淺談高性能混凝土的發(fā)展

劉 攀

（重慶交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 重慶 400074）

淺談高性能混凝土的發(fā)展

劉 攀

（重慶交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 重慶 400074）

本文首先現(xiàn)介紹了高性能混凝土的定義，然后闡述了高性能混凝土的性能及其應(yīng)用進(jìn)展，最后提出了高性能混凝土存在的問題，并展望了其發(fā)展方向。

高性能混凝土；性能；發(fā)展

0 引言

至波特蘭水泥問世以來，水泥混凝土已有近200年的使用歷史。由于其良好的綜合性能，是目前建筑行業(yè)使用最廣泛的材料。但是，最初人們過分注重混凝土強(qiáng)度的提高，卻忽視了其耐久性，導(dǎo)致其耐久性往往達(dá)不到使用要求，進(jìn)而增大維修或重建成本，也影響去結(jié)構(gòu)的使用壽命。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，研究者為了克服混凝土耐久性不足的問題，進(jìn)一步提高混凝土的使用壽命，在上世紀(jì)80年代末90年代初，人們提出了一種新型混凝土——高性能混凝土，它是一種集高強(qiáng)度、高耐久性與高工作性于一體的新型混凝土。和普通混凝土相比，高性能混凝土大幅提高了混凝土的各項(xiàng)工作性能，如強(qiáng)度、工作性、耐久性和體積穩(wěn)定性等。因此，高性能混凝土必將是今后混凝土技術(shù)的發(fā)展方向。

1 高性能混凝土的定義

高性能混凝土自提出以來，各國(guó)研究者對(duì)其進(jìn)行了大量的研究和應(yīng)用工作。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)高性能混凝土尚無統(tǒng)一的定義0。

美國(guó)和加拿大等學(xué)者認(rèn)為，高性能混凝土不僅具備高強(qiáng)度，還應(yīng)具有高耐久性以及優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性和抗?jié)B性等性能。歐洲學(xué)者認(rèn)為，通過高效減水劑降低水灰比，利用硅粉或微填充料填充空隙，采用新型水泥，在一定壓力作用下普通混凝土可變?yōu)楦咝阅芑炷痢Ｈ毡緦W(xué)者則認(rèn)為，高性能混凝土就是自密實(shí)、高流態(tài)、免振的混凝土，他們把高流態(tài)、高強(qiáng)和超高強(qiáng)作為高性能混凝土的特性。近年來，美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)又發(fā)表了一個(gè)新的定義：高性能混凝土是一種具有特殊性能組合和均勻性要求的混凝土，通常不能僅采用傳統(tǒng)混凝土原材料組分和常規(guī)的攪拌、澆筑和養(yǎng)護(hù)方法所能獲得。吳中偉定義高性能混凝土為：一種高技術(shù)新型混凝土，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)不同的用途要求，保證結(jié)構(gòu)的耐久性、工作性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)合理性。中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)高強(qiáng)與高性能混凝土委員會(huì)將高性能混凝土定義為以耐久性和可持續(xù)發(fā)展為基本要求并適合工業(yè)化生產(chǎn)施工的混凝土。

2 高性能混凝土的性能

2.1 力學(xué)性能

高性能混凝土的力學(xué)性能各有特點(diǎn)。其中，纖維混凝土顯著地提混凝土的抗壓、抗拉、抗沖擊韌性等性能；活性粉末混凝土集高強(qiáng)混凝土和纖維混凝土的優(yōu)勢(shì)于一體，強(qiáng)度高且低脆性、高抗拉；輕骨料混凝土使用輕骨料代替普通骨料，在保持高強(qiáng)度基礎(chǔ)上，大大降低混凝土的結(jié)構(gòu)自重。

2.2 體積穩(wěn)定性

高性能混凝土由于在原材料選擇與配比方面充分考慮了避免各種影響體積穩(wěn)定性的因素，其彈性模量高，變形小，具體為收縮與徐變小、溫度影響小。

2.3 工作性能

在改善工作性能方面，自密實(shí)混凝土得到了廣泛應(yīng)用，通過各原材料如膠凝材料、粗細(xì)骨料及外添加劑等拌合后，在自重作用下有很好的流動(dòng)性，能填充滿模板，使膠凝材料能夠充分包裹骨料，從而達(dá)到均勻且密實(shí)的結(jié)構(gòu)0。這種混凝土結(jié)構(gòu)粗骨料不易離析，且混凝土表面不泌水。

2.4 耐久性能

高性能混凝土相較于普通混凝土，其具有良好的抗凍性、抗?jié)B性、抗離析、抗泌水及抗化學(xué)腐蝕性能0，這是由于高性能混凝土具有較高的密實(shí)性和抗?jié)B性。因此，高性能混凝土的Cl-滲透率，也明顯低于普通混凝土。所有這些因素都有利于高性能混凝土耐久性的提高。

總而言之，高性能混凝土的各項(xiàng)工作指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)都可以滿足結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、安全性、適用性和耐久性。其各種工作性能均良好，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性，延長(zhǎng)使用年限。從短期看，雖然高性能混凝土費(fèi)用較高，但從長(zhǎng)期來說，高性能混凝土的應(yīng)用具有很大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 高性能混凝土的發(fā)展應(yīng)用

高性能混凝土由于具諸多優(yōu)良特性，被認(rèn)為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在橋梁、高層建筑、海上建筑等工程中顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性。

1986年，挪威開始對(duì)高性能混凝土進(jìn)行研究并廣泛應(yīng)用于橋梁工程。同時(shí)，挪威還是唯一采用高強(qiáng)度高性能混凝土修筑公路路面的國(guó)家，明顯提高了路面的耐磨性。1991～1997年，瑞典政府和企業(yè)聯(lián)合出資5200萬克朗，實(shí)施高性能混凝土研究的國(guó)家計(jì)劃。1996年，法國(guó)進(jìn)行了為期4年的“高性能混凝土2000”國(guó)家項(xiàng)目的研究，對(duì)高性能混凝土材料設(shè)計(jì)、耐久性及工程性能進(jìn)行廣泛的研究。1998年，美國(guó)西雅圖雙聯(lián)合廣場(chǎng)大樓的柱子采用 C135混凝土，其 28天抗壓強(qiáng)度達(dá)119MPa。此外，日本的明石海峽大橋、荷蘭的東謝爾得擋潮閘工程、美國(guó)芝加哥311瓦克大樓、法國(guó)西沃核電站、英吉利海峽隧道襯里等都有高性能混凝土的應(yīng)用。

1992年清華大學(xué)著手研究高性能混凝土，并取得重大研究成果。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，如杭州灣跨海大橋、青馬大橋、三峽工程、東海大橋、蘇通大橋、遼寧物產(chǎn)大廈、南京有點(diǎn)中心等。上海東方明珠電視塔、深圳帝王大廈、上海新世界廣場(chǎng)以及上海金茂大廈等工程均采用了C60～85等級(jí)的高性能混凝土；北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)，在柱、梁、板等結(jié)構(gòu)中使用C60高性能混凝土超過150000m3。在2008年開始的高速鐵路建設(shè)中，許多重要的工程結(jié)構(gòu)都應(yīng)用了高性能混凝土，其在鐵路建設(shè)中發(fā)揮了巨大的作用。

4 高性能混凝土存在的問題及發(fā)展方向

高性能混凝土在發(fā)展和使用過程中，其優(yōu)點(diǎn)明顯，但也存在缺點(diǎn)。如低水膠比會(huì)引起混凝土的自收縮，引起高性能混凝土早期開裂。高性能混凝土組分多，其性能對(duì)原材料敏感性大，因此，如何正確選擇和使用高效減水劑及礦物超細(xì)粉至關(guān)重要。此外，現(xiàn)階段們往往憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)，然后再試驗(yàn)調(diào)整，缺乏相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)程。

今后高性能混凝土的發(fā)展方向主要有綠色高性能混凝土和超高性能混凝土等。綠色高性能混凝土代表了能源消耗少，對(duì)自然環(huán)境的污染和破壞少，對(duì)廢棄物的回收利用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。超高性能混凝土具有很高的強(qiáng)度和密實(shí)性，同時(shí)，超高性能混凝土也是耐久性最好的混凝土材料，適當(dāng)配筋后，超高性能混凝土的力學(xué)性能甚至可以接近鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，同時(shí)還具有良好的抗爆和耐磨性能。因此，特別適合用于大跨度橋梁工程、抗爆結(jié)構(gòu)以及高磨蝕、高腐蝕環(huán)境。

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