高性能混凝土領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)綜述

周洋

摘要：高性能混凝土作為重要的建筑材料，以其耐久性高、工作性高和強(qiáng)度高的特性而廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。通過(guò)專利數(shù)據(jù)分析高性能混凝土的發(fā)展?fàn)顩r，有助于清晰認(rèn)識(shí)該行業(yè)的發(fā)展，合理引導(dǎo)未來(lái)的研究和生產(chǎn)方向。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土；纖維；摻合料；專利申請(qǐng)

中圖分類號(hào)：TU528 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1001-828X（2017）015-0-01

引言

高性能混凝土（簡(jiǎn)稱HPC）是以其“三高”而著稱，即耐久性高、工作性高、強(qiáng)度高，被稱為 21 世紀(jì)混凝土。HPC 是由日本土木工程師協(xié)會(huì)混凝土專業(yè)委員會(huì)主席、東京大學(xué)土木工程系岡村甫（Okamura）教授及其助手新近研制的一種全新的特殊混凝土，這種混凝土有可能為基礎(chǔ)設(shè)施工程提供100年以上的使用壽命，被認(rèn)為是目前全世界性能最為全面的混凝。我國(guó)1988 年開(kāi)始發(fā)展高強(qiáng)混凝土，1990年提出了HPC，HPC技術(shù)以及高強(qiáng)、超高強(qiáng)高性能混凝土技術(shù)，是目前混凝土技術(shù)的核心和重要發(fā)展方向[1-2]。

一、國(guó)外專利技術(shù)發(fā)展分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)專利申請(qǐng)量的趨勢(shì)可以將國(guó)外高性能混凝土的發(fā)展分為三個(gè)階段。第一階段從1975-1994年，這一階段的專利申請(qǐng)量基本呈直線增長(zhǎng)，主要通過(guò)纖維來(lái)增強(qiáng)，如JPS5034325A將玻璃纖維快速均勻分散到混凝土體系中，利用玻璃纖維來(lái)增強(qiáng)混凝土；專利GB1406442A中采用了混雜纖維，通過(guò)螺旋纏繞在一起，加入到混凝土體系中來(lái)增強(qiáng)混凝土材料。

第二階段從1995-2004年，這一階段的專利申請(qǐng)量的增幅開(kāi)始放緩，主要是由于高性能混凝土的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)相對(duì)成熟。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，主要技術(shù)手段有：改進(jìn)纖維的結(jié)構(gòu)類型、優(yōu)化顆粒級(jí)配和添加相關(guān)功能型組分等。例如JP3190178B2采用了具有對(duì)稱波紋的鋼纖維來(lái)增強(qiáng)高性能混凝土；專利DE19839436則提出采用最優(yōu)顆粒尺寸緊密堆積的方法來(lái)減少氣孔率，并減少體積密度和壓實(shí)密度之間的差距；

第三階段從2005-至今，這一階段的專利申請(qǐng)量開(kāi)始減少，纖維的改進(jìn)和使用仍然是一個(gè)常用的技術(shù)手段，但是利用飛灰和高爐渣粉等摻合料來(lái)制備高性能混凝土也逐漸增多，如專利JP2006117466A中就含有飛灰和/或高爐礦渣；KR20060093562A中含有飛灰、硅粉、CAS膨脹劑和乙二醇系列減縮劑；上述原因可能是隨著工業(yè)的發(fā)展工業(yè)廢棄物逐漸增多，如何處理這些工業(yè)廢棄物、減少環(huán)境污染成為當(dāng)前研究的趨勢(shì)。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，國(guó)外申請(qǐng)人以日本企業(yè)為主，排名前八的依次為三菱化學(xué)株式會(huì)社（6.4%）、住友大阪水泥株式會(huì)社（5.4%）、鹿島建設(shè)株式會(huì)社（5.1%）、石川島建材工業(yè)株式會(huì)社（2.6%）、韓國(guó)建設(shè)集團(tuán)研究院（2.6%）、清水建設(shè)株式會(huì)社（2.1%）、太平洋水泥（1.9%）和拉法基水泥（1.6%）。

二、國(guó)內(nèi)專利技術(shù)發(fā)展分析

我國(guó)高性能混凝土的發(fā)展始于1988年，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以將我國(guó)高性能混凝土的發(fā)展趨勢(shì)分為兩個(gè)階段，第一階段從1988-2005年，這一階段的發(fā)展趨于平緩，每年的專利申請(qǐng)量比較少，研究?jī)?nèi)容主要集中在摻入聚合物纖維、混雜纖維、輕質(zhì)多孔材料、爐渣礦渣等活性摻合料以及功能助劑如早強(qiáng)劑、超塑化劑等。如專利CN1196338A公開(kāi)了一種高性能混凝土，在現(xiàn)有普通的混凝土中同時(shí)加入早強(qiáng)劑，混凝土膨脹劑和摻合料，這種高性能的混凝土具有早強(qiáng)、高強(qiáng)、高粘結(jié)力，微膨脹、耐久性能好等特點(diǎn)；專利CN1472157A通過(guò)兩種高彈性模量纖維的幾何尺寸的優(yōu)化混雜，達(dá)到與混凝土各層次特征尺度的良好匹配，以較低的纖維體積摻量實(shí)現(xiàn)了從整體上顯著提高混凝土的強(qiáng)度和韌性的目的。

第二階段從2005-至今，這一階段高性能混凝土從申請(qǐng)量和申請(qǐng)質(zhì)量上均有較大的提升，主要原因可能是我國(guó)的基礎(chǔ)建設(shè)開(kāi)始對(duì)混凝土的性能提出了更高的要求，從環(huán)保、資源的角度更加需要發(fā)展高性能混凝土。這一階段的發(fā)展重點(diǎn)在于提高混凝土的抗?jié)B、防腐、強(qiáng)度等，以適用于各種工程領(lǐng)域如加固工程、海洋工程等，此外，一些新型混凝土如防輻射、再生混凝土等也開(kāi)始有所發(fā)展。如專利CN103588404A采用硅烷偶聯(lián)劑處理再生骨料，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)填充再生骨料中的微孔，進(jìn)而提高再生骨料的使用性能，制備出高性能的再生骨料混凝土。

為了了解國(guó)內(nèi)主要申請(qǐng)人以及申請(qǐng)量占比情況，將申請(qǐng)量按照申請(qǐng)人進(jìn)行了排名統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人主要以高校為主，排名前五的申請(qǐng)人依次為武漢理工大學(xué)（19.3%）、西安建筑科技大學(xué)（9.7%）、北京新奧混凝土（7.1%）、同濟(jì)大學(xué)（6.3%）和浙江大學(xué)（2.7%）。加強(qiáng)高校與企業(yè)的合作和交流，讓企業(yè)也有更強(qiáng)的創(chuàng)新競(jìng)爭(zhēng)力，這也是以后需要改進(jìn)的方向。

為了了解國(guó)內(nèi)不同地區(qū)的發(fā)展情況，將不同地區(qū)專利申請(qǐng)量的占比進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，排名前五的依次為北京（17.3%）、江蘇（14.1%）、上海（8.7%）、湖北（5.5%）和陜西（4.7%），這幾個(gè)地區(qū)的高性能混凝土的申請(qǐng)量占了總量的一半左右，首先，這主要是由于這幾個(gè)地區(qū)的高校等科研機(jī)構(gòu)相對(duì)較多，其次，北京、江蘇以及上海的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和基礎(chǔ)建設(shè)也相對(duì)較多，也是推動(dòng)其發(fā)展高性能混凝土以及綠色生態(tài)混凝土的重要?jiǎng)恿Α?/p>

三、結(jié)語(yǔ)

高性能混凝土在國(guó)外發(fā)展相對(duì)較早，也比較成熟，我國(guó)的發(fā)展起步雖然晚，但處在快速發(fā)展的階段。國(guó)家的發(fā)展離不開(kāi)基礎(chǔ)建設(shè)，而混凝土是基礎(chǔ)建設(shè)最常用的建筑材料，低碳環(huán)保型社會(huì)的發(fā)展對(duì)混凝土提出了更高的要求，因此，發(fā)展高性能混凝土，提高混凝土結(jié)構(gòu)的整體壽命，減少拆除次數(shù)，減少資源浪費(fèi)，是我國(guó)走可持續(xù)發(fā)展的必由之路，發(fā)展高性能混凝土，對(duì)于我國(guó)工業(yè)以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，改善生態(tài)環(huán)境等都有很好的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸有軍，等.復(fù)合超高強(qiáng)高性能混凝土的研究進(jìn)展[J].寧夏農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（25）：57-60.

[2]唐建華，等.高性能混凝土的研究與發(fā)展?fàn)顩r[J].國(guó)外建材科技，2006（27）：11-15.

作者簡(jiǎn)介：周 洋（1988-），男，漢族，湖北黃岡人，現(xiàn)就職于國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心，研究實(shí)習(xí)員，碩士學(xué)位，主要從事水泥混凝土領(lǐng)域?qū)＠麑?shí)質(zhì)審查研究。