高性能混凝土的研究與應用及發(fā)展

耿恩朋

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西西安 710000)

0 引言

水泥混凝土因其材料來源廣、適用性強、抗壓強度高等特點而被普遍應用于建筑工程的各個領域，但是其耐久性卻十分令人擔憂。近些年來，隨著水泥混凝土用量的持續(xù)增多和人們對工程建筑的耐久性和可持續(xù)性要求呼聲的不斷提高，以耐久性為核心，針對性的提高混凝土部分性能的高性能混凝土應運而生。

1 高性能混凝土的定義

目前，各國學者對高性能混凝土的認識和理解并不統(tǒng)一，對高性能混凝土的定義也不盡相同。1990年5月在馬里蘭州的蓋瑟斯堡由美國ACI和NIST主辦的討論會上，定義高性能混凝土為具有所要求性能的均質混凝土，包括水泥混凝土的和易性、力學性能、耐久性等各個方面。吳中偉院士認為高性能混凝土是一種新型高技術混凝土，采用現(xiàn)代混凝土技術制作手段，大幅度提高普通混凝土的性能，同時，針對性的對不同的性能要求給予保證，如耐久性、施工性、適用性、強度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟性等。馮乃謙教授認為高性能混凝土是具有高流動性、高耐久性、高強度，強度等級應在C60或C50以上的混凝土。同濟大學孫振平教授認為凡是目前研究水平尚未達到或勉強達到人們期望的混凝土應該具有的性能都屬高性能混凝土。

高性能混凝土是普通混凝土發(fā)展的一個階段、一個目標，其是以提高混凝土耐久性為核心，根據(jù)混凝土不同的使用環(huán)境要求相應的提高混凝土對應的主要性能的混凝土。

2 高性能混凝土的優(yōu)勢

1)強度高。高性能混凝土一般都摻有礦物摻合料和外加劑，如硅粉、粉煤灰、礦粉、減水劑、引氣劑等，經(jīng)過國內外工程實際應用表明，適量、合適的摻加摻合料和外加劑可以提高混凝土的均勻性和密實性，對增強混凝土的強度、耐久性等性能有較顯著的作用。2)體積穩(wěn)定性好。普通混凝土的彈性模量為20 GPa～25 GPa，高性能混凝土由于外摻料的填充作用、凝膠作用等，其彈性模量可達40 GPa～45 GPa，并且外摻料還降低了水化反應速度和水化熱，縮小了混凝土硬化后期的收縮變形。3)耐久性好。高性能混凝土的水膠比較小，實踐應用中高性能混凝土的水膠比一般介于0.25～0.4之間。水膠比是影響混凝土耐久性的重要因素，實踐證明水膠比小于0.45的混凝土比大于0.45的混凝土具有更好的耐久性。4)自密實性。高性能混凝土的用水量低，粘聚保水性好，抗離析性能高，流動性好，具有較優(yōu)異的填充性，從而具有較小的孔隙率，自密實性好。此外高性能混凝土還具有水化熱低、收縮量小等優(yōu)點。以上是高性能混凝土具有的普遍性能優(yōu)勢，針對具體使用條件應選擇合適的高性能混凝土種類。

3 高性能混凝土的研究應用現(xiàn)狀

1)國外研究應用現(xiàn)狀。1994年，美國聯(lián)邦政府16個機構聯(lián)合提出了用高性能混凝土建設基礎設施的建議，建議在10年內投資2億美元進行高性能混凝土的研究和開發(fā)。美國NSF以每年200萬美元的經(jīng)費定期資助以西北大學為首的水泥基復合材料聯(lián)合研究中心對高性能混凝土進行研究。

法國于1986年開展了“混凝土新方法”和“高性能混凝土2000”的研究項目，進行高性能混凝土研究，并建成了示范工程。1996年，又組織了為期4年的國家研究項目“高性能混凝土2000”，投入經(jīng)費550萬美元。

日本學者認為高性能混凝土就是高流態(tài)、免振自密實的混凝土。自密實混凝土是指新拌混凝土具有高流動度而不離析、不泌水，能在不經(jīng)振搗或少振搗的情況下，完全依靠自身重力作用，充滿模板每一個角落，達到充分密實和最佳密實的混凝土。從自密實混凝土的高流動性和優(yōu)異的施工性來說，已被劃入高性能混凝土的范疇。

此外，瑞典1991年～1997年由政府和企業(yè)聯(lián)合出資5 200萬克朗，實施高性能混凝土研究的國家計劃。德國、挪威、加拿大等國家在高性能混凝土的研究上也投入很大。

2)國內研究應用現(xiàn)狀。我國清華大學于1992年開始進行高性能混凝土研究，1994年～1997年由國家自然科學基金、國家建設部等機構聯(lián)合資助“高強與高性能混凝土材料的結構與力學性態(tài)研究項目”，由清華大學、中國建材科學院等共同承擔，取得顯著成果。

吳中偉院士認為高性能混凝土不一定要高強度，C30混凝土也可以是高性能混凝土。目前，筑壩所用的混凝土等級最高只有C35。在水工大體積混凝土中防止混凝土水化熱開裂是非常重要的，而降低混凝土水化熱常用的手段則是摻加礦物摻合料，是防止混凝土水化熱開裂非常有效的方法。按部分學者對高性能混凝土的定義，其也屬于高性能混凝土的范疇。

由以上的研究應用現(xiàn)狀可知，高性能混凝土的應用已比較廣泛，對其的研究也取得了一定的成果，隨著建筑工業(yè)的發(fā)展，對其的要求和需求也會越來越多。2003年廖慧珍教授在總結高性能混凝土在我國推廣應用十幾年情況的基礎上認為:高性能混凝土不是混凝土的一個品種，而是工程結構耐久性的質量要求和目標，是能滿足不同工程要求性能和有勻質性的混凝土。

4 高性能混凝土發(fā)展存在的問題

高性能混凝土在應用過程中也存在一些問題。我國混凝土原材料各組分的質量不穩(wěn)定，離散性較大，造成高性能混凝土原材料選材的困難;施工人員的技術水平有限，施工、養(yǎng)護、管理措施不是很到位，使高性能混凝土的性能和質量不穩(wěn)定;目前，對高性能混凝土的研究主要還是以實驗室研究為主，但是室內試驗與實際工況相差較大，并且認識還不是很統(tǒng)一，沒有一個統(tǒng)一的摻合料和外加劑的摻用量標準，這不利于今后高性能混凝土的推廣應用。

5 結論與展望

水泥及水泥混凝土是建筑工業(yè)最主要和用量最大的原材料，水泥混凝土的性能和耐久性將直接決定著混凝土建筑的性能和耐久性，從而影響著混凝土建筑物在建造和運行過程中需要消耗的自然資源和能源。在這個人們日益重視生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的時代，建設節(jié)約型、環(huán)保型建筑是一個必然的趨勢。因此，以耐久性為核心，針對性的提高混凝土所需性能的高性能混凝土將成為我國乃至世界范圍內混凝土技術的主要發(fā)展方向。

［1］朱 艷.淺議高性能混凝土的發(fā)展與應用［J］.四川建材，2012，6(3):28-29.

［2］夏 春，王玲芬.高性能混凝土及其發(fā)展動向［J］.山東建材，2004，25(1):31-32.

［3］王江波，姜志威.高性能混凝土應用與發(fā)展概述［J］.建筑科學(科技創(chuàng)新導報)，2009(21):15-16.

［4］黃士元.高性能混凝土發(fā)展的回顧與思考［J］.混凝土，2003(7):39-41.

［5］冷發(fā)光，韓躍偉.高強和高性能混凝土的發(fā)展與應用以及對高性能混凝土的討論［J］.工業(yè)建筑，2000(30):11.

［6］張 敏，劉玉玲.淺談高性能混凝土的應用與發(fā)展現(xiàn)狀［J］.橋梁工程，2012(5):6-9.

［7］魏 東，王 嵩，胡海峰.C80高性能混凝土的研究與配制［J］.山西建筑，2012，38(13):139-140.