超高层建筑中高性能结构材料的应用
孙彦庆
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孙彦庆,. 超高层建筑中高性能结构材料的应用[J]. 新材料,2021.4. DOI:10.12721/ccn.2021.157987.
摘要: 基于超高层建筑物对施工质量的要求比较高,传统施工方法存在许多安全隐患。因此,施工单位需要优选高质量的施工基础材料,并注重展开对施工技术的创新研究工作。新时期,实际可以使用的高性能结构材料种类有很多。本文重点结合各个地区的实际施工案例,对几种使用范围广、应用价值高的材料种类进行介绍,从中分析出建筑施工工作的注意事项。
关键词: 超高层建筑;高性能材料;应用要点
DOI:10.12721/ccn.2021.157987
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超高层建筑是城市基础设施建设中比较常见的一种结构类型,这种结构的特点就是占地面积小,建筑物的纵向高度比较高。因此,对建筑结构的稳定性和承载力有较高要求。普通的施工材料无法满足工程对安全性和稳定性的要求,这就需要使用高性能结构材料展开施工建设工作。

1.常见的高性能结构材料种类及适用条件

在建筑施工行业稳步发展的当下,施工环节实际可以使用的材料种类不断增多。每种材料基于其自身特性的不同,具有一定的适用范围和操作要点。本文现对几种使用频率较高的高性能结构材料进行介绍:

1.1纳米材料

纳米碳酸钙增强水泥基材料性能的机理主要归因于(1)少量的纳米碳酸钙具有微集料的填充效应。由于颗粒尺寸远小于水泥颗粒,并在浆体中具有良好的分散性,使水泥颗粒之间的细小空隙被填实,胶凝材料的颗粒级配变得更加合理,导致微观结构密实度增大。(2)纳米碳酸钙的晶核作用。

水泥基材料的力学性能往往受到界面薄弱区的影响,而纳米碳酸钙的掺入使界面过度区的水化产物,以及不均匀的微观结构得到显著的改善,减少了薄弱区的孔隙率和裂缝数量,从而达到优化的效果。这就表示,纳米碳酸钙可以有效的改善水泥材料的微观结构,并增强水泥基材料的力学性能,特别是在调控水泥水化性能和提高耐久性等方面具有显著的优势,有利于克服水泥基材料自身存在的技术缺点。此外,纳米碳酸钙低廉的价格,符合施工单位的经济发展需求,因此具有较为广阔的应用前景。

1.2混凝土材料

1.2.1环境特点

基于气候条件不同,在选择墙体材料时,北方建筑与南方建筑存在较大的差异。比如,北方建筑所需的混凝土主要以高强度塑料聚苯乙烯作为骨料,多种胶凝材料和各类外加剂混合,经自然养护等其他养护方式制作而成。

1.2.2操作难题

在超高层建筑施工过程中,想要使用混凝土材料,需要优选高质量的混凝土,做好配比工作。并关注混凝土的泵送灌输工艺,比如,超高泵送混凝土技术一般是指泵送高度超过200m的现代混凝土泵送技术。对于高度大于200m的高标号混凝土超高层泵送来说,混凝土强度高、黏度大,因此泵送压力较高,泵送施工尤其困难,给整个施工浇筑过程带来一系列有待探讨的技术难题。实际上,不断研究高标号混凝土的超高泵送技术,对于提高超高层建筑施工质量及施工效率具有相当高的实用价值和经济意义。

1.2.3工程实例

以哈利法塔的施工工作为例,该工程采用3台高压泵,将混凝土输送到工人操作的高处。为了将C80高强度的混凝土输到570m以上的高度,并且不影响混凝土的基本性能,建造商用4台巨大的混凝土搅拌机,快速地制作混凝土。随着国内超高层建筑的兴建,我国的高层建筑技术将会提高到一个新的水平。

1.3钢材料

高强高性能钢材凭借其自身较轻的自重与较小的体积,为建筑施工工作创造出了更多的净使用空间,这在多高层建筑中有着突出的优势。也正因为如此,国内外的多高层建筑在选用材料时,也更多地选择使用高强高性能的钢材。

比如,悉尼StarCity是高强钢材应用较为成功的工程之一,该工程包括酒店、娱乐城以及大型剧院,一共13层,内部构造比较复杂。地下室建造条件特殊,对钢材的刚硬度和承重能力有一定要求。停车场内的柱子截面最大不超过500mm。截面如果比较小,那么单位面积内它所承受的压力就会比大截面的要大的多。这就要求柱子本身承受荷载的能力要相当大才行,因此采用了高强钢和混凝土组合柱是一种很好的解决办法,其中的钢材用的是650MPa的高强度钢材。在使用这种材料时,要结合工程建设需求,及时绘制施工图纸,确定施工的各项参数信息。

2.高性能结构材料的应用注意事项

高性能结构材料在存储方式和使用方法上,都与传统材料有较大的区别,需要施工单位在内部做好施工管理工作。具体应当关注以下几个方面的问题:

2.1环保问题

新时期城市发展比较关注环境保护的问题,建筑施工过程中的噪音、灰尘都是需要处理的关键问题之一。基于此,施工单位应当在内部积极提高员工的环境保护意识,并重点对需要引进的施工材料及设备进行分类,优选具有绿化环保属性的材料。此外,由于高性能结构材料与普通材料相比,成本较高,因此还需要科学预估材料的使用量,合理确定采购量,做好资金预算管理工作。

2.2质量问题

在高性能结构材料入场后,应做好质量检查,并将暂时不使用的材料存入仓库当中。针对材料的性质做好存储管理,比如,钢材料不宜存储在潮湿环境中,且材料不能直接放置在地面上。同时,应在施工完成后进行全面的质量检查,排除施工安全隐患。并定期做好建筑物的维修及保养工作,发挥出材料的使用价值,延长材料的使用寿命。

2.3操作问题

在应用高性能材料时,需要制定工作计划,明确超高层建筑的施工流程,然后考察施工人员的技术操作能力,规范施工行为。避免由于人为操作不当,造成材料浪费的问题。此外,如何将不同材料合理搭配在一起,并创新超高层建筑的施工方法,降低施工难度,就是施工人员新时期主要的研究方向,也是影响施工行业可持续发展状态的关键环节。

结语:纳米材料、混凝土材料和钢材料的种类都在不断更新,主要是通过改变材料性能,提升材料的使用价值。而高性能结构材料的操作难度较大,对存储管理要求也比较高。同时,需要施工单位落实环境保护理念,根据施工实际需求,对材料进行合理的选择。然后,关注入场材料的质量问题,做好对施工人员的技术交底工作,合理发挥出材料的使用价值,确保超高层建筑物的顺利建成。

参考文献:

[1]季建强.高性能结构材料在现代工程结构中的应用分析[J].建筑·建材·装饰,2018,(15):167-171.

[2]邵方诚.新型GHPFRCC材料在高层建筑中的应用[J].建筑工程技术与设计,2018,(15):2134.

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