高性能混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

【摘 要】高性能混凝土由于其優(yōu)良的性能已成功地推廣應(yīng)用到三峽工程、青藏鐵路、南水北調(diào)、首都機(jī)場(chǎng)新航站樓等多個(gè)重點(diǎn)國(guó)家工程中，受到了人們的特別關(guān)注。本文闡述了高性能混凝土的概念和配制特點(diǎn)，介紹了高性能混凝土的優(yōu)越性能，并分析了目前高性能混凝土的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，預(yù)測(cè)了高性能混凝土的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】高性能混凝土；耐久性；水灰比

引言

混凝土是當(dāng)今世界上用量最大的建筑材料，廣泛地應(yīng)用于建工、鐵路、公路、水利、港口等行業(yè)的重要工程和基礎(chǔ)設(shè)施，它給人類帶來(lái)了巨大的物質(zhì)文明，為人類社會(huì)的發(fā)展立下了汗馬功勞。但隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑工程的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，所承受的荷載越來(lái)越大，工程所處的環(huán)境越來(lái)越嚴(yán)酷，傳統(tǒng)的普通混凝土由于耐久性不足、維修費(fèi)用高、使用壽命短等原因已越來(lái)越不能滿足要求，而且傳統(tǒng)混凝土的生產(chǎn)和使用都要大量的消耗資源和能源，環(huán)境污染也很嚴(yán)重，因此，研究和應(yīng)用高性能混凝土勢(shì)在必行。

1.高性能混凝土的概念及配制特點(diǎn)

1.1高性能混凝土的概念

“高性能混凝土”一詞最初是由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）與美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)（ACI）于1990年在美國(guó)馬里蘭州召開(kāi)的混凝土討論會(huì)上提出。我國(guó)著名水泥混凝土專家、中國(guó)工程院院士吳中偉教授提出：高性能混凝土是一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土。它以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，針對(duì)不同用途要求，對(duì)下列性能重點(diǎn)予以保證：耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性[1] 。

1.2高性能混凝土的配制特點(diǎn)

由于高性能混凝土在耐久性、工作型、體積穩(wěn)定性等諸多方面的要求都要優(yōu)于普通混凝土[2]，因此在高性能混凝土的配制方法上也與普通混凝土有著較為明顯的區(qū)別，其突出的特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

1）大量活性礦物摻料的摻入。常摻入的活性礦物細(xì)粉有粉煤灰，硅灰和磨細(xì)的礦渣。這些超細(xì)礦物摻料，其平均粒徑小于水泥粒子的平均粒徑，能填充于水泥粒子之間的空隙中，使水泥石結(jié)構(gòu)更為致密，并阻斷可能形成的滲透路。

2）低水灰比（水膠比）在混凝土能充分密實(shí)條件下，水灰比低，混凝土單位用水量少了，混凝土在凝結(jié)硬化時(shí)由于水分蒸發(fā)和泌水形成的孔隙少，滲水通道也少，混凝土的密實(shí)度提高，強(qiáng)度和抗?jié)B性都能大大提高，從而可使混凝土有良好的耐久性。

3）高效外加劑的加入 外加劑的主要功能是改善新拌混凝土和硬化混凝土的性能。用于高性能混凝土的外加劑有減水劑、緩凝劑、引氣劑等，其中高效減水劑使得混凝土的水灰比能降得很低卻仍可有很好的工作性[3]。在保證混凝土拌和物所需流動(dòng)性的同時(shí)，盡可能降低用水量，減小水灰比，使混凝土的總孔隙，特別是毛細(xì)管孔隙率大幅度降低。水泥在加水?dāng)嚢韬?，?huì)產(chǎn)生一種絮凝狀結(jié)構(gòu)。在這些絮凝狀結(jié)構(gòu)中，包裹著許多拌和水，從而降低了新拌混凝土的工作性。

2.高性能混凝土的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀

關(guān)于高性能混凝土的研究早在上世紀(jì)90年代就開(kāi)始了，其中美國(guó)、日本等國(guó)家在高性能混凝土配制方法、耐久性能檢驗(yàn)方法和提高混凝土耐久性技術(shù)途徑方面進(jìn)行了大量的研究，并在橋梁、碼頭等易腐蝕結(jié)構(gòu)中成功地應(yīng)用了外摻活性摻合料的高性能混凝土。我國(guó)高性能混凝土的研究發(fā)展也較快。清華大學(xué)于1992年開(kāi)始進(jìn)行有關(guān)高性能混凝土的研究，并得到各部門的重視與支持，1994年～1997年由國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、國(guó)家建設(shè)部、國(guó)家鐵道部及國(guó)家建材局聯(lián)合資助一項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“高強(qiáng)與高性能混凝土材料的結(jié)構(gòu)與力學(xué)性態(tài)研究”，項(xiàng)目由清華大學(xué)主持，有鐵道科學(xué)研究院、中國(guó)建材科學(xué)研究院、原重慶建筑大學(xué)、東南大學(xué)共同承擔(dān)，成果卓著。在“九五”期間，國(guó)家計(jì)委、國(guó)家科技部安排了重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“重點(diǎn)工程混凝土安全性的研究”，一大批專家對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了跨行業(yè)、跨部門的聯(lián)合攻關(guān)，重點(diǎn)對(duì)混凝土耐久性及高性能混凝土進(jìn)行了系統(tǒng)研究，取得了大量成果。近年來(lái)，我國(guó)許多重大工程中都不同程度應(yīng)用了高性能混凝土。2000～2003年期間，由中國(guó)工程院土木建筑學(xué)部國(guó)家建設(shè)部科技司組織，清華大學(xué)陳肇元教授主持下，國(guó)內(nèi)有關(guān)專家討論制定了“混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南”擬將對(duì)高性能混凝土應(yīng)用與發(fā)展起到不小的推動(dòng)作用。1995年～1997年，中國(guó)最高、世界第三高的上海金茂大廈（總高420.5m），采用了C40、C50、C60高性能混凝土，采用泵送施工，并創(chuàng)下一次泵送到382.5m高度的世界紀(jì)錄。目前，高性能混凝土技術(shù)已推廣應(yīng)用到三峽工程、青藏鐵路、南水北調(diào)、田灣核電站、首都機(jī)場(chǎng)新航站樓、煤礦建井等多個(gè)重點(diǎn)國(guó)家工程中，并取得了顯著成績(jī)。例如位于上海深水港的東海大橋南起浙江崎嶇列島小洋山島的深水港區(qū)，北至上海南匯蘆潮港的海港新城，跨越杭州灣北部海域，全長(zhǎng)31公里，是我國(guó)較為罕見(jiàn)的大型海洋工程，它連接港區(qū)和大陸的集裝箱物流輸送動(dòng)脈，對(duì)上海深水港的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起到不可或缺的支撐保障作用，為保證東海大橋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，工程采取了以高性能混凝土技術(shù)為核心的綜合耐久性技術(shù)方案。工程采用采用高性能海工混凝土，由于高性能海工混凝土較高的抗氯離子滲透性為特征，其優(yōu)異的耐久性和性能價(jià)格比已受到國(guó)際上研究和工程界的認(rèn)同。其技術(shù)途徑是以優(yōu)質(zhì)混凝土礦物摻和料和新型高效減水劑復(fù)合，配以與之相適應(yīng)的水泥和級(jí)配良好的粗細(xì)骨料，形成低水膠比，低缺陷，高密實(shí)、高耐久的混凝土材料。

3.高性能混凝土應(yīng)用存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

3.1 存在的問(wèn)題

1）坍落度損失大 高性能混凝土的坍落度在摻加超塑化劑后的流動(dòng)度可大大提高，可以由初始坍落度5 cm 增加到20 cm ，但這種大坍落度只能保持十幾分鐘，此后坍落度逐漸減少，至1 h 左右便可能減少到初始坍落度，這種超塑化劑只能在工地添加拌制成流動(dòng)混凝土，否則會(huì)因坍落度減少給工程施工帶來(lái)困難并影響工程質(zhì)量。

2）早期收縮大 由于當(dāng)前的高性能混凝土具有水膠比低、膠凝材料用量大、粗骨料用量較少、粉體含量多、且摻加了各種類型外加劑等原因，高性能混凝土的凝結(jié)硬化過(guò)程有所不同，使得其早期收縮比較大，且抗裂性差。在水灰比（水膠比）降低、泌水減少的同時(shí)，混凝土表面向外蒸發(fā)的水分得不到補(bǔ)充，塑性收縮開(kāi)裂的現(xiàn)象隨之加劇，因此及早開(kāi)始覆蓋和濕養(yǎng)護(hù)非常必要。

3）評(píng)價(jià)方法不足 高性能混凝土以耐久性為主進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，為了保證其向高工作性、高體積穩(wěn)定性、高強(qiáng)和高耐久性的方向均衡發(fā)展由此產(chǎn)生了許多先進(jìn)技術(shù)，如摻加合成纖維技術(shù)、復(fù)合摻合料技術(shù)、減縮外加劑技術(shù)等.但是關(guān)于高性能混凝土的耐久性測(cè)試和評(píng)價(jià)技術(shù)還不能滿足要求，同時(shí)缺乏配套的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、施工和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，致使高性能混凝土的推廣應(yīng)用受到了一定限制。

3.2 高性能混凝土的發(fā)展趨勢(shì)

高性能混凝土由于具有高工作性能、高體積穩(wěn)定性、高強(qiáng)、高耐久性和安全性等優(yōu)良性能，發(fā)展前景十分廣闊，是未來(lái)混凝土產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向和必然趨勢(shì)[5]。目前高性能混凝土技術(shù)已推廣應(yīng)用到三峽工程、青藏鐵路、南水北調(diào)、田灣核電站、首都機(jī)場(chǎng)新航站樓、煤礦建井等多個(gè)國(guó)家重點(diǎn)工程中，并取得了顯著成績(jī)。綜合高性能混凝土發(fā)展的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，筆者認(rèn)為高性能混凝土將向以下幾個(gè)方面發(fā)展：

1）提高混凝土拌合物的早期抗裂性能、降低混凝土的早期收縮。

2）進(jìn)一步完善高性能混凝土耐久性的評(píng)價(jià)技術(shù)和方法。

3）復(fù)合礦物摻合料的量將加大

參考文獻(xiàn)：

[1]吳中偉， 廉慧珍. 高性能混凝土. 北京：中國(guó)鐵道出版社，1999.

[2]冷發(fā)光，田冠飛，張仁瑜，丁威 . 綠色高性能混凝土現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì). 第三屆國(guó)際智能、綠色建筑與建筑節(jié)能大會(huì)智能與綠色建筑文集 ，2007.

[3]劉玉仙 張新華. 高性能混凝土應(yīng)用發(fā)展及配制技術(shù)[J]. 港工技術(shù)與管理， 2004（6）.

[4]楊善勤. 淺談高性能混凝土耐久性的特點(diǎn)以及應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2007（7）.

[5]陳遠(yuǎn)春. 建筑工程施工工藝與新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊(cè)[M]北京：電子工業(yè)出版社，2000.[6] 冷發(fā)光， 邢鋒. 綠色建材和綠色高性能混凝土的開(kāi)發(fā). 建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2000（3）.

作者簡(jiǎn)介：

張晨霞，女，1979.6生，漢族，內(nèi)蒙古烏盟人，講師，碩士，研究方向：建筑材料。