高效能混凝土現(xiàn)狀分析

張冬原

摘? ?要：文章從高效能混凝土的定義與認(rèn)知、高效能混凝土的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀以及針對(duì)高效能混凝土研究的相關(guān)問(wèn)題這3個(gè)方面進(jìn)行深入的分析和探究。

關(guān)鍵詞：混凝土;高效能;發(fā)展現(xiàn)狀;問(wèn)題探究

高效能混凝土是二十世紀(jì)八九十年代被國(guó)外專(zhuān)家學(xué)者提出的一種混凝土新概念，是建立在混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上的。因此，高效能混凝土的一個(gè)顯著特征和優(yōu)勢(shì)就是混凝土的耐久性，相關(guān)調(diào)查和研究證明，高效能混凝土可以確保基礎(chǔ)設(shè)施工程保持至少百年以上的使用壽命。除耐久性這一優(yōu)勢(shì)外，高效能混凝土還具有高強(qiáng)度、高工作性和高體積穩(wěn)定性等諸多優(yōu)勢(shì)，這都是傳統(tǒng)混凝土不可替代的優(yōu)點(diǎn)。筆者結(jié)合自己多年相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，就此議題展開(kāi)具體闡述。

1? ? 高效能混凝土的研究背景分析

近些年來(lái)，全世界范圍內(nèi)各個(gè)領(lǐng)域的建筑工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展都對(duì)混凝土提出了更高的效能要求，必須正視現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn)的建筑問(wèn)題。受各種因素的影響，各類(lèi)建筑物都出現(xiàn)了不同程度的劣化和退化現(xiàn)象，一些建筑物甚至在使用壽命達(dá)到極限之前就已經(jīng)完全失效了。這些問(wèn)題的出現(xiàn)所帶來(lái)的負(fù)面影響遠(yuǎn)不止于經(jīng)濟(jì)層面，這將導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條的脫節(jié)，隨之而來(lái)的問(wèn)題涉及資源、環(huán)境、生態(tài)甚至政治層面。因此，加強(qiáng)對(duì)高效能混凝土的研究工作勢(shì)在必行。必須通過(guò)不斷創(chuàng)新與升級(jí)提升混凝土的整體效能，全面提升混凝土的各項(xiàng)效能指標(biāo)，借助高效能混凝土確保建筑工程的整體質(zhì)量。

在建筑工程中，混凝土是用量最大的人造材料代表之一，因此，需要充分考慮混凝土生產(chǎn)、制造以及應(yīng)用過(guò)程中可能會(huì)對(duì)人們賴(lài)以生存的生態(tài)環(huán)境造成的影響。眾所周知，之前的混凝土原材料基本都取自于天然資源，通常是1 t水泥配置0.6 t的純凈水、3 t左右的石子以及2 t左右的砂，而每生產(chǎn)1噸的硅酸鹽水則需要搭配1.5 t的石灰石和大量的燃煤和電能，大概會(huì)排放出1 t左右的二氧化碳，大大增加了空氣中二氧化碳的含量，加劇全球變暖的速度。生產(chǎn)混凝土與生產(chǎn)其他建筑材料相比，其無(wú)論是在能源消耗還是在生態(tài)污染層面的影響都相對(duì)較小，因?yàn)榛炷磷陨砜梢运阕魇菨崈舨牧?，可是任何一種建筑工程都需要大量的混凝土作為材料支持，這就意味著生產(chǎn)混凝土必須開(kāi)采大量的砂石、礦石、石骨料等，必然會(huì)在很大程度上影響資源的可持續(xù)利用，使傳統(tǒng)混凝土的質(zhì)量和效能不能得到有效保障，混凝土材料在長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用過(guò)程中逐漸暴露出很多問(wèn)題，嚴(yán)重影響建筑工程的正常使用壽命。

所以，現(xiàn)在的高效能混凝土研究工作必須立足實(shí)際情況，正視當(dāng)前混凝土建筑工程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，盡可能借助各種先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的力量減少水泥的使用量，嘗試應(yīng)用各種各樣的工業(yè)廢渣、廢料作為替代材料。與此同時(shí)，在高效能混凝土的研究工作中，還應(yīng)高度重視廢棄混凝土的再生利用工作，竭盡全力確保未來(lái)建筑工程中所使用混凝土的高效能，提升混凝土的耐久性和強(qiáng)度，高效能混凝土的使用不僅可以有效提升建筑工程的整體質(zhì)量，更重要的是，可以在很大程度上節(jié)省各類(lèi)資源，對(duì)整個(gè)自然圈和社會(huì)圈的可持續(xù)發(fā)展都能起很大的推動(dòng)作用。

2? ? 高效能混凝土的定義和認(rèn)知分析

雖然高效能混凝土從出現(xiàn)到應(yīng)用的時(shí)間并不長(zhǎng)，但高效能混凝土已經(jīng)憑借自身強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)逐步取代傳統(tǒng)的混凝土，全世界范圍的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域都在不斷加強(qiáng)對(duì)高效能混凝土的研究，高效能混凝土?xí)r代指日可待。下面是國(guó)內(nèi)外給予高效能混凝土的幾個(gè)代表性定義：

（1）最具代表性的定義是在美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所與美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)合力召開(kāi)的討論會(huì)上提出的，高效能混凝土的定義是：滿足一些特性需求的勻質(zhì)混凝土，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的施工，采用優(yōu)質(zhì)材料配制的，便于澆搗，不離析，力學(xué)性能穩(wěn)定，早期強(qiáng)度非常高，具有韌性和體積穩(wěn)定性等耐久性能的混凝土。高效能混凝土在橋梁、高層建筑以及暴露在嚴(yán)酷環(huán)境中的建筑結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的應(yīng)用效果非常理想。

（2）國(guó)內(nèi)對(duì)高效能混凝土給出的最具代表性的定義來(lái)自吳中偉院士。他認(rèn)為高效能混凝土指的是一種新型高技術(shù)混凝土，其不但超越普通混凝土的性能，而且采用的是優(yōu)質(zhì)材料和先進(jìn)混凝土技術(shù)，在非常嚴(yán)格的質(zhì)量管理?xiàng)l件下制作而成的混凝土。高效能混凝土最主要的設(shè)計(jì)指標(biāo)當(dāng)以耐久性莫屬，此外，高效能混凝土與普通的混凝土相比，在其他性能方面也均占有優(yōu)勢(shì)，諸如工作性、強(qiáng)度、適用性、經(jīng)濟(jì)性以及體積穩(wěn)定性。

3? ? 高效混凝土的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀分析

表1是關(guān)于幾個(gè)代表性國(guó)家對(duì)高效能混凝土的研究與應(yīng)用情況的對(duì)比與總結(jié)。

當(dāng)前國(guó)際對(duì)高效能混凝土的認(rèn)可程度非常高，其廣泛認(rèn)識(shí)到高效能混凝土所具備的強(qiáng)耐久性、高強(qiáng)度以及高工作性等優(yōu)勢(shì)。高效能混凝土在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也展現(xiàn)出非常高的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)也體現(xiàn)出非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益。目前，高效能混凝土在全世界范圍內(nèi)都得到了充分認(rèn)可，世界上多個(gè)國(guó)家也在不斷加強(qiáng)對(duì)高效能混凝土的研究，并且很多國(guó)家都取得了非常理想的研究成果。以美國(guó)、法國(guó)、加拿大、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家為代表的多個(gè)國(guó)家都選擇將高效能混凝土看作跨世紀(jì)的新材料，一直都在不斷加大對(duì)高效能混凝土資源的投入力度，包括財(cái)力、物力、人力等多方面的資源。高效能混凝土的確與現(xiàn)階段的生產(chǎn)發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)有著高度的一致性和適應(yīng)性，其也將會(huì)成為未來(lái)混凝土技術(shù)領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。

4? ? 高效能混凝土研究工作中出現(xiàn)的代表性問(wèn)題分析

4.1? 關(guān)于高效能混凝土的高強(qiáng)度解析

最開(kāi)始的高效能混凝土研究工作曾經(jīng)一度追求高強(qiáng)度。研究認(rèn)為高效能的混凝土強(qiáng)度越高，其耐久性會(huì)更長(zhǎng)，高效能混凝土的強(qiáng)度與耐久性在一定情況下呈正比。但是，這不是絕對(duì)的，而是片面的。因?yàn)楦咝芑炷恋哪途眯圆恢挥袕?qiáng)度這一影響因素，而且現(xiàn)在高效能混凝土中也包含著中等強(qiáng)度的混凝土。關(guān)于如何界定高效能混凝土的高強(qiáng)度問(wèn)題，還需要得到進(jìn)一步的研究和驗(yàn)證。

4.2? 高效能混凝土的開(kāi)裂問(wèn)題解析

其實(shí)，我國(guó)一些大型混凝土企業(yè)已經(jīng)具備提供超高強(qiáng)混凝土的能力，可是在高效能混凝土應(yīng)用過(guò)程中卻不斷出現(xiàn)結(jié)構(gòu)開(kāi)裂或者是早期開(kāi)裂的問(wèn)題。之所以出現(xiàn)這些問(wèn)題，其原因主要在于高效能混凝土在配制中一般會(huì)摻入大量的高膠凝材料、活性摻合料等物質(zhì)，這些物質(zhì)的摻入會(huì)使高效能混凝土在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和硬化特點(diǎn)層面和之前應(yīng)用的普通混凝土產(chǎn)生非常大的差異，最終導(dǎo)致高效能混凝土在早期容易出現(xiàn)開(kāi)裂或者是體積穩(wěn)定性差的問(wèn)題，其耐久性也會(huì)因此受到影響。

5? ? 高效能混凝土的具體研究?jī)?nèi)容和方向分析

5.1? 高效能混凝土原材料的選擇與配置研究

眾所周知，在高效能混凝土中，最核心的原材料便是水泥。現(xiàn)階段制作混凝土?xí)r采用的都是傳統(tǒng)的水泥，傳統(tǒng)水泥自身存在很大局限，在很大程度上影響混凝土制作質(zhì)量和使用效率。因此，當(dāng)前關(guān)于混凝土主要原材料之一的水泥原料的研究工作，更加看重水泥和外加劑的相容性能和效果，會(huì)更傾向于選擇使用硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥中C3A含量相對(duì)較低。

現(xiàn)階段，全世界范圍內(nèi)諸多國(guó)家也在積極致力于對(duì)新型高性能水泥的研究，比如，日本的小野田水泥公司正在和清水建設(shè)共同研究一種新型的水泥，即球狀水泥。這種水泥要比之前制作混凝土所使用的普通水泥擁有著更加優(yōu)越的物理力學(xué)性能。球狀水泥，顧名思義，就是將水泥粒子加工成球的形狀，之前所使用的傳統(tǒng)水泥基本上都是以碎石型為主。球狀水泥的應(yīng)用可以大大提高混凝土的強(qiáng)度、流動(dòng)性以及耐久性，其應(yīng)該歸屬于高性能水泥范疇。之前意大利的一家水泥廠也生產(chǎn)出一種塑形非常強(qiáng)的水泥，這種水泥是在意大利525型硅酸鹽水泥生產(chǎn)時(shí)摻入超塑化劑制成的，該水泥最大的優(yōu)勢(shì)和特性在于其在提高混凝土流動(dòng)性層面有非常顯著的作用。瑞典也研制出了一種新型水泥，其是利用中熱水泥、硅灰和超塑化劑研制出了一種強(qiáng)力改性水泥，其優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)在于，使用這種水泥可以在極大程度上降低水灰比，制作出來(lái)的混凝土的強(qiáng)度和性能卻非常理想。

5.2? 高效能混凝土外加劑和礦物摻合料的研究

眾所周知，在生產(chǎn)和制作高效能混凝土的過(guò)程中必然離不開(kāi)各種外加劑和礦物摻合料，因此，外加劑和礦物摻合料的研究，也是高效能混凝土研究工作中非常重要一項(xiàng)的內(nèi)容。當(dāng)前世界各國(guó)都在積極加強(qiáng)對(duì)高效能混凝土外加劑和礦物摻合料的研究，目前已經(jīng)取得一些較為理想的研究成果，諸如萘系、多羧酸系、三聚氰胺系及氨基磺酸系等系列高效減水劑、AE型引氣劑等。這些研究成果在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也呈現(xiàn)出比較理想的效果，其在提高高效能混凝土的耐久性、強(qiáng)度等方面都呈現(xiàn)出極高的利用價(jià)值。

在礦物摻合料研究工作中，現(xiàn)階段也已經(jīng)研制出了一系列高效、優(yōu)質(zhì)復(fù)合型礦物摻合料，且已經(jīng)全面投入到高效能混凝土的制備工作當(dāng)中去。

5.3? 高效能混凝土配合比設(shè)計(jì)的研究

在高效能混凝土的設(shè)計(jì)目標(biāo)中，最首要的衡量指標(biāo)便是混凝土的耐久性能。目前，在高效能混凝土研究工作中，最受關(guān)注的一項(xiàng)內(nèi)容也是高效能混凝土的配合比設(shè)計(jì)?，F(xiàn)階段，世界各國(guó)在此研究工作中都已經(jīng)獲得了比較理想的成果，比如，法國(guó)路橋?qū)嶒?yàn)中心建議的有關(guān)高性能混凝土設(shè)計(jì)方法、P.K.Mehta和Aitcin推薦的高強(qiáng)度高性能混凝土配合比確定方法、日本阿部道彥采用的高性能混凝土配合比計(jì)算方法等，這些具體計(jì)算方法的實(shí)際應(yīng)用效果也得到了很好的驗(yàn)證。

高效能混凝土配合比設(shè)計(jì)必須要保持對(duì)原材料質(zhì)量和配合比參數(shù)變化的敏感意識(shí)，一定要全力提高配合比計(jì)算的精確性，一處很小的參數(shù)差別都可能造成非常大的影響，進(jìn)而影響到高效能混凝土各項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)踐效果。

6? ? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)階段，有越來(lái)越多的國(guó)家對(duì)高效能混凝土表示出了更高的關(guān)注程度，高效能混凝土作為新材料研發(fā)的重要對(duì)象獲得了非常多人力、物力、資源的支持，相信伴隨著研究工作的不斷深入，高效能混凝土的應(yīng)用空間和應(yīng)用價(jià)值將會(huì)得到更大的提升。

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