamente el mismo que SIFCON, excepto que el molde se rellena previamente con una malla de fibra de acero en lugar de fibras de acero distribuidas aleatoriamente. El contenido es generalmente de 4 a 6. Los experimentos muestran que SIMCON puede lograr la misma resistencia y tenacidad que SIFCON con un menor contenido de fibra de acero, logrando así el efecto de ahorrar materiales y costos que SIFCON.
Aunque SIFCON o SIMCON tiene excelentes propiedades mecánicas, debido a su gran cantidad de fibra de acero, alta inversión única y tecnología de construcción especial, solo se utiliza para algunas estructuras o componentes especiales cuando es necesario, como como plataformas de lanzamiento de cohetes, reparación de emergencia de carreteras, etc.
La estructura de paredes delgadas hecha de malla de acero colocada entre el mortero y la malla (conocida como cemento de malla de acero) tiene buena resistencia al agrietamiento y la deformación, y se usa ampliamente en la construcción naval, la conservación del agua y la construcción. en el país y en el extranjero. Es ampliamente utilizado en ingeniería. La adición de fibras de acero al cemento de alambre de acero se utiliza para construir pavimentos de carreteras, barcos de pesca, barcos agrícolas, etc. , logró mejores efectos duales de endurecimiento y fortalecimiento.
1.6 Hormigón autocompactante (hormigón autocompactante)
El hormigón autocompactante no requiere vibración mecánica, sino que depende de su propio peso para hacer que el hormigón sea denso. Aunque el hormigón es muy fluido, aún resiste la segregación.
El método para preparar este concreto es el siguiente:
(1) El volumen de agregado grueso es el 50 del volumen de concreto sólido
(2; ) El volumen de agregado fino es El volumen es el 40% del volumen del mortero;
(3) La relación agua-cemento es 0,9-1,0;
(4) Realizar un análisis de fluidez prueba para determinar la dosificación y cantidad final de agente reductor de agua de alta eficiencia, relación agua-cemento para obtener la mejor composición del material.
Las ventajas de este tipo de hormigón son: no hay vibraciones ni ruidos en el sitio de construcción; la construcción es nocturna, no molesta a los residentes; no daña la salud de los trabajadores; la calidad del hormigón es uniforme y duradera; también es fácil de instalar cuando las barras de acero están dispuestas densamente o los componentes tienen formas complejas. La velocidad de construcción es rápida y la mano de obra en el sitio es pequeña.
1.7 Concreto Inteligente
Al cambiar la composición del concreto, se pueden superar algunas propiedades adversas del concreto, tales como: el concreto de alta resistencia utiliza una gran cantidad de cemento, tiene un bajo relación agua-cemento, y agrega sustancias activas como humo de sílice, el concreto endurecido tiene buena compacidad. Sin embargo, en las primeras etapas de endurecimiento, el hormigón de alta resistencia se contrae significativamente, tiene una alta porosidad y es propenso a agrietarse. Una forma de resolver estos problemas es reemplazar el agregado con un 25% de agregado liviano prehumedecido, formando así un "depósito" dentro del concreto, permitiendo que el concreto continúe curando en húmedo. Este método de agregar "agregado prehumedecido" puede reducir en gran medida la contracción autógena del concreto y reducir las microfisuras.
Otro problema del hormigón de alta resistencia es la disminución de la resistencia al fuego provocada por una mala compacidad. Esto se debe a que a altas temperaturas (fuego), el agua libre y el agua químicamente unida en el mortero se convierten en vapor de agua, pero no pueden escapar del concreto denso, formando así presión de aire, lo que hace que la capa protectora de la columna se desprenda. reduciendo seriamente la capacidad de carga de la fuerza de la columna. Una forma de solucionar este problema es añadir 2 kg de fibras de polipropileno a cada pieza de hormigón. Las fibras se derretirán a altas temperaturas (fuego).
1.8 Hormigón de elevación de agregados precargados
En el proyecto de la terminal de 60.000 toneladas de China Ocean Shipping Dalian, debido a las complejas condiciones geológicas, se utilizó por primera vez el levantamiento de agregados precargados sobre el lecho de roca. El hormigón utiliza entre 4 y 5 m de mineral de hierro de alta densidad como agregado precargado y coloca bloques de piedra caliza de 1 m de espesor debajo de la capa de mineral. Sobre la capa de mineral hay una losa de hormigón armado colada in situ de 60 a 80 cm de espesor. Se colocan orificios de lechada en la capa de agregado precargado y se inyecta mortero para formar concreto de elevación de agregado precargado. El uso de esta tecnología acortó el período de construcción y logró buenos beneficios económicos.
1.9 RCC
El hormigón compactado con rodillos se está desarrollando rápidamente y puede utilizarse para estructuras de hormigón de gran volumen (como presas hidráulicas y grandes cimientos), suelos de plantas industriales, pavimentos de carreteras y aeropuertos. aceras.
La máquina hormigonado RCC para hormigón en masa es diferente del hormigón ordinario. Utiliza topadoras, rodillos vibratorios multiusos, máquinas de cerdas para intercalar y cortadores de costuras para nivelar. Todo el proceso constructivo tiene un alto grado de mecanización, alta eficiencia constructiva, buenas condiciones de trabajo y puede incorporar una gran cantidad de cenizas volantes. En comparación con el hormigón común, el período de vertido se puede acortar entre 1/3 y 1/2 y se reduce el consumo de agua.
La resistencia al corte interlaminar del hormigón compactado con rodillos es un tema clave en la construcción de presas altas de hormigón. Unidades nacionales como la Universidad Tecnológica de Dalian han llevado a cabo trabajos de investigación en esta área.
En proyectos de hormigón a gran escala, como carreteras y pisos de plantas industriales, el uso de hormigón compactado con rodillo o la adición de juntas de fibra de acero al hormigón compactado con rodillo para formar hormigón compactado con rodillo de fibra de acero puede mejorar aún más las propiedades mecánicas y el rendimiento de Durabilidad del hormigón compactado con rodillo.
1.10 Hormigón de Áridos Reciclados
Han pasado más de 50 años desde la fundación de la Nueva China. Muchas estructuras de hormigón construidas antes y después de la fundación de la República Popular China deben ser demolidas y reconstruidas debido al envejecimiento o al desarrollo económico. La cantidad de demolición es enorme. Aproximadamente la mitad del hormigón demolido es agregado grueso y se debe considerar cómo se puede reciclar. Para reducir los desechos ambientales, convierta los desechos en tesoros.
En Delft, Países Bajos, todos los muros de hormigón de un proyecto de 272 casas están hechos de árido reciclado, y el próximo plan del plan es utilizar también árido reciclado en los suelos de hormigón.
Por supuesto, cuando se utilizan estos agregados reciclados, es necesario probar el desempeño de este concreto. Por ejemplo, merecen atención importantes resultados experimentales sobre la contracción y la fluencia del hormigón ligero reciclado.
2. Materiales de refuerzo y refuerzo
2.1 Refuerzo de fibra
El material de refuerzo de las estructuras de hormigón armado son las barras de acero. El plástico reforzado con fibra (FRP), como material de refuerzo no metálico para estructuras de hormigón y estructuras de hormigón pretensado, ha sido ampliamente estudiado a nivel internacional. Las varillas de fibra de uso común incluyen polímero reforzado con fibra de carbono (GFRP) unido con resina, polímero reforzado con fibra de vidrio (GFRP) y polímero reforzado con fibra de aramida (AFRP). Estudios extranjeros han señalado que este tipo de refuerzo de fibra tiene una alta resistencia, pero el polímero reforzado con fibra de vidrio es resistente a los álcalis. Las ventajas destacadas del refuerzo de fibra son la resistencia a la corrosión y la alta resistencia. Además, tiene buena resistencia a la fatiga, gran capacidad de deformación elástica, alta resistencia y baja permeabilidad magnética. Sus desventajas son un pobre rendimiento de deformación por fractura, alta fragilidad, gran valor de fluencia (relajación) y un gran coeficiente de expansión térmica.
En el extranjero, Japón, Alemania, Países Bajos y otros países han utilizado materiales reforzados con fibra en puentes de hormigón pretensado, incluidos puentes pretensados externamente [4].
2.2 Doble refuerzo
Para reducir el ancho de las fisuras y la deformación de los componentes, en algunos proyectos en mi país se disponen barras dobles de acero soldadas en forma de trapecio de forma horizontal o vertical en los componentes.
2.3 Barras de acero deformadas laminadas en frío
Para ahorrar consumo de acero, el país introduce equipos extranjeros o de fabricación propia, utilizando barras de acero redondas, que se laminan en frío para formar Los diámetros más pequeños que el diámetro del metal base. Las barras de acero acanaladas se denominan barras de acero acanaladas laminadas en frío. Otra barra de acero similar está hecha de acero redondo de grado I torcido y laminado en frío, que se llama barra de acero deformada laminada en frío o barra de acero torcida laminada en frío. La resistencia a la tracción estándar (resistencia a la tracción máxima) y los valores de diseño de estos dos tipos de barras de acero laminado en frío mejoran enormemente en comparación con el material base, y la resistencia de unión con el hormigón también mejora, pero el diámetro es menor. Se utilizan principalmente como refuerzo para elementos de placa, estribos o acero pretensado para elementos de vigas y columnas. Debido al aumento de la resistencia, se puede ahorrar el consumo de material y obtener beneficios económicos. Se han formulado regulaciones nacionales para estos dos tipos de barras de acero. Para ampliar el ámbito de aplicación de estas barras de acero de pequeño diámetro a las barras de acero de vigas y columnas que soportan tensiones, también se pueden utilizar barras dobles o triples, pero la longitud de anclaje debe aumentarse adecuadamente.
2.4 Barras de acero recubiertas de resina epoxi
En ambientes marinos o con medios corrosivos (como tableros de puentes rociados con sal en invierno), la corrosión de las barras de acero afecta la durabilidad de la estructura. Razones importantes. Para evitar que las barras de acero se oxiden, fabricar barras de acero inoxidable es una forma, pero es costosa. Otro método consiste en aplicar resina epoxi sobre la superficie de las barras de acero para formar una capa antioxidante para evitar que las barras de acero se oxiden. Este método se utiliza ampliamente en Japón y Estados Unidos. Las barras de acero se enderezan en fábrica, se calientan y se rocían con polvo de resina para formar una película protectora. Después de enfriarse y pasar la inspección, se puede utilizar en proyectos con estrictos requisitos anticorrosión, lo que puede mejorar en gran medida la durabilidad de la estructura.
2.5 Barras de acero para hormigón pretensado y alambres de acero con nervaduras en espiral para hormigón pretensado.
Sobre la base de los tradicionales alambres de acero para hormigón pretensado, cordones de acero y barras de acero tratadas térmicamente, se introdujeron líneas de producción desde el extranjero para producir barras de acero con nervaduras en espiral (barra de acero1) con un diámetro de 12,6 mm y una resistencia a la tracción de 1570 MPa y barra de acero con un diámetro de 12,0 mm y resistencia a la tracción 65438. Las características de este nuevo producto son: alta resistencia, baja relajación, buena fuerza de unión con el concreto, fácil de perforar, soldar por puntos y enrollar en rollos.
2.6 Tela de fibra, tiras de fibra y tableros de fibra Cuando se refuerzan estructuras de hormigón armado en nuestro país, una tecnología comúnmente utilizada es la tecnología de unión y refuerzo de placas de acero. Sin embargo, las placas de acero son pesadas, incómodas de transportar y. complicado de cortar y formar.
La tecnología de sustitución de placas de acero por telas de fibra (correas, placas) que son livianas, fáciles de procesar y tienen una alta resistencia a la tracción unidireccional se ha desarrollado y aplicado en el país y en el extranjero, y ha logrado buenos resultados. . Por ejemplo, el Instituto de Investigación de la Construcción de la Oficina de Industria Metalúrgica ha desarrollado nuevas tecnologías para el refuerzo, transformación y reparación de estructuras de hormigón utilizando fibras de carbono importadas de Japón. El espesor de la tela de fibra de carbono utilizada es de 0,111-0,165 mm y la resistencia a la tracción unidireccional es de 3000~3550MPa. Las características de esta tela de fibra de carbono son: Alta resistencia a la tracción unidireccional.
Es liviano, tiene una densidad de solo 1/4 de la del acero y el espesor de la capa de refuerzo generalmente no excede 1 mm, lo que básicamente no aumenta el peso propio de la estructura ni el tamaño de la sección transversal; constructivo y eficiente; es resistente a la corrosión y no requiere mantenimiento regular.
Cuando se utilizan telas de fibra de carbono o tiras de fibra de carbono en el extranjero, se utilizan fibras de carbono con diferentes módulos elásticos para optimizar la combinación y reducir costos.
Además de la fibra de carbono, similar a la fibra de refuerzo, también existen productos (telas, tiras o tableros) fabricados con fibra de aramida y fibra de vidrio. Cabe señalar que la Academia Internacional de Ingeniería Estructural y de Puentes (IABSE) publicó en junio "Structural Engineering" Volumen 9, Número 4, 5438 0999 01. La revista se centra principalmente en Canadá, Estados Unidos, Japón y Europa.