高性能混凝土研究與發(fā)展趨勢

李輝　謝鑫

摘 要：文章介紹了高性能混凝土的研究背景、定義、主要組成，并論述了高性能混凝土良好的耐久性、工作性、體積穩(wěn)定性等性能，提出了高性能混凝土發(fā)展中存在的若干問題，并由此分析了高性能混凝土的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土；發(fā)展趨勢

1 高性能混凝土的研究背景

混凝土結(jié)構(gòu)自19世紀(jì)中期開始應(yīng)用以來，憑借其材料利用合理，整體性好等優(yōu)點已成為世界各國占主導(dǎo)地位的結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地，混凝土也已成為房屋建筑，道路橋梁等工程結(jié)構(gòu)的首選材料。隨著近些年來工業(yè)化，城市化的發(fā)展，為了滿足現(xiàn)代生活的需要，工程結(jié)構(gòu)正逐漸向超高層，大跨度，結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化方向發(fā)展，高性能混凝土應(yīng)運而生。

在上個世紀(jì)九十年代初，美國首先公開定義了高性能混凝土。它由高強混凝土逐漸發(fā)展過來，更加強調(diào)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，是一種全新的混凝土類型，在工程經(jīng)濟，節(jié)能環(huán)保等方面有重大意義。

2 高性能混凝土的定義

各國各學(xué)派對高性能混凝土研究的側(cè)重點不同，提出的高性能混凝土的定義也有差異。美國一些學(xué)者認(rèn)為具有易于澆筑，早期強度高，耐久性好，使用壽命長等特點的混凝土即可稱之為高性能混凝土。這種混凝土一般用于對材料要求較為嚴(yán)格的工程結(jié)構(gòu)；日本一些學(xué)者認(rèn)為高強，超高強和高流態(tài)是高性能混凝土的最大特點。還有學(xué)派則強調(diào)高性能混凝土須自流平，免振自密實；中國的馮乃謙教授強調(diào)高性能混凝土的耐久性，能保證混凝土結(jié)構(gòu)有較長的設(shè)計使用壽命。吳中偉院士則認(rèn)為高性能混凝土最大特點是采用了新型高效減水劑和礦物質(zhì)超細(xì)粉，并且對原材料采用了嚴(yán)格的控制，大大地提高了普通混凝土的性能。

3 高性能混凝土的主要組成

3.1 高性能水泥

主要是硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥。另外國內(nèi)外也出現(xiàn)了各種需水量低，但仍能保持一定的坍落度的新型水泥，如球狀水泥，活化水泥等。

3.2 礦物質(zhì)超細(xì)粉

包括硅粉、超細(xì)礦渣、超細(xì)粉煤灰等，能改善混凝土的流動性，提高強度和耐久性，是高性能混凝土不可或缺的組成成分。

3.3 新型高效減水劑

如氨基磺酸系高效減水劑和多羧酸系高效減水劑。不同于一般的萘系高效減水劑，它們能更好的控制混凝土的坍落度損失。

3.4 骨料

一般選用花崗巖、石灰?guī)r等骨料。要求級配和物理力學(xué)性能良好，且是無堿活性骨料。

4 高性能混凝土的性能

4.1 耐久性

高效減水劑和超細(xì)粉摻料的運用，使高性能混凝土結(jié)構(gòu)致密，有害介質(zhì)不宜侵入，使高性能混凝土具有很長的使用壽命。

4.2 工作性

高性能混凝土用水量低，粘聚保水性好，很少發(fā)生離析，具有高流態(tài)和自密實性，坍落度損失小，施工質(zhì)量易于保證。

4.3 力學(xué)性能

由于高效減水劑和超細(xì)礦物粉的使用，提高了混凝土的均勻致密性，而且高性能混凝土的水灰比小，高性能混凝土強度高。

4.4 體積穩(wěn)定性

高性能混凝土選用了高彈性模量和高強度的骨料，且水化熱較小，硬化后收縮變形小，體積穩(wěn)定性好。

4.5 經(jīng)濟性

較高的抗壓強度，能夠減輕結(jié)構(gòu)自重，降低工程造價，從而獲得較大的經(jīng)濟效益；可靠的耐久性大大地減少了工程結(jié)構(gòu)后期的維護(hù)修理費用，增加結(jié)構(gòu)的使用年限；良好的可泵性和自密實性有效地加快了施工速度，縮短了工期，減少了巨額費用。

5 高性能混凝土發(fā)展中存在的問題

雖然高性能混凝土具有優(yōu)良的性能，但至今主要以試驗研究為主，尚未在我國普遍使用。主要存在一下幾個問題：（1）高性能混凝土特別是高強度混凝土早期的收縮變形很大，造成早期混凝土開裂現(xiàn)象嚴(yán)重，影響了高性能混凝土耐久性。（2）高性能混凝土在后期階段其強度增長很小，而且脆性較大。（3）高性能混凝土對材料組成要求高，而國內(nèi)水泥質(zhì)量參差不齊，對骨料限制要求也不高，使得實際的混凝土性能不理想。（4）高性能混凝土中高效減水劑與水泥的相容性不理想，隨著水泥的水化，水泥漿體的流動損失過快。

6 高性能混凝土的發(fā)展趨勢

6.1 綠色高性能混凝土

綠色混凝土強調(diào)了混凝土的可持續(xù)發(fā)展，它采用綠色環(huán)保水泥，最大限度減少耗能，充分利用工業(yè)廢渣，最終達(dá)到節(jié)約資源，改善環(huán)境的目的。

6.2 清水混凝土

清水混凝土一次澆筑成型，無須剔鑿修補，減少了大量建筑垃圾，而且直接采用現(xiàn)澆混凝土表面作為裝飾面，無需使用涂料、飾面等化工產(chǎn)品，有利于環(huán)保。

6.3 普通混凝土高性能化

目前國內(nèi)常用的混凝土強度等級為20～50N/mm2，而高性能混凝土強度一般較高，許多優(yōu)越性能無法發(fā)揮，這大大地限制了高性能混凝土在工程中的應(yīng)用。隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，高性能混凝土強度下限應(yīng)調(diào)低，充分利用高性能混凝土的良好性能，以解決混凝土耐久性不足的問題。

7 結(jié)語

高性能混凝土是一種全新的混凝土，是未來混凝土發(fā)展的一個重要方向。

高性能混凝土利用再生骨料，經(jīng)濟合理，節(jié)能環(huán)保，改善環(huán)境，有利于混凝土的可持續(xù)發(fā)展，符合國家發(fā)展戰(zhàn)略，是普通混凝土發(fā)展的必然趨勢。

繼續(xù)加強對高性能混凝土各組成成分的研究，發(fā)展新品種，新技術(shù)，促進(jìn)高性能混凝土在實際工程中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[3] 李崇智，馮乃謙，李永德.現(xiàn)代高性能混凝土的研究與發(fā)展[J].建筑術(shù)，2003（01）.

作者簡介：李輝，男，本科，研究方向：土木工程；謝鑫，男，本科，研究方向：土木工程。