高强混凝土的应用
混凝土是钢筋混凝土的主要材料之一，其发展方向是高强、轻质、耐久(耐磨、冻融、抗渗)、抗灾(抗震、抗风、防火)、抗爆。
1.1高性能混凝土
高性能混凝土是混凝土材料发展的一个重要方向。所谓高性能，是指在凝结方面具有高强度、高耐久性、高流动性的优越性能。从强度上讲，抗压强度大于C50的混凝土属于高强混凝土。提高混凝土强度是发展高层建筑、高耸结构和大跨度结构的重要措施。使用高强混凝土可以减小截面尺寸，减轻自身重量，因此可以获得更大的经济效益，而且高强混凝土一般具有良好的耐久性。我国已制成C100的混凝土。据文献报道，在国外实验室高温高压条件下，水泥浆体的强度达到662MPa(抗压)和64.7MPa(抗拉)。实际工程中，美国西雅图复式广场泵送混凝土56天抗压强度达到133.5MPa。
在我国，提高混凝土强度的主要措施有:
(1)合理使用高效减水剂、优质骨料和水泥、优质外加剂，如优质磨细粉煤灰、硅灰、天然沸石或超细矿渣等。使用高效减水剂降低水灰比是获得高强高流动性混凝土的主要技术措施；
(2)采用525、625、725号硫铝酸盐水泥、铝酸铁水泥及相应的外加剂，这是中国建筑材料科学研究院配制高性能混凝土的主要技术措施；
(3)利用矿渣、碱组分和骨料配制碱矿渣高强混凝土，这是重庆建筑大学在引进前苏联研究成果的基础上提出的发展高强混凝土的技术措施；
(4)交通部天津港湾工程研究院采用复合高效减水剂，用320kg/m的525号水泥和0.43的水灰比，425号水泥和0.32的水灰比，在实验室配制出抗压强度分别为68MPa和65MPa的高强混凝土。
1.2活性粉末混凝土(RPC)
RPC是一种超高强混凝土，其立方体抗压强度可达200-800MPa，抗拉强度可达25-150 MPa，断裂能可达30KJ/㎡，单位体积质量2.5-3.0t/m3。配制这种混凝土的主要措施如下:
(1)降低最大粒径，提高混凝土的均匀性；
(2)使用微粉和微粉材料达到最佳堆积密度；
(3)减少混凝土用水量，用未水化的水泥颗粒作为填料，增加堆积密度；
(4)加入钢纤维以改善其延性；
(5)硬化过程中加压加热，达到高强度。
普通混凝土的级配曲线是连续的，而RPC的级配曲线是不连续的台阶曲线，其骨料粒径很小，接近水泥颗粒的大小。RPC的水灰比可低至0.15，需要添加大量的高效减水剂来改善其工作性。RPC的价格略高于普通混凝土，但远低于钢材。活性粉末混凝土可以设计成细长或薄壁结构，以扩大建筑使用的自由度。加拿大舍布鲁克设计并建造了一座B200预应力RPC人行和摩托车桁架桥，桥跨60m，高3.47m。
1.3低强度混凝土
美国混凝土学会229委员会(AC 1)提出了在配料、运输和浇筑中可以控制的低强度混凝土，其抗压强度为8MPa或更低。这种材料可用于基础和桩基的填充、垫料和隔离，也可用于路基或填孔，还可用于地下结构。在某些特定情况下，可用于调整混凝土的相对密度、和易性、抗压强度、弹性模量等性能指标，不易产生收缩裂缝。荷兰的一个隧道项目使用了低强度砂浆(LSM)。其成分为:水泥150kg/m，砂；1080kg/m，水570kg/m，高效减水剂6kg/m，膨润土35kg/m，LSM抗压强度3.5MPa，弹性模量低于500 MPa。由LSM制成的隧道封堵块比传统的土体加固方法节省50%的成本，因此这种混凝土有望在软土工程中得到开发和应用。
1.4轻质混凝土
轻质混凝土由天然轻质骨料(如浮石、凝灰岩等)制成。)、工业废弃物轻骨料(如矿渣、粉煤灰陶粒、自燃煤矸石等。)和人造轻集料(如页岩陶粒、粘土陶粒、膨胀珍珠岩等。)具有密度低、相对强度高、保温性和抗冻性好等优点。利用废弃的锅炉炉渣、煤矿煤矸石和热电厂粉煤灰等工业废渣制备轻质混凝土，可以减少混凝土的产量。
1.5纤维增强混凝土
为了改善混凝土较差的抗拉性能和延性，在混凝土中添加纤维来改善混凝土性能的研究发展迅速。钢纤维、耐碱玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚丙烯纤维或尼龙合成纤维混凝土研究较多。
在承重结构中，钢纤维混凝土发展迅速，应用广泛。钢纤维主要包括用于土木工程的碳钢纤维和用于耐火材料工业的不锈钢纤维。土木工程中使用的钢纤维主要有以下几种生产方法:
(1)钢丝切割法；
(2)薄板剪切法；
(3)铸锭(厚板)铣削法；
(4)钢水拉丝法。
当纤维长度和长径比在常用范围内，纤维含量在1% ~ 2%(体积分数，文中含量指体积分数)范围内时，与基体混凝土相比，钢纤维混凝土的抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度分别可提高40% ~ 80%、50% ~ 120%和50% ~ 50%。
1992年，中国工程建设标准化协会批准颁布了大连理工大学等单位编制的《钢纤维混凝土结构设计与施工规范》(CECS 38: 92)，对推广钢纤维混凝土的应用起到了重要作用。
钢纤维混凝土采用常规施工工艺，钢纤维含量一般为0.6% ~ 2.0%。无论掺量多高，钢纤维在施工拌合时都容易结块成球，影响钢纤维混凝土的质量。但国内外正在研究一种钢纤维含量为5% ~ 27%的砂浆渗透钢纤维混凝土，简称SIFCON。其施工工艺不同于一般的搅拌浇筑成型的钢纤维混凝土。它首先在模具中松散地填充钢纤维，然后注入水泥浆或砂浆使其硬化。与普通钢纤维混凝土相比，SIFCON的特点是抗压强度大大提高，可以达到100~200MPa，抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度、延性和韧性也比普通钢纤维混凝土大大提高。
另一种施工方法，命名为砂浆渗透钢纤维网混凝土(SIMCON)，与SIFCON的基本相同，只是在模具中预填钢纤维网，而不是随机分布的钢纤维，产品的纤维含量一般为4%~6%。实验表明，SIMCON可以用较低的钢纤维含量获得与SIFCON相同的强度和韧性，从而达到比SIFCON节省材料和成本的效果。
SIFCON或SIMCON虽然具有优异的力学性能，但由于其钢纤维用量大、一次性投资高、施工工艺特殊，仅在必要时用于一些特殊结构或构件，如火箭发射台、高速公路抢修等。
用钢丝网铺设在砂浆和网片之间的骨架钢筋(简称钢丝网水泥)制成的薄壁结构具有良好的抗裂和变形能力，在国内外造船、水利和建筑工程中被广泛应用。在钢丝网水泥中加入钢纤维，用于建造公路路面、渔船、农用船等。，取得了较好的双重增韧增强效果。
1.6自密实混凝土(自密实混凝土)
自密实混凝土不需要机械振动，而是依靠自身重量使混凝土密实。虽然混凝土流动性高，但仍能防止离析。
制备这种混凝土的方法如下:
(1)粗骨料体积为实心混凝土体积的50%；
(2)细骨料的体积为砂浆体积的40%；
(3)水灰比为0.9-1.0；
(4)进行流动性试验，确定高效减水剂的掺量和最终水灰比，以获得材料的最佳组成。
这种混凝土的优点是:施工现场无振动、无噪音；夜间施工，不扰民；对工人健康无害；混凝土质量均匀、耐久；钢筋排列密集或构件形状复杂时也容易浇筑；施工速度快，现场劳动力少。
1.7智能混凝土
通过改变混凝土的组成，可以克服混凝土的一些不利性能，如:高强混凝土水泥用量大，水灰比低，加入硅灰等活性物质，硬化后的混凝土密实性好。但在硬化初期，高强混凝土自收缩明显，孔隙率高，容易开裂。解决这些问题的一种方法是用25%的预湿轻集料代替集料，从而在混凝土内部形成一个“蓄水池”，使混凝土能够持续湿养护。这种添加“预湿骨料”的方法可以大大降低混凝土的自收缩，减少微裂缝。
高强混凝土的另一个问题是密实性好导致的耐火性下降。这是因为在高温(火灾)下，砂浆中的自由水和化学结合水转化为水蒸气，却无法从密实的混凝土中逸出，从而形成气压，导致柱的保护层剥落，严重降低柱的承载力。解决这个问题的方法之一是在每块混凝土中加入2kg聚丙烯纤维，纤维在高温(火)下会融化。
1.8预填骨料提升混凝土
在中国远洋大连6万吨级码头工程中，由于地质条件复杂，首次采用了位于基岩上的预填骨料提升混凝土，即采用密度较高的4~5m的铁矿石作为预填骨料，并在矿石层下铺设厚度为1m的石灰石块。矿石层上是60 ~ 80厘米厚的现浇钢筋混凝土板。在预填骨料层中设置灌浆孔，注入砂浆形成预填骨料提升混凝土。采用该项技术，缩短了工期，取得了良好的经济效益。
1.9 RCC
碾压混凝土发展迅速，可用于大体积混凝土结构(如水工大坝和大型基础)、工业厂房地面、公路路面和机场道面。
大体积混凝土的碾压混凝土浇筑机不同于普通混凝土。它使用推土机、振动多用途压路机、猪鬃机进行夹层处理，并使用切缝机进行找平。整个施工过程机械化程度高，施工效率高，劳动条件好，可掺入大量粉煤灰。与普通混凝土相比，浇筑工期可缩短1/3 ~ 1/2，用水量减少。
碾压混凝土的层间抗剪性能是高混凝土坝建设中的关键问题，大连理工大学等国内单位开展了这方面的研究工作。
在道路、工业厂房地面等大型混凝土工程中，采用碾压混凝土或在碾压混凝土中加入钢纤维接头成为钢纤维碾压混凝土，可以进一步提高碾压混凝土的力学性能和耐久性。
1.10再生骨料混凝土
新中国成立已经50多年了。很多建国前后修建的混凝土结构，因为老化或者随着经济的发展，需要拆除重建。拆迁量巨大。拆除的混凝土中约有一半是粗骨料，要考虑如何回收利用。为了减少环境浪费，变废为宝。
在荷兰代尔夫特，在一个272栋房屋的方案中，所有的混凝土墙都是由再生骨料制成的，该方案的下一个计划是在混凝土地板中也使用再生骨料。当然，在使用这些再生骨料时，需要对这种混凝土的性能进行检测。例如，再生轻质混凝土收缩和徐变的显著试验结果值得关注。
2.加固和加固材料
2.1纤维增强
钢筋混凝土结构的加固材料是钢筋。纤维增强塑料(FRP)作为混凝土结构和预应力混凝土结构的非金属增强材料，在国际上得到广泛研究。常用的纤维杆有树脂粘结碳纤维增强聚合物(GFRP)、玻璃纤维增强聚合物(GFRP)和芳族聚酰胺纤维增强聚合物(AFRP)。国外研究指出，这类纤维筋强度高，但玻璃纤维增强聚合物耐碱。纤维增强的突出优点是耐腐蚀和高强度。此外，它还具有良好的抗疲劳性、大的弹性变形能力、高电阻和低磁导率。其缺点是断裂应变性能差，脆性大，蠕变(松弛)值大，热膨胀系数大。
在国外，日本、德国、荷兰等国家已经在预应力混凝土桥梁，包括体外预应力桥梁中使用了纤维增强材料[4]。
2.2双重加固
为了减小裂缝的宽度和构件的变形，在我国的一些工程中，将焊接成梯形的双钢筋水平或垂直布置在构件中。
2.3冷轧变形钢筋
为了节约钢材消耗，国内引进国外设备或自制设备，采用圆钢棒，经过冷轧，轧制成直径小于母材直径的带肋钢筋，称为冷轧带肋钢筋。另一种类似的钢筋是用I级圆钢冷轧扭而成，称为冷轧变形钢筋或冷轧扭钢筋。这两种冷轧钢筋的标准抗拉强度(极限抗拉强度)和设计值都比母材有很大提高，与混凝土的粘结强度也有所提高，但直径更小。它们主要用作板构件的钢筋、梁和柱构件的箍筋或预应力钢筋。由于强度的提高，可以节约材料消耗，获得经济效益。国内已针对这两种钢筋制定了法规。为了将这种小直径钢筋的应用范围扩大到梁、柱的受力钢筋，也可采用双筋或三筋，但应适当增加锚固长度。
2.4环氧树脂涂层钢筋
在海洋环境或有腐蚀介质的环境中(如冬季撒盐的桥面)，钢筋的腐蚀是影响结构耐久性的重要原因。为了防止钢筋生锈，用不锈钢制作钢筋是一种方法，但价格昂贵。另一种方法是在钢筋表面涂上环氧树脂，形成防锈涂层，防止钢筋生锈。这种方法在日本和美国被广泛使用。钢筋在工厂里被拉直，加热，喷上树脂粉，形成一层保护膜。冷却后通过检验，用于防腐要求严格的工程中，可以大大提高结构的耐久性。
2.5预应力混凝土用钢筋和预应力混凝土用螺旋肋钢丝。
在传统预应力混凝土用钢丝、钢绞线和热处理钢筋的基础上，从国外引进生产线，生产出直径12.6mm、抗拉强度1570MPa的螺旋肋钢筋(stee1 bar)，以及直径12.0mm、抗拉强度65438的钢筋。这种新产品的特点是:高强度、低松弛、与混凝土粘结强度好、易墩、点焊、成卷等。
2.6纤维布、纤维条、纤维板在我国加固钢筋混凝土结构时，常用的一种技术是钢板粘贴加固技术，但钢板重量大，运输不便，剪切成型复杂。
国内外已开发应用了重量轻、易加工、单向抗拉强度高的纤维布(带、板)代替钢板的技术，并取得了良好的效果。例如，冶金工业局建筑研究所利用日本进口的碳纤维，开发了混凝土结构加固、改造和修复的新技术。使用的碳纤维布厚度为0.111-0.165mm，单向拉伸强度为3000~3550MPa。这种碳纤维布的特点是:单向拉伸强度高。重量轻，密度仅为钢材的1/4，加固层厚度一般不超过1mm，基本不增加结构自重和截面尺寸；施工方便，效率高；耐腐蚀，无需定期维护。
国外在使用碳纤维布或碳纤维条时，采用不同弹性模量的碳纤维进行优化组合，降低成本。
除了碳纤维，类似于纤维增强，还有芳纶纤维和玻璃纤维制成的产品(布、条或板)。值得指出的是，国际桥梁与结构工程学会(IABSE)于6月出版了《结构工程》第9卷第四期5438+0999+01，该刊主要关注加拿大、美国、日本和欧洲。