高性能混凝土的研究现状与应用前景

高性能混凝土的研究现状与应用前景
摘要：高性能混凝土(High Performance Concrete简称HPC)有较普通混凝土更为优良的特性，自其产生以来得到了迅速的发展。

本文分析了影响HPC耐久性、施工性能、力学性能和体积稳定性的影响因素。

简要介绍HPC的应用情况和存在的问题，并根据现有情况对HPC的发展做了预测。

关键词：高性能混凝土耐久性现状应用发展前景
Abstract: High performance concrete(HPC) has special characters comparing with the ordinary concrete.It has been developed quickly since it was first presented.In this article, analyses the elements that influence the durability,mechanical property and volume stability of HPC , introduces the application of HPC all over the world and question,and predicts .
Key word: HPC; durability; current situation; application; development;
1 引言
随着科学技术的发展，各种超长、超高、超大混凝土构筑物以及在严酷条件下使用的混凝土构筑物的建造需要不断增加，此类构筑物的施工难度大，对耐久性要求高，普通混凝土已不能完全满足其需要。

同时，近年来混凝土结构在使用过程中出现了大量安全性和耐久性问题，造成了一定的人员伤亡和财产损失。

因此，高性能混凝土的采用，对促进建筑科学技术的进步、延长建筑物的使用寿命、推动人-建筑-环境的和谐发展具有十分重要的意义。

2HPC的性能和研究现状
2.1耐久性
混凝土的耐久性涉及两方面：一是引起破坏的作用力或破坏力；一是材料对破坏作用的抵抗力。

两种力对抗的结果决定了材料是否耐久。

耐久性破坏主要有：混凝土碳化、氯离子侵蚀、钢筋锈蚀、碱-骨料反应、冻融破坏等。

防治耐久性综合症常需采取根本措施与综合措施。

根本措施是从根本上提高耐久性，即提高抵抗力，减轻或阻止破坏力；综合措施是先找出破坏作用的主次、先后、对主因、导因对症施治，抓住矛盾的主要方面予以解决，再及其他。

目前，对于HPC耐久性的评定没有统一的指标和方法，对其进行试验和评价基本仍沿用普通混凝土的方法和指标。

2.2工作性
目前仅采用坍落度尚不足以完全反应HPC的施工性能，但目前尚未有专门针对HPC的检测标准。

在振捣的过程中，HPC粘性大，粗骨料的下沉速度慢，在相同振动时间内，下沉距离短，稳定性和均匀性好。

同时，由于HPC的水灰比低，自由水少，且掺入超细粉，基本上无泌水，其水泥浆的粘性大，很少产生离析的现象。

而自密实混凝土不需机械振捣，在施工现场无振动噪声，可进行夜间施工，混凝土质量均匀，钢筋布置较密或者构件体型复杂时也可进行浇筑，施工速度快，现场劳动小。

2.3力学性能
混凝土的强度有抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、疲劳强度、粘结强度等。

由于混凝土是一种非均质材料，强度受诸多因素的影响。

水灰比是影响混凝土强度的主要因素，对于普通混凝土，随着水灰比的降低，混凝土的抗压强度增大，但对于HPC，由于低水灰比下存在搅拌困难、振捣不充分等问题，其强度提高不是无限制的，最高达到水泥的强度界限。

高效减水剂是HPC必需成分，其对水泥的分散能力强、减水率高，可大幅度降低混凝土单方用水量。

在HPC中掺入矿物超细粉可以填充水泥颗粒之间的空隙，改善界面结构，提高混凝土的密实度，提高强度，不同种类的矿物超细粉的最优置换率和对强度的影响不同。

2.4体积稳定性
混凝土的体积变形包括收缩变形、弹性变形、徐变变形和温度变形。

体积稳定性不良的混凝土会产生收缩开裂，使混凝土的抗渗性及其物理、化学、力学性能降低,耐久性下降。

影响混凝土体积稳定性的因素很多，包括水泥颗粒的细度、用水量、骨料情况等。

2.5 经济性
HPC较高的强度、良好的耐久性和工艺性都能使其具有良好的经济性。

HPC 良好的耐久性可以减少结构的维修费用，延长结构的使用寿命，收到良好的经济效益；HPC的高强度可以减少构件尺寸，减小自重，增加使用空间；HPC良好的工作性可以减少工人强度，加快施工速度，减少成本。

前苏联学者研究发现用C110~C137的HPC替代C40~C60的混凝土，可以节约15%~25%的钢材和30%~70%的水泥。

虽然HPC本身的价格偏高，但是其优异的性能使其具有了良
好的经济性。

3HPC的应用情况和存在的问题
与普通混凝土相比，高性能混凝土弹性模量高、变形小、刚度大、稳定性好，耐久性、抗渗性好，高性能混凝土结构的维修和重建费用少，工作寿命长。

高性能混凝土在国内外的工程中得到了广泛应用，主要用于解决以下工程难题。

3.1 钢筋密集、混凝土浇筑困难
受力复杂或承担内力较大的构件，配筋很密，混凝土浇筑非常困难，通过采用高流态的高性能混凝土，能保证顺利施工和工程质量。

3.2 耐磨性要求较高
高等级混凝土结构路面要求较高的耐磨性能，通过配合比优化设计，可以得到耐磨性能较好的高性能混凝土，提高混凝土路面的抗磨损性能。

3.3 耐久性要求较高
具有优良耐久性能的高性能混凝土，用于建造码头、船坞、防波堤、采油平台等港口和海洋工程，可大大提高工程结构的耐腐蚀能力和抵抗海浪冲刷的能力。

3.4 提高承载力
随着建筑结构高度的增加，底层受压构件的压力迅速增大，如采用传统混凝土，则构件截面尺寸增大，影响底层的空间要求和使用功能。

采用高性能混凝土，在保证构件承载力的基础上能有效减小截面尺寸，满足高层建筑的需求。

3.5 泵送高度大
目前，混凝土的泵送施工非常普遍。

对超高层建筑结构，泵送高度大，对混凝土的工作性要求较高。

采用工作性能优异的高性能混凝土，可使混凝土的一次泵送高度达到300m以上，从而大大降低施工难度。

3.6 HPC存在的问题
在HPC的应用过程中也存在一些问题。

在HPC的原材料方面，我国水泥质量不稳定，离散性大；在骨料方面,粗骨料质量低劣、含泥量大、级配较差，细骨料细度模数不合要求；在外加剂和外掺料的选择上，尚缺乏充分的适用性的研究。

在HPC的施工过程中，施工人员的技术水平有限，养护措施不到位，使HPC 的密实性和质量不稳定。

在HPC的耐久性方面存在结构早期开裂等问题，为后
期各种有害介质渗透提供通道，给氯离子侵入、碱骨料反应的发生和钢筋锈蚀创造可能。

在HPC的设计方面，由于HPC的后期强度增长不及普通混凝土，而且脆性大，需要特别注意。

同时，在HPC的研究方面，现在的研究以实验室研究为主，但是实验室的情况与实际工况相差较大，这不利于今后HPC的推广应用。

4 高性能混凝土的发展
4.1 绿色高性能混凝土
水泥混凝土是当代最大宗的人造材料，对资源、能源的消耗和对环境的破坏十分巨大，与可持续发展的要求背道而驰。

国内外学者都提出了绿色建筑材料的概念，而绿色高性能混凝土是绿色建筑材料的重要内容，开发和利用绿色高性能混凝土成为混凝土研究的重要课题。

绿色高性能混凝土节约更多的资源和能源，对环境的破坏减小到最低限度，使混凝土结构工程健康发展。

4.2 超高性能混凝土
超高性能混凝土，如活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，RPC)，其特点是高强度，抗压强度高达300Mpa，且具有高密实性，已在军事、核电站等特殊工程中成功应用。

4.3 智能混凝土
智能混凝土是在混凝土原有的组分基础上复合智能型组分，使混凝土材料具有自感知、自适应、自修复特性的多功能材料，对环境变化具有感知和控制的功能。

随着损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列机敏混凝土的出现，为智能混凝土的研究、发展和智能混凝土结构的研究应用奠定了基础。

5结语
HPC诞生时间虽短、各国研究有限，尚无统一标准和结论，但因其自身优异的性能，已得到迅速发展和一定范围的应用。

今后，必须加强对HPC及其结构性能进行系统研究,完善理论体系，制定相关规范和文件，总结应用经验，优化使用方法，提高使用的有效性和可靠性。

那么，HPC定能克服现存不足和问题，向更加高效、环保和经济的方向发展，走优质、低耗、高效、可持续发展之路，必将成为混凝土工程的主导材料，在工程实践中得到更为广泛的应用。

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