高性能混凝土研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景

天津市發(fā)展散裝水泥管理中心 300070

摘要：本文闡述了高性能混凝土產(chǎn)生的背景和優(yōu)越的性能，介紹了高性能混凝目前的研究現(xiàn)狀以及存在的問題，并對(duì)高性能混凝土的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土；研究現(xiàn)狀；發(fā)展前景

高性能混凝土（High Performance Concrete，簡寫為HPC）是20世紀(jì)80年代末90年代初，一些發(fā)達(dá)國家基于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)提出的一種全新概念的混凝土，它以耐久性為首要設(shè)計(jì)指標(biāo)，具有高耐久性、高工作性、高強(qiáng)度和高體積穩(wěn)定性等許多優(yōu)良特性，被認(rèn)為是目前全世界性能最為全面的混凝土。至今，高性能混凝土已在不少重要工程中被采用，特別是在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程中顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性，在工程安全使用期、經(jīng)濟(jì)合理性、環(huán)境條件的適應(yīng)性等方面產(chǎn)生了明顯的效益，因此被各國學(xué)者所接受，被認(rèn)為是今后混凝土技術(shù)的發(fā)展方向。

一、高性能混凝土產(chǎn)生的背景

傳統(tǒng)的混凝土已有近200年的歷史，是近代使用最廣的建筑材料，也是當(dāng)前最大宗的人造材料。近百年來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，各種超長、超高、超大型混凝土構(gòu)筑物，以及在嚴(yán)酷環(huán)境下使用的重大混凝土結(jié)構(gòu)，如高層建筑、跨海大橋、海底隧道、海上采油平臺(tái)、核反應(yīng)堆、有毒有害廢物處置工程等的建造需要在不斷增加。這些混凝土工程施工難度大，使用環(huán)境惡劣、維修困難，因此要求混凝土不但施工性能要好，盡量在澆筑時(shí)不產(chǎn)生缺陷，更要耐久性好，使用壽命長[1]。

混凝土作為用量最大的人造石，不能不考慮它的使用對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。傳統(tǒng)混凝土的原材料都來自天然資源，由于它的用量龐大，過度開采礦石和砂、石骨料已在不少地方造成資源破壞并嚴(yán)重影響環(huán)境和天然景觀。另一方面，由于混凝土過早劣化，如何處置費(fèi)舊工程拆除后的混凝土垃圾也給環(huán)境帶來威脅。實(shí)踐證明綠色混凝土可以徹底解決城市垃圾和污泥問題，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)零污染最為有效的途徑[2]。

因此，未來的混凝土必須從根本上減少水泥用量，更多地利用各種工業(yè)廢渣作為其原材料；充分考慮廢棄混凝土的再生利用。未來的混凝土必須是高性能的，尤其是耐久的。耐久和高強(qiáng)都意味著節(jié)約資源。因此，對(duì)高性能混凝土需要進(jìn)一步的研究。

二、高性能混凝土的性能

與普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下獨(dú)特的性能：

1.耐久性。高效減水劑和礦物質(zhì)超細(xì)粉的配合使用，能夠有效的減少用水量，減少混凝土內(nèi)部的空隙，能夠使混凝土結(jié)構(gòu)安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土應(yīng)用的主要目的。

2.工作性。坍落度是評(píng)價(jià)混凝土工作性的主要指標(biāo)，HPC的坍落度控制功能好，在振搗的過程中，高性能混凝土粘性大，粗骨料的下沉速度慢，在相同振動(dòng)時(shí)間內(nèi)，下沉距離短，穩(wěn)定性和均勻性好。同時(shí)，由于高性能混凝土的水灰比低，自由水少，且摻入超細(xì)粉，基本上無泌水，其水泥漿的粘性大，很少產(chǎn)生離析的現(xiàn)象。

3.力學(xué)性能。由于混凝土是一種非均質(zhì)材料，強(qiáng)度受諸多因素的影響，水灰比是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素，對(duì)于普通混凝土，隨著水灰比的降低，混凝土的抗壓強(qiáng)度增大，高性能混凝土中的高效減水劑對(duì)水泥的分散能力強(qiáng)、減水率高，可大幅度降低混凝土單方用水量。在高性能混凝土中摻入礦物超細(xì)粉可以填充水泥顆粒之間的空隙，改善界面結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實(shí)度，提高強(qiáng)度。

4.經(jīng)濟(jì)性。高性能混凝土較高的強(qiáng)度、良好的耐久性和工藝性都能使其具有良好的經(jīng)濟(jì)性。高性能混凝土良好的耐久性可以減少結(jié)構(gòu)的維修費(fèi)用，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，收到良好的經(jīng)濟(jì)效益；高性能混凝土的高強(qiáng)度可以減少構(gòu)件尺寸，減小自重，增加使用空間。

三、高性能混凝土的研究現(xiàn)狀

高性能混凝土目前的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：

1.對(duì)高性能混凝土原材料的選擇及研制。

對(duì)于水泥，目前尚采用以往的常規(guī)傳統(tǒng)水泥制備高性能混凝土，但為了與外加劑相容性良好，多采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，且C3A含量應(yīng)降低。隨著對(duì)高性能混凝土性能要求的不斷提高，世界各國正致力于研制生產(chǎn)新型高性能水泥，如球狀水泥、調(diào)粒水泥、活化水泥等一些新型水泥研制成功，比普通水泥具有優(yōu)越的物理力學(xué)性能，可使混凝土具有良好的工作性和耐久性，并且符合高性能混凝土的需要。

高性能混凝土離不開外加劑和礦物摻合料，為此，世界各國也大力研究開發(fā)了高性能外加劑及優(yōu)質(zhì)礦物摻合料。如萘系、多羧酸系、三聚氰胺系及氨基磺酸系等系列高效減水劑，AE型引氣劑等。這些外加劑的出現(xiàn)使高性能混凝土高工作性、高耐久性的實(shí)現(xiàn)成為可能。礦物摻合料也是高性能混凝土不可缺少的組分，目前已出現(xiàn)了專門用以制備高性能混凝土的高效優(yōu)質(zhì)復(fù)合型礦物摻合料。

此外，各國對(duì)制備高性能混凝土所需的粗、細(xì)骨料要求也逐步規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)也出現(xiàn)了用輕骨料配制的高性能輕混凝土。

2.高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的研究。

高性能混凝土設(shè)計(jì)目標(biāo)首先是高耐久性，并兼顧工作性與強(qiáng)度。為此，世界各國學(xué)者均提出了各自的有關(guān)高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)方法。高性能混凝土對(duì)原材料質(zhì)量及配合比參數(shù)變化都較敏感，故配合比計(jì)算的精確度要求較高，為此，世界各國學(xué)者研究了高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)化.

3.有關(guān)高性能混凝土性能及評(píng)價(jià)方法的研究。

高性能混凝土具有優(yōu)于普通混凝土的高工作性、高耐久性及良好的力學(xué)性能。這些高性能若仍采用傳統(tǒng)的普通混凝土性能評(píng)價(jià)方法，顯然是不合適的。各國學(xué)者針對(duì)這一問題進(jìn)行了廣泛的研究。對(duì)高性能混凝土的高流動(dòng)性評(píng)價(jià)，各國學(xué)者在流變學(xué)研究的基礎(chǔ)上，提出了多種評(píng)價(jià)方法，如V形漏斗試驗(yàn)、環(huán)貫入試驗(yàn)、圓筒貫入試驗(yàn)、充填性試驗(yàn)等方法。

四、高性能混凝土發(fā)展和應(yīng)用中所面臨的問題

在高性能混凝土的應(yīng)用過程中也存在一些問題，在高性能混凝土的原材料方面，我國水泥質(zhì)量不穩(wěn)定，離散性大；在骨料方面，粗骨料質(zhì)量低劣，含泥量大，級(jí)配較差，細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)不合要求；在外加劑和外摻料的選擇上，尚缺乏充分的適用性的研究。在高性能混凝土的施工過程中，施工人員的技術(shù)水平有限，養(yǎng)護(hù)措施不到位，使HPC的密實(shí)性和質(zhì)量不穩(wěn)定；在高性能混凝土的耐久性方面，由于高性能混凝土微管中水分的蒸發(fā)與凝聚而產(chǎn)生的收縮，使混凝土表面產(chǎn)生裂縫，這對(duì)HPC的抗碳化、抗凍融循環(huán)作用以及抗氯離子擴(kuò)散等都是不利的；在高性能混凝土的設(shè)計(jì)方面，由于高性能混凝土的后期強(qiáng)度增長不及普通混凝土，而且脆性大，需要特別注意。

五、高性能混凝土的發(fā)展前景

吳中偉[3]等提出了綠色混凝土的概念，在高性能混凝土的基礎(chǔ)上增加了三個(gè)含義：1、節(jié)約資源、能源；2、不破壞環(huán)境，更有利于環(huán)境；3、可持續(xù)發(fā)展，既要滿足當(dāng)代人的需求，又不危害后代人滿足其需要的能力。隨著高性能混凝土的開發(fā)和應(yīng)用，建筑對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響正引起社會(huì)的關(guān)注。大力開展綠色高性能混凝土的研究和應(yīng)用高性能混凝土，具有普通混凝土無法比擬的優(yōu)良性能，對(duì)混凝土的發(fā)展將起重要作用，并為高性能混凝土的發(fā)展指明了非常明確的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]廉慧珍，閻培渝.21世紀(jì)的混凝土及其面臨的幾個(gè)問題

[2]張射墟，黃祖華.生態(tài)水泥的特性與應(yīng)用[J].中國建材，2002，（1）：36-37

[3]吳中偉.高性能混凝土――綠色混凝土[J].混凝土與水泥制品，2000，（1）：3-6