高性能混凝土及其工程應(yīng)用

馬偉

摘要：高性能混凝土是一種新型的高技術(shù)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。高性能混凝土的基本性能首先是硬化混凝土的耐久性能和塑性混凝土的工作性能；其次是為了滿足人們的特殊需要的某個或某些特殊性能。概括起來說，高性能混凝土就是能更好地滿足結(jié)構(gòu)功能要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限，降低工程造價。本文就此展開了論述，以供參閱。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土；工程應(yīng)用

1高性能混凝土的性能

（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。坍落度是評價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，在相同振動時間內(nèi)，下沉距離短，穩(wěn)定性和均勻性好。同時，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)，提高混凝土的密實度，提高強(qiáng)度。（4）體積穩(wěn)定性。高性能混凝土具有較高的體積穩(wěn)定性，即混凝土在硬化早期應(yīng)具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變形。（5）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；HPC良好的工作性可以減少工人工作強(qiáng)度，加快施工速度，減少成本。概括起來說，高性能混凝土就是能更好地滿足結(jié)構(gòu)功能要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限，降低工程造價。

2高性能混凝土在工程中的應(yīng)用

2.1在橋梁上的應(yīng)用

高性能混凝土具有很好的工作性性、易于澆注、不離析、且能長期保持的結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，韌性高和體積穩(wěn)定性好，在惡劣環(huán)境下耐久性好、使用壽命長。高性能混凝土在橋梁工程中應(yīng)用的優(yōu)點是：跨徑更長、主梁間距更大、構(gòu)件更薄、.耐久、力學(xué)承載力高。目前，高性能混凝土已廣泛的用于各種離岸結(jié)構(gòu)物和橋梁構(gòu)件中，包括主梁、橋墩、墩基等。例如，上海的東海大橋，東海大橋是我國建造的第一座跨海大橋，全長32km。設(shè)計壽命為100年，由于長期處于海水侵蝕的環(huán)境中，對混凝土保護(hù)層厚度要求高，對混凝土的性能要求高，主要以高耐久性為出發(fā)點，要求混凝土具備高施工性、高抗?jié)B性、高體積穩(wěn)定性（硬化過程中不開裂，收縮徐變?。?、較高強(qiáng)度，并保持其強(qiáng)度持續(xù)增長，最終獲得高耐久性能。另外，采用粉煤灰、礦粉作為摻和材料，提高了混凝土施工的工作性，降低了成本達(dá)，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。另一個比較著名的工程實例是杭州灣大橋。

2.2在公路上的應(yīng)用

公路高性能混凝土應(yīng)根據(jù)公路混凝土的特點，結(jié)合高性能混凝土的優(yōu)點，綜合考慮其各方面的性能要求來進(jìn)行開發(fā)。從公路混凝土的施工工藝出發(fā)，需采用高流態(tài)的混凝土（坍落度要求達(dá)到240～270mm）來進(jìn)行施工，而普通的混凝土在滿足強(qiáng)度要求的情況下很難得到這個要求，因此，采用高性能混凝土是必然的選擇。從公路混凝土的服役環(huán)境出發(fā)，要求混凝土具有較高的韌性，能夠承載的疲勞損傷能力強(qiáng)，如果采用普通的混凝土，雖然強(qiáng)度可以達(dá)到設(shè)計的要求，但是混凝土的彈性模量等參數(shù)會相應(yīng)提高，不利于混凝土在復(fù)變荷載環(huán)境下的使用，采用高性能混凝土就可以滿足這個要求。另外，高性能混凝土以其高強(qiáng)、高耐久性的特點，還被廣泛的應(yīng)用于碼頭、高鐵、隧道、大壩等惡劣環(huán)境下的土建設(shè)施，并發(fā)揮著巨大的作用。

3高性能混凝土的研究前景

進(jìn)入21世紀(jì)，人類面臨著“人口膨脹、資源能源短缺以及環(huán)境惡化”三大問題.混凝土材料是資源和能源消耗大戶，也是重要的環(huán)境污染源，混凝土材料和技術(shù)直接影響著人類可持續(xù)發(fā)展.吳中偉院士1998年首提綠色HPC的概念，綠色的涵義可概括為節(jié)約資源、能源，不破壞環(huán)境，可持續(xù)發(fā)展，既滿足現(xiàn)代人需求，又不危害后代人滿足其需要的能力.因此：（1）必須重視和提高混凝土耐久性，減少工程隱患和工程的重復(fù)建設(shè)周期，盡可能的使同一工程應(yīng)用更長的時間，以節(jié)約混凝土用量，節(jié)約有限的人力、物力和財力.高性能混凝土是提高混凝土耐久性的有效手段，需要對其研究和應(yīng)用更加深人，降低成本，擴(kuò)大它的應(yīng)用范圍.（2）加大對低品位骨料的有效利用，再生骨料和人造輕骨料的研究開發(fā)，減輕環(huán)境負(fù)荷.（3）進(jìn)一步研究和發(fā)展混凝土劣化機(jī)理和維護(hù)方法，降低混凝土結(jié)構(gòu)后期維護(hù)和加固成本.（4）對混凝土各組分材料如水泥、高效減水劑、礦物摻和料和納米材料等進(jìn)行深入研究，采用有效的優(yōu)化組合和選擇，提高混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性、耐久性等性能。

4結(jié)束語

總而言之，高性能混凝土經(jīng)過近三十年的發(fā)展，已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步。它以耐久性為首要設(shè)計指標(biāo)，這種混凝土使基礎(chǔ)設(shè)施工程的使用壽命達(dá)到100年以上。高性能混凝土具有高耐久性、高工作性、高強(qiáng)度、高體積穩(wěn)定性和低滲透性等優(yōu)良性能，被認(rèn)為是目前世界上性能最為全面的混凝土。高性能混凝土是公路與城市道路、機(jī)場跑道最常見的路面材料之一。高性能混凝土路面具有較高的抗折強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性，荷載分布均勻、板面厚度較薄、容易鋪筑與整修等特點。高性能混凝土路面技術(shù)日臻完善，近年來在我國得到推廣應(yīng)用。高性能混凝土廣泛應(yīng)用于各類重點工程中，特別是在道路、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。它在工程安全使用期、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，因此被世界各國所接受。

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（作者單位：中鐵七局集團(tuán)西安鐵路工程有限公司）