混凝土

一、高性能混凝土的提出及其涵义近百年来，水泥与水泥基材料的总的发展趋势是不断提高强度。

这是由于使用部门不断提高强度的要求所致。

尤其是近50年来，片面提高强度而忽视其它性能的倾向造成水泥生产向大幅度增加细度和硅酸三钙、铝酸三钙的含量发展，水泥标号或28d胶砂抗压强度从30Mp a猛增到60Mpa，并越来越多地使用50Mpa以上的混凝土。

提高混凝土强度的方法除采用高标号水泥外，更多的是增加单方水泥用量，降低水灰比及单方用水量。

因此混凝土的流动性随之下降，甚至出现必须依靠强力振捣才能保证密实性和均匀性的干硬性混凝土。

到80年代前后，混凝土耐久性问题愈来愈尖锐。

因混凝土材质劣化和环境等因素的侵蚀作用，常出现混凝土建筑物破坏失效甚至倒塌等事故，造成巨大损失。

有鉴于此，加上施工能耗、劳动与环境保护，尤其是均匀性对工程安全所具有的极端重要性，因此对混凝土的工作性提出了愈来愈高的要求。

传统的单一高强化的主流思想受到批评，高性能混凝土逐渐成为合理的、科学的发展路线。

高性能混凝土这种新型混凝土是在20世纪80年代末90年代初才出现的。

自从波特兰水泥出现后，水泥基材料经历了漫长的发展过程。

经过无数次改革、创造与发明，其科技内容已十分丰富。

高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，它以耐久性作为设计的主要指针。

自1990年5月在美国国家标准与技术研究所(AIST)和混凝土协会(ACI)主办的第一届高性能混凝土(High Performance Conrete，简写为：HPC)会议后，对HPC的涵义可概括为：①HPC是符合特殊性能组合和匀质性耍求的混凝土，采用传统的原材料和一般的拌和、挠筑与养护方法。

②HPC是一种在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，是以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对下列性能有重点地予以保证，即耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。

③HPC是一种以耐久性和可持续发展为基本要求并适合工业化生产施工的混凝土二、高性能混凝土的发展高性能混凝土虽然已成为当前的完善混凝土（Pefect concrete），但它也还不是理想混凝土或理想的水泥基复合材料，还有许多方面的难题需要解决。

就水泥基材料科学技术而论，有以下方面的课题是亟待研究的：a)水泥基材料的组成结构与性能的关系为使高性能混凝土的各种性能得以进一步提高，必须对材料组分的粒子尺寸、级配、孔结构、集料接口区结构以致组分间的相互作用、物理力学、热学性质的差别等进行研究。

b)超塑化剂与复合外加剂超塑化剂解决了高性能混凝土的低水胶比和低用水量与工作性之间的矛盾，因而成为高性能混凝土不可缺少的组分。

但对超塑化剂与水泥和矿物细掺料之间、复合使用外加剂时的几种外加剂之间的兼容性，以及如何更好地发挥叠加效应等问题。

c)矿物细掺合料矿物细掺合料不仅有利于水化作用和强度、密实度和工作性，增加粒子密集堆积，减低孔隙率，改善孔结构，而且对抵抗侵蚀和延缓性能退化等有较大作用。

扩大稳定矿物细掺合料的来源，充分发挥其有利作用，稳定产品性能，研究其科学分类和品质标准，以及矿物细掺合料的活性进行机理性的研究。

d)高性能混凝土的配制以及相应标准、规范、规程等的制定和完善高性能混凝土与普通混凝土在原材料、配合比以及生产和施工工艺个方面，尽管在大范围中是相同的，但在具体上仍有许多差别。

例如，高性能混凝土胶凝材料的原材料除水泥外，还要掺用至少一种矿物细掺料，这就使得高性能混凝土的胶凝材料与传统的混凝土胶凝材料有所区别，产品质量检验已不能完全适用现行水泥标准，应另行制定专用标准。

而且高性能混凝土中胶凝材料颗粒组成对混凝土的力学性能、耐久性能有重要影响。

因此，高性能混凝土胶凝材料的配制生产并不是其所用的胶凝材料组分间简单的预先混合，而是要根据不同的胶凝材料组分性质、掺量等情况采用不同的混合、混磨等工艺生产。

此外，高性能混凝土必须使用高效减水剂，但并不是任何水泥和外掺矿物掺合料与高效减水剂的兼容性良好，硬性配制势必影响高效减水剂的减水效果，并降低混凝土的性能。

三、高性能混凝土的推广和应用高性能混凝土是近期混凝土技术发展的主要方向，国外学者曾称之为21世纪混凝土。

挪威于1986年首先对此进行了研究，在1990年由美国国家标准与技术研究院(AIST)与美国混凝土学会(ACl)共同主办的一次研讨会上正式定名。

由于高性能混凝土具有综合的优异技术特性，引起了国内外材料界与工程界的广泛重视与关注。

十多年来，世界上许多国家相继投入了大量的人力、财力、物力进行该项研究与开发应用，使高性能混凝土技术取得了很大的进展，在原料的选择、配合比设计、物理力学性能、耐久性、工作性、结构性能以至应用技术等方面都取得了既有理论基础又有实用价值的科技成果，内容丰盈。

以下主要介绍HPC在各国的应用。

1)日本早在20世纪60年代就能较容易地制成C60-C80的高强混凝土，并建成了数十座高强混凝土铁路桥。

但HPC的应用也只局限在道路、桥梁及水工建筑范围。

HPC掺合料中一般掺有大量的活性材料，如矿渣、粉煤灰等，以降低水化热，满足HPC施工要求。

2)挪威结合北海海洋石油开发的需要，是较早对HPC开展研究的国家之一，至今已建造了数十个海洋采油平台，成功地经受了非常恶劣的海洋环境。

1986年开始对高强混凝土材料进行研究，为了提高结构的耐久性，挪威所有的桥梁混凝土必须掺粉煤灰或硅粉，水胶比不得超过0.4。

3)法国自1986年起就进行了HPC研究并建造示范工程。

1989年法国建造了伊沃纳(Yvon ne)河桥，由于采用C70的HPC，并采用体外预应力索的结构形式，使混凝土的用量减少3 0%，自重降低24%。

4)1993年美国联邦公路管理局发起了在全国公路桥梁建设中推广应用HPC的计划，1996年美国公路与运输协会和美国联邦公路管理局联合成立了HPC工作小组以实施HPC在公路工程中的应用。

5)我国自20世纪70年代起开始发展高强与高流动混凝土。

1980年建成的红水河铁路斜拉桥的预应力混凝土箱梁就是采用的高坍落度高强混凝土：近年来建成的一些著名桥梁多采用高强混凝土，如上海杨浦大桥、武汉长江二桥等均采用C50掺粉煤灰泵送混凝土，汕头海湾大桥主梁采用C60混凝土。

目前上海、北京有供应C80以上商品混凝土的能力。

但是，我国传统的高强混凝土仅注重于强度，而随着抗压强度的提高，混凝土的脆性增大，应力应变曲线发生变化。

随着强度增高，水泥用量随之加大，收缩徐变也相应增大，使高强混凝土在桥梁结构中的应用产生一定的难度和限制，这就要加紧研制和大力推广使用HPC。

四、高性能混凝土(HPC)与高强度混凝土(HSC)的区别高性能混凝土可以认为是在高强混凝土基础上的发展和提高，也可说是高强混凝土的进一步完善。

由于近些年来，在高强混凝土的配制中．不仅加入了超塑化剂，往往也掺入了一些活性磨细矿物掺合料，与高性能混凝土的组分材料相似，而且在有的国家早期发表的文献报告中曾提到：“高性能混凝土并不需要很高的混凝土抗压强度，但仍需达到55MPa(8000psi)以上”。

因此，至今国内外有些学者仍然将高性能混凝土与高强混凝土在概念上有所混淆。

在欧洲一些国家常常把高性能混凝土与高强混凝土并提(HPC／HSC)。

高强混凝土仅仅是以强度的大小来表征或确定其何谓普通混凝土、高强混凝土与超高强混凝土，而且其强度指标随着混凝土技术的进步而不断有所变化和提高。

而高性能混凝土则由于其技术物性的多元化，诸如良好的工作性(施工性)，体积稳定性、耐久性、物理力学性能等等而难以用定量的性能指标结该混凝土一定义。

把高强混凝土混同于高性能混凝土，不仅仅是定义上的问题，值得探讨的是：(1)高强混凝土必然具有良好的耐久性？(2)高性能混凝土必需具有高强度？美国教授P．K．Mehta早在1990年就提出：“把高强混凝土假定为高性能混凝土，严格地说，这种假定是错误的”。

我国已故的吴中伟院士也在1996年提出：“有人认为混凝土高强度必然是高耐久性，这是不全面的，因为高强混凝土会带来一些不利于耐久性的因素……。

高性能混凝土还应包括个等强度混凝土，如C30混凝土”。

1999年又提出：“-单纯的高强度不一定具有高性能。

如果强调高性能混凝土必须在C50以上，则必然大大限制高性能混凝土的应用范围，大量处于严酷环境中的海工、水工建筑对混凝土强度要求并不高(C30左右)，但对耐久性要求却很高，而高性能混凝土恰能满足此要求”。

美国S．P．Shah教授最近也提出：“尽管高强混凝土具有较高的强度和较低的渗透性，但是高强混凝土并不具有所需求的综合耐久性”。

从材料的“性能”的含义而论，既包括力学性能的概念，也还包括了一些非力学性能的概念，如高填充性、不离析、抗渗性、抗侵蚀性、体积稳定性等等。

因此，混凝土的技术进步不能以高强为目标，而应是高性能，单纯以高抗压强度来表征混凝土的高性能是不确切的。

而高性能混凝土应根据工程建筑的要求：包括不同强度等级的高性能混凝土，如普通强度的高性能混凝土、高强高性能混凝土。

五、在海洋工程中大力推广高性能混凝土在沿海及河流入海口建造的大型建筑工程。

包括港口、跨海大桥等由于受海水侵蚀导致钢筋锈蚀。

混凝土膨胀开裂。

维护改造费用昂贵。

使用寿命受到严重影响。

上个世纪60年代发达国家开始探索提高混凝土耐久性的新途径。

至80年代形成了高性能混凝土的概念。

90年代高性能混凝土技术进一步发展并得到了广泛应用。

我国引进和开展这方面研究的时间不长。

“九五”期间交通部组织开展国家重点科技项目“深水枢纽港建设关键技术”研究。

将“港口水工建筑物耐久性研究”列为子课题。

以防治氯盐侵蚀为主研究提高港工建筑物耐久性和使用寿命的成套应用技术。

在此期间交通部还组织编制了《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》。

提出把高性能混凝土作为提高新建海港工程混凝土结构耐久性的首选措施。

在此基础上。

2000 年中国港湾建设（集团）总公司技术中心组织集团所属科研院所根据各自特点分工协作。

投入大量人力物力财力开展了抗氯盐污染高性能混凝土配制成套技术及耐久性寿命预测的课题研究。

通过2年多的努力实现了预期目标。

目前该成果已经和正在国内外的多项港口工程和跨海大桥工程中应用。

六、现在对环保越来越重视了，因此又提出了绿色高性能混凝土的概念混凝土尽管是一种相对节能的大宗的建筑工程材料，但随着世界水泥年产量和混凝土浇注量的不断增加，其对资源、能源和环境产生了极其巨大的影响。

水泥混凝土能否长期维持作为最主要的建筑材料，不仅要求其具备在耐久性、施工性和强度等方面的高性能, 而且最关键之处在于其绿色“含量”是否高。

为此，“绿色高性能混凝土”的概念便油然而生。