高性能混凝土發(fā)展現(xiàn)狀與展望綜述

馮黎娜

1河南建筑職業(yè)技術(shù)學院（450007） 2河南省建筑工程學校（450007）

高性能混凝土發(fā)展現(xiàn)狀與展望綜述

馮黎娜1，2

1河南建筑職業(yè)技術(shù)學院（450007） 2河南省建筑工程學校（450007）

介紹了高性能混凝土材料的性能特點，論述了高性能混凝土的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。目前，混凝土正在向高強、高性能和生態(tài)化的方向發(fā)展，綠色高性能混凝土是混凝土材料的發(fā)展方向，其應用前景將越來越廣闊。

高性能混凝土；性能；現(xiàn)狀；展望

隨著社會的不斷進步和人們對資源、環(huán)境、施工、使用及性能要求的不斷提高,混凝土面臨著來自使用環(huán)境惡劣和高耐久性要求的更大挑戰(zhàn)。這些發(fā)展趨勢將引導我國的現(xiàn)代化建筑向高層化、大跨化、重載化及結(jié)構(gòu)輕量化方向發(fā)展，因此高性能混凝土（HPC）應運而生。高性能混凝土具有耐久性好、強度高、變形小等優(yōu)點，能適應現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向大跨、重載、高聳發(fā)展和滿足惡劣環(huán)境條件的需要，同時還能減小構(gòu)件截面、增大使用面積、降低工程造價。

1 高性能混凝土的概念及歷史發(fā)展

混凝土材料作為現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)首選材料至今已有100多年的歷史，但是隨著近二、三十年環(huán)境問題的日益突出，人們已普遍認識到,混凝土材料的生產(chǎn)與使用是造成生態(tài)環(huán)境問題與公害的重要原因之一。因此，高性能混凝土的出現(xiàn)可以說是歷史發(fā)展的必然。它的出現(xiàn)更是把混凝土技術(shù)從以往的經(jīng)驗技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榱烁呖萍?代表著當今混凝土發(fā)展的總趨勢。

高性能混凝土（High Performance Concrete，簡稱 HPC）是近一、二十年才提出來的，據(jù)考證，挪威學者在 1986年首度提出高性能混凝土的概念并進行研究,繼而歐美發(fā)達國家投入大量財力和人力，致力于高性能混凝土的研究和開發(fā)。

高性能混凝土有多種定義，不同國家，甚至是同一個國家的不同行業(yè)，對高性能混凝土的定義都有差別。混凝土協(xié)會（ACI）于1998年對高性能混凝土給出了正式定義，概括的講,當混凝土的某些特性是為某一特定的用途和環(huán)境而制定時，這就是高性能混凝土。所指特性為:易于澆筑，振搗不離析，早強，長期力學性能，抗?jié)B性能，密實性，水化溫度，韌性，體積穩(wěn)定性，惡劣環(huán)境下的較長壽命。

結(jié)合我國的工程實際，1999年吳中偉院士認為“高性能混凝土（HPC）是一種新型的高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高常規(guī)混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù),選用優(yōu)質(zhì)原材料，在妥善的質(zhì)量控制下制成的除水泥、水、集料外，必須采用低水膠比,摻加足夠數(shù)量的礦物細摻料和高效外加劑的一種新型高技術(shù)混凝土。它是以耐久性作為設(shè)計的主要指針；針對不同用途要求，對下列性能有重點地予以保證，即施工性、適用性、強度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟性等。其中還包括節(jié)約資源、不破壞環(huán)境，符合可持續(xù)發(fā)展的原則，即在保證高工作性、高強度和高耐久性的前提下，盡量考慮少用水泥，以減少大量生產(chǎn)水泥而造成的大氣污染和高能量消耗。

2 高性能混凝土的性能

2.1 耐久性

高效減水劑和礦物質(zhì)超細粉的配合使用，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，是高性能混凝土應用的主要目的。

2.2 工作性

坍落度是評價混凝土工作性的主要指標,HPC的坍落度控制功能好，在振搗的過程中,HPC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HPC的水灰比低，自由水少，且摻入超細粉，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。

2.3 力學性能

由于混凝土是一種非均質(zhì)材料,強度受諸多因素的影響，水灰比是影響混凝土強度的主要因素,對于普通混凝土,隨著水灰比的降低，混凝土的抗壓強度增大，HPC中的高效減水劑對水泥的分散能力強、減水率高，可大幅度降低混凝土單方用水量。在HPC中摻入礦物超細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，提高強度。

2.4 體積穩(wěn)定性

HPC具有較高的體積穩(wěn)定性,即混凝土在硬化早期應具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變形。

2.5 經(jīng)濟性

HPC較高的強度、良好的耐久性和工藝性都能使其具有良好的經(jīng)濟性。HPC良好的耐久性可以減少結(jié)構(gòu)的維修費用，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，收到良好的經(jīng)濟效益；HPC的高強度可以減少構(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度，加快施工速度，減少成本。雖然HPC本身的價格偏高，但是其優(yōu)異的性能使其具有了良好的經(jīng)濟性。

概括起來說，HPC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。

3 高性能混凝土的發(fā)展

3.1 綠色高性能混凝土

水泥混凝土是目前使用量最大的人造材料，對資源、能源的消耗和對環(huán)境的破壞十分巨大,與可持續(xù)發(fā)展的要求背道而馳。國內(nèi)外學者都提出了綠色建筑材料的概念，而綠色高性能混凝土是綠色建筑材料的重要內(nèi)容,開發(fā)和利用綠色高性能混凝土成為混凝土研究的重要課題。綠色高性能混凝土節(jié)約更多的資源和能源,對環(huán)境的破壞減小到最低限度，使混凝土結(jié)構(gòu)工程健康發(fā)展。

3.2 高強高性能混凝土

采用高強高性能混凝土可以減小截面尺寸，減輕自重，獲得較大的經(jīng)濟效益。在混凝土中摻入超細粉物質(zhì)，可以使硬化水泥石結(jié)構(gòu)致密，孔徑細化，改善界面結(jié)構(gòu)，具有高的抗?jié)B性、耐久性和強度。

3.3 智能混凝土

智能混凝土是在混凝土原有的組分基礎(chǔ)上復合智能型組分，使混凝土材料具有自感知、自適應、自修復特性的多功能材料，對環(huán)境變化具有感知和控制的功能。隨著損傷自診斷混凝土、溫度自調(diào)節(jié)混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列機敏混凝土的出現(xiàn)，為智能混凝土的研究、發(fā)展和智能混凝土結(jié)構(gòu)的研究應用奠定了基礎(chǔ)。

隨著HPC的開發(fā)和應用，有專家指出，作為建筑工業(yè)主要原料的水泥，實際上是一種不可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)品。因此，高性能混凝土的技術(shù)核心是在限制水泥用量以獲得混凝土高性能的同時，堅持其可持續(xù)性的發(fā)展原則。大力開展綠色高性能混凝土的研究和應用高性能混凝土具有普通混凝土無法比擬的優(yōu)良性能，對混凝土的發(fā)展將起重要作用，并為HPC的發(fā)展指明了非常明確的方向。

3.4 自密實混凝土

免振是在澆筑時僅靠混凝土自身的重力而不需要任何搗實外力而達到自密實、自流平的一種混凝土，尤其適用于施工形狀復雜、鋼筋密集，因而難以振搗的部位，同時可以大大加快混凝土澆筑速度,另外還可以消除振搗帶來的噪聲。自密實混凝土和廣泛用于鋼橋面鋪裝的澆筑式瀝青混凝土相似，后者由于其本身的高流動性，攤鋪后無需碾壓只要簡單整平即可。

3.5 纖維混凝土

為改善混凝土的抗拉性能差、延性差等弱點,而在混凝土中摻加纖維以改善混凝土性能的研究發(fā)展得相當迅速。目前應用較多的有鋼纖維、玻璃纖維、碳纖維、石棉及合成纖維混凝土等。而其中發(fā)展較快、應用較廣的是鋼纖維混凝土。

3.6 高性能路面混凝土

國外對高性能混凝土用于路面鋪裝的研究已經(jīng)有過不少嘗試，但更多的還是在追求混凝土的高強度。我國針對水泥混凝土路面普遍存在的早期破壞現(xiàn)象,已在“西部交通建設(shè)科技項目”中設(shè)立多項課題著重研究路用水泥混凝土的耐久性問題，并已取得階段性成果。

4 結(jié)語

1）高性能混凝土開創(chuàng)了以耐久性為設(shè)計指標的新理念,拓寬了其強度值域的應用范圍。

2）礦物細摻料和高效外加劑，即雙摻技術(shù)，是配制高性能混凝土的關(guān)鍵技術(shù)。

3）對施工質(zhì)量的控制是高性能混凝土發(fā)揮其優(yōu)越性能的必要條件。

[1]吳中偉,廉慧珍.高性能混凝土[M].中國鐵道出版社,1999,9.

[2]杜婷.混凝土材料的研究現(xiàn)狀和發(fā)展應用[J].混凝土,2006,5.

[3]許雯瑜,曾志興.對高性能混凝土的幾點探討[J].山西建筑,2006,4.

[4]陳家輝.高性能混凝土應用現(xiàn)狀及其前景[J].廣東土木與建筑,2000,05.

[5]GB 50010—2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].國家質(zhì)檢總局,SBTS,2002.