现代化学化工进展

高性能混凝土技术的研究与展望

(重庆大学化学化工学院，重庆400044）

摘要：高性能混凝土( High Performance Concrete，HPC)由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在高铁客运专线桥梁、高层建筑、海港建筑等工程。本文主要介绍了高性能混凝土发展的历史背景及目前国内外的研究现状，阐明了高性能混凝土的特性，列举了高性能混凝土在国内的研究和应用，并对其发展趋势作出展望。随着我国建筑向高层化、大型化、现代化的发展，HPC必将成为新世纪的重要建筑工程材料。

关键词:高性能混凝土；耐久性；高体积稳定性

Abstract:High-performance concrete(High Performance Concrete, HPC)has many excellent characteristics of high durability, high workability,high strength and high dimensional stability,is considered to be the world's most comprehensive performance concrete has many important project, especially in the high-speed railway,bridges, high-rise buildings,harbor construction and other projects.This paper describes the historical background of the development of high-performance concrete and the present situation at home and abroad,to clarify the characteristics of high-performance concrete, citing the research and application of high-performance concrete in domestic outlook,and its development trend.With the building to the top of the large-scale development of the modern HPC will become the new century,important construction materials. Keywords：High performance concrete；High durability；High dimensional stability

高性能混凝土(HPC)的概念最初由美国国家标准与技术研究院(NIST）与美国混凝土协会(ACI)于1990年5月提出,他们认为高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土,必须采用严格的施工工艺,采用优质的材料配制,具有不离析、力学性能稳定、早期强度高、便于浇捣、韧性和体积稳定性好等性能,且耐久性好,特别适用于高层建筑、桥梁及暴露在严酷环境中的建筑结构[1] 。ACI于1998年对高性能混凝土给出了正式定义:高性能混凝土是符合特殊性能组合和匀质性要求的混凝土,如果采用传统的原材料组分和通常的拌和、浇筑与养护方法,未必总能大量地生产出这种混凝土。当混凝土的某些特性是为了某一特定的用途和环境而制定时,这就是高性能混凝土。

1 高性能混凝土的特点

1.1 高耐久性

高性能混凝土的重要特点是具有高耐久性，而耐久性则取决于抗渗性；抗渗性又与混凝土中的水泥石密实度和界面结构有关。由于高性能混凝土掺加了高效减水剂，其水胶比很低(≤0138)，水泥全部水化后，混凝土没有多余的毛细水，孔隙细化，最可几孔径很小，总孔隙率低；再者高性能混凝土中掺加矿物质超细粉后，混凝土中骨料与水泥石之间的界面过渡区孔隙能得到明显的降低，而且矿物质超细粉的掺加还能改善水泥石的孔结构，使其≥100μm 的孔含量得到明显减少，矿物质超细粉的掺加也使得混凝土的早期抗裂性能得到了大大的提高[2]。以上这些措施对于混凝土的抗冻融、抗中性化、抗碱—集料反应、抗硫酸盐

腐蚀，以及其它酸性和盐类侵蚀等性能都能得到有效的提高。

1．2 高工作性

高性能混凝土具有良好的流变学性能，高流动性，不泌水，不离析，能在正常施工条件下保证混凝土结构的密实性和均匀性，对于某些结构的特殊部位( 如梁柱接头等钢筋密集处) 还可采用自流密实成型混凝土，从而保证该部位的密实性，这样就可以减轻施工劳动强度，节约施工能耗。

1． 3 其它

高性能混凝土具有较高的韧性、良好体积稳定性和长期的力学性能稳定性。高性能混凝土的高韧性要求其具有能较好地抵抗地震荷载、疲劳荷载及冲击荷载的能力，混凝土的韧性可通过在混凝土掺加引气剂或采用高性能纤维混凝土等措施得到提高。高性能混凝土的体积稳定性表现在其优良的抗初期开裂性，低的温度变形、低徐变及低的自收缩变形。虽然高性能混凝土的水灰比比较低，但是如果将新型高效减水剂和增粘剂一起使用，尽可能地降低单方用水量，防止离析，浇筑振实后立即用湿布或湿草帘加以覆盖养护，避免太阳光照射和风吹，防止混凝土的水分蒸发，这样高性能混凝土早期开裂就会得到有效的抑制。高性能混凝土掺加了粉的普通混凝土都得到了显著降低，这对于大体积混凝土的温控和防裂十分有利。国内已有研究表明，对于外掺加40% 粉煤灰的高性能混凝土，不管是在标准养护还是在蒸压养护条件下，其360d 龄期的徐变度( 单位徐变应力的徐变值) 均小于同强度等级的普通混凝土，高性能混凝土徐度仅为普通混凝土的50% 左右。高性能混凝土长期的力学稳定性要求其在长期的荷载作用及恶劣环境侵蚀下抗压强度、抗拉强度及弹性模量等力学性能保持稳定。

2 高性能混凝土产生的研究现状及发展方向

针对混凝土的过早劣化，发达国家在20世纪80年代中期掀起了一个以改善混凝土材料耐久性为主要目标的“高性能混凝土”开发研究的高潮，并得到了各国政府的重视。从20世纪80年代开始，各国混凝土结构设计规范中逐渐突出了耐久设计的考虑，从只重视强度设计向强度与耐久性并重。进入20世纪90后代以后，混凝土结构耐久性设计方法成为土木工程领域中的研究重点。针对不同环境类别的侵蚀作用，提出材料性能劣化的理论或经验模式，并据此估算结构的使用寿命，成为发展和研究耐久性设计方法的主流。目前，高性能混凝土的发展有以下几个方向：

(1) 绿色高性能混凝土；

(2) 超高性能混凝土；

(3) 智能混凝土。

3 绿色高性能混凝土

3. 1 降低水泥用量,大量利用工业废渣,减少资源和能源的消耗

近年来,我国水泥产量增长速度十分惊人。2003年我国水泥的产量达到8.63亿t到2010年预计水泥产量将增至10亿t。1t水泥消耗石灰石0.98t，粘土0.18t，标准煤0.15t，电110度[3] 。按此计算,我国2003年消耗石灰石8.46亿t粘土1.55亿t，标准煤129亿t，电949.3亿度。到2010年预计将消耗石灰石98亿t，粘土18亿t，标准煤15亿t，电1100亿度,其资源和能源消耗可想而知。然而工业废渣的利用在建筑业占主导作用,如:粉煤灰、高炉矿渣、固硫渣等工业废渣具有潜在的火山灰活性和物理特性。如果把这些工业废渣大量的应用到水泥混凝土中代替一部分水泥,是一项可以在很大程度上减少资源和能源消耗的有效途径。由此可以看出降低水泥用量, 大量利用工业废渣,将大大减少由于混凝土越来越大需求带来的资源和能源的消耗, 利于环保和可持续发展[4]。

3. 2使用海砂、再生骨料等多种代用骨料, 保护自然资源

地球上的资源是有限的,许多资源是不可以再生的。工程建设是消耗资源和能源最大的