高性能混凝土的研究與發(fā)展現(xiàn)狀

高強(qiáng)?臺(tái)秀蘭

摘 要：隨著我國(guó)改革開(kāi)放和現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，我國(guó)的建設(shè)規(guī)模正日益增大，如何保證建筑工程質(zhì)量的同時(shí)也能使工程能長(zhǎng)久的安全使用下去，日益受到各級(jí)政府和社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。在眾多的土木工程建設(shè)中，混凝土的應(yīng)用面之廣，使用次數(shù)之多是很少見(jiàn)的。尤其中近年來(lái)，一種較新的混凝土技術(shù)正在快速發(fā)展并且運(yùn)用到許多實(shí)際工程項(xiàng)目中，那就是高性能混凝土。

高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高強(qiáng)度和高體積穩(wěn)定性等許多優(yōu)良特性，被認(rèn)為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土;耐久性;體積穩(wěn)定性

1 高性能混凝土產(chǎn)生的背景和研究現(xiàn)狀

1.1 背景

當(dāng)代大跨、高層、海洋、軍事工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展對(duì)混凝土提出的更高的要求;處在惡劣環(huán)境下既有建筑不斷劣化、退化導(dǎo)致過(guò)早失效、退役甚至出現(xiàn)惡性事故造成巨大損失的嚴(yán)重后果;原材料生產(chǎn)、開(kāi)采造成的生態(tài)環(huán)境惡化以及砂石料枯竭、資源短缺嚴(yán)重影響進(jìn)一步發(fā)展的嚴(yán)酷現(xiàn)實(shí)?；炷磷鳛橛昧孔畲蟮娜嗽觳牧?，不能不考慮它的使用對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。因此，未來(lái)的混凝土必須從根本上減少水泥用量，必須更多地利用各種工業(yè)廢渣作為其原材料;必須充分考慮廢棄混凝土的再生利用，未來(lái)的混凝土必須是高性能的，尤其是耐久的。耐久和高強(qiáng)都意味著節(jié)約資源。“高性能混凝土”正是在這種背景下產(chǎn)生的。

1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向

針對(duì)混凝土的過(guò)早劣化，發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)80年代中期掀起了一個(gè)以改善混凝土材料耐久性為主要目標(biāo)的“高性能混凝土”開(kāi)發(fā)研究的高潮，并得到了各國(guó)政府的重視。針對(duì)不同環(huán)境類別的侵蝕作用，提出材料性能劣化的理論或經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑?jù)此估算結(jié)構(gòu)的使用壽命，成為發(fā)展和研究耐久性設(shè)計(jì)方法的主流。

2 高性能混凝土的性能研究和應(yīng)用分析

2.1 高性能混凝土的概念

高性能混凝土是近20余年發(fā)展起來(lái)的一種新型混凝土。中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)高強(qiáng)與高性能混凝土委員會(huì)將HPC定義為以耐久性和可持續(xù)發(fā)展為基本要求并適合工業(yè)化生產(chǎn)與施工的混凝土。

2.2 高性能混凝土的性能

與普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下獨(dú)特的性能：

1.耐久性。2.工作性。3.力學(xué)性能。4.體積穩(wěn)定性。5.經(jīng)濟(jì)性。

2.3 高性能混凝土發(fā)展和應(yīng)用中所面臨的問(wèn)題

在高性能混凝土的應(yīng)用過(guò)程中也存在一些問(wèn)題，在高性能混凝土的原材料方面，我國(guó)水泥質(zhì)量不穩(wěn)定，離散性大;在骨料方面，粗骨料質(zhì)量低劣，含泥量大，級(jí)配較差。在高性能混凝土的施工過(guò)程中，施工人員的技術(shù)水平有限，養(yǎng)護(hù)措施不到位，使HPC的密實(shí)性和質(zhì)量不穩(wěn)定;在高性能混凝土的耐久性方面，由于高性能混凝土微管中水分的蒸發(fā)與凝聚而產(chǎn)生的收縮，使混凝土表面產(chǎn)生裂縫，這對(duì)HPC的抗碳化、抗凍融循環(huán)作用以及抗氯離子擴(kuò)散等都是不利的，高性能混凝土的水泥用量高，水灰比低，硬化后長(zhǎng)期處于水中時(shí)，水分通過(guò)微管擴(kuò)散到內(nèi)部，未水化的水泥粒子進(jìn)一步水化，產(chǎn)生微膨脹也會(huì)使混凝土表面產(chǎn)生裂縫，為各種有害介質(zhì)滲透提供通道，給氯離子侵入、堿骨料反應(yīng)的發(fā)生和鋼筋銹蝕創(chuàng)造可能;在高性能混凝土的設(shè)計(jì)方面，由于高性能混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)不及普通混凝土，而且脆性大，需要特別注意。

3 高性能混凝土的施工控制

3.1 攪拌?；炷猎牧蠎?yīng)嚴(yán)格按照施工配合比要求進(jìn)行準(zhǔn)確稱量，稱量最大允許偏差應(yīng)符合下列規(guī)定（按重量計(jì)）：膠凝材料（水泥、摻合料等）±1%;外加劑±1%;骨料±2%;拌合用水±1%。

3.2 運(yùn)輸。應(yīng)采取有效措施，保證混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中保持均勻性及各項(xiàng)工作性能指標(biāo)不發(fā)生明顯波動(dòng)。應(yīng)對(duì)運(yùn)輸設(shè)備采取保溫隔熱措施，防止局部混凝土溫度升高（夏季）或受凍（冬季）。應(yīng)采取適當(dāng)措施防止水分進(jìn)入運(yùn)輸容器或蒸發(fā)。

3.3 澆筑。（1）混凝土入模前，應(yīng)采用專用設(shè)備測(cè)定混凝土的溫度、坍落度、含氣量、水膠比及泌水率等工作性能;只有拌合物性能符合設(shè)計(jì)或配合比要求的混凝土方可入模澆筑?；炷恋娜肽囟纫话阋丝刂圃?～30℃。（2）混凝土澆筑時(shí)的自由傾落高度不得大于2m當(dāng)大于2m時(shí)，應(yīng)采用滑槽、串筒、漏斗等器具輔助輸送混凝土，保證混凝土不出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象。（3）混凝土的澆筑應(yīng)采用分層連續(xù)推移的方式進(jìn)行，間隙時(shí)間不得超過(guò)90min，不得隨意留置施工縫。（4）新澆混凝土與鄰接的己硬化混凝土或巖土介質(zhì)間澆筑時(shí)的溫差不得大于15℃。

3.4 振搗?？刹捎貌迦胧秸駝?dòng)棒、附著式平板振搗器、表面平板振搗器等振搗設(shè)備振搗混凝土。振搗時(shí)應(yīng)避免碰撞模板、鋼筋及預(yù)埋件。采用插入式振搗器振搗混凝土?xí)r，宜采用垂直點(diǎn)振方式振搗。每點(diǎn)的振搗時(shí)間以表面泛漿或不冒大氣泡為準(zhǔn)，一般不宜超過(guò)30s，避免過(guò)振。若需變換振搗棒在混凝土拌合物中的水平位置，應(yīng)首先豎向緩慢將振搗棒拔出，然后再將振搗棒移至新的位置，不得將振搗棒放在拌合物內(nèi)平拖。

3.5 養(yǎng)護(hù)。高性能混凝土早期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，一般3天達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的60%，7天達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，因而，混凝土早期養(yǎng)護(hù)特別重要。通常在混凝土澆注完畢后采取以帶模養(yǎng)護(hù)為主，澆水養(yǎng)護(hù)為輔，使混凝土表面保持濕潤(rùn)。養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14天。

3.6 質(zhì)量檢驗(yàn)控制。除施工前嚴(yán)格進(jìn)行原材料質(zhì)量檢查外，在混凝土施工過(guò)程中，應(yīng)對(duì)混凝土的以下指標(biāo)進(jìn)行檢查控制：混凝土拌合物：水膠比、坍落度、含氣量、入模溫度、泌水率、勻質(zhì)性。硬化混凝土：標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度、同條件養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性、電通量等。

4 高性能混凝土的發(fā)展前景

隨著高性能混凝土的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用， 建筑對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響正引起社會(huì)的關(guān)注。建筑物在建造和運(yùn)行的過(guò)程中需消耗大量的自然資源和能源，并對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響。作為建筑工業(yè)主要原料的水泥，實(shí)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(shí)，堅(jiān)持其可持續(xù)性的發(fā)展原則。既要滿足當(dāng)代人的需求，又不危害后代人滿足其需要的能力。大力開(kāi)展綠色高性能混凝土的研究和應(yīng)用高性能混凝土具有普通混凝土無(wú)法比擬的優(yōu)良性能，對(duì)混凝土的發(fā)展將起重要作用， 并為高性能混凝土的發(fā)展指明了非常明確的方向。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高性能混凝土抗凍性能試驗(yàn)研究可得出以下結(jié)論，混凝土的抗凍性主要與所引入的空氣含量、氣泡的質(zhì)量、混凝土強(qiáng)度和水膠比等因素密切相關(guān)，高性能混凝土的含氣量宜為2%～4%，這樣配制的混凝土具有200次以上的抗凍性能。高性能混凝土的抗凍性能與外加劑密切相關(guān)，外加劑的摻量存在一個(gè)最優(yōu)值，本試驗(yàn)中最優(yōu)摻量在0.95%～1.00%之間。如今我國(guó)高性能混凝土發(fā)展形勢(shì)一片良好，但是要使高性能混凝土在建筑工程中推廣使用還需一個(gè)認(rèn)識(shí)和實(shí)踐的過(guò)程。隨著我國(guó)建筑基礎(chǔ)建設(shè)的不斷增強(qiáng)，高性能混凝土必將成為新世紀(jì)的重要建筑工程材料。基于上述特點(diǎn)，高性能混凝土成為我國(guó)近期混凝土技術(shù)的主要發(fā)展方向。

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