高性能混凝土

1. 简述什么是高性能混凝土。

随着各种新材料，新工艺的出现，一些大型的和超大型的混凝土建筑物如高层超高层的大楼，城市立交桥，跨河跨海大桥，大型隧道等大型的混凝土工程的需要越来越多，也越来越多的被兴建。这样的混凝土工程所在的环境恶劣，施工过程中难度大，建成的工程一旦出现问题，维修困难。在这样的情况下，要求新拌混凝土具有良好的工作性，而且制成的混凝土要有足够的使用寿命，更要经久耐用。在这种情况下，高性能混凝土应运而生。

对于高性能混凝土，我们给予以下定义：它是一种新型的高技术混凝土，是

在大幅度提高普通混凝土性能上采用现代混凝土技术制作的混凝土，以耐久性作为设计的主要目标，针对不同的用途要求，保证混凝土的适用性和强度并达到高耐久性、高工作性、高体积稳定性和经济性。

高性能混凝土并不是混凝土的一个品种，而是强调混凝土的“性能” 或者质量、状态、水平。对不同的工程，高性能混凝土有不同的强调重点。高性能混凝土是高质量的混凝土，不是只要有配合比就能生产的，而是由包括原材料控制、拌合物生产制备和整个施工过程来实现的，使用高性能混凝土必须特别重视全面质量控制，更严格地执行有关规范和有关技术规定，以保证混凝土具有良好的均质性，不论强度多少，均应在所使用的环境下是耐久的。在配合比设计上，要以耐久性为目标。2. 高性能混凝土为什么要把耐久性作为设计的主要指标？

混凝土从问世以来，经历了低强度、中等强度、高强度乃至超高强度的发展

历程，似乎人们总是乐于追求强度的不断提高。但是近四五十年以来，混凝土结构因材质劣化造成过早失效以至破坏崩塌的事故在国内外都屡见不鲜，并有愈演愈烈之势。这些混凝土工程的过早破坏，其原因不是由于强度不足，而是因为混凝土耐久性不良。并且由于混凝土的耐久性劣化或失败，世界各国为此付出的代价十分沉重。然而，值得庆幸的是，由于工程安全因素，更由于耗费巨资的经济因素提醒我们: 现在，混凝土耐久性问题己越来越受到人们的重视。美国学者用“五倍定律” 形象地说明了混凝土耐久性的重要性，尤其是设计对耐久性问题的重要性。例如设计时，对新建项目在钢筋防护方面无谓地每节省 1 美元，就意味着当发现钢筋锈蚀时采取措施要多追加维修费 5 美元，顺筋开裂时需多追加维修费25 美元，严重破坏时许多追加维修费125 美元。沉重的代价使人们认识到，不仅需用耐久性良好的材料及时修复己出现耐久性劣化的混凝土工程，更重要的是必须使今后新建的混凝土工程具有足够的耐久性以保证设计寿命。例如一些国家要求建设更为耐久的结构物，设计使用寿命为100年或更长。为此，世界各国都开始专门研究混凝土的耐久性及其改善技术。

由此看来，混凝土耐久性已成为国际工程界普遍关注的重大课题。随着科学技术的发展和人类文明的进步，人类生产活动涉及的范围越来越广，各种在严酷环境下使用的混凝土工程，如跨海大桥、海洋工程、核反应堆、电站大坝等不断增多，这些工程关系国计民生，必须实现百年大计甚至千年大计，这就更加要求混凝土具有优异的耐久性即足够长的使用寿命。为此，人们对混凝土耐久性的追求已越来越主动和自觉，甚至超过了过去对混凝土强度的追求，于是人们把耐久性作为高性能混凝土设计的主要指标。

3. 混凝土的冻融破坏机理有哪些？氯离子渗透机理有哪些？混凝土中存在大量的毛细孔，混凝土硬化后毛细孔中会有自由水的存在。事实上，毛细孔中的水结冰并不会使混凝土内部结构遭到严重破坏，因为混凝土中除了毛细孔之外，还有一些水泥水化后形成的胶凝孔和其他原因形成的非毛细孔，这些孔隙中常混有空气，当毛细孔

中的水结冰膨胀时，这些气孔能起缓冲作用，能将一部分未结冰的水挤入胶凝孔中，从而减小膨胀压力，避免混凝土内部结构破坏。但当混凝土处于饱水状态受冻时，其毛细孔壁同时承受毛细孔冰晶膨胀压和凝胶孔渗透压两种压力，当这两种压力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会开裂; 在反复冻融循环后，混凝土中的裂缝由表及里相互贯通，其强度逐渐降低，直至完全丧失使用性能。

混凝土的抗冻性与其内部孔结构、水饱和程度、受冻龄期和混凝土的强度等许多因素有关，其中最主要的因素是它的孔结构，而混凝土的孔结构是由混凝土水灰比、添加剂和施工养护方法等因素决定的。一般来说，水灰比较小、内部孔隙少、密实且强度高的混凝土抗冻性较好; 添加引气剂使混凝土结硬后内部包含大量分布较为均匀的封闭微气孔，可以大大改善混凝土的抗冻性。

氯离子侵入混凝土的方式有毛细管吸附、静水压力和扩散三种。最常见方式的是扩散，即氯离子的运动是在浓度梯度的驱动下产生的。出现这种情况时，混凝土中必须有连续的液相，同时氯离子有浓度梯度存在。第二种氯离子侵入的方式是渗透，此时压力梯度是驱动力。如果在混凝土表面施加一个液压压头，同时有氯离子存在时，氯离子将会渗透入混凝土。当混凝土表面处于干湿交替的环境中时，毛细管吸附是氯离子通常侵入混凝土的方式。当水（可能含有氯化物）遇到干燥的混凝土表面时，由于毛细管的吸力作用，水将被吸入混凝土孔隙中。吸附的驱动力是湿度梯度。通常情况下，混凝土表面的干燥深度很小，仅通过毛细管吸附的作用并不能使氯离子到达钢筋的表面，除非混凝土的质量是极端的低劣同时混凝土保护层厚度也很小。但毛细管吸附的确可以很快的使氯离子到达混凝土内部的一定深度，从而减小了氯离子通过扩散到达钢筋表面的距离。

4. 混凝土的中性化的定义，中性化的直接后果是什么？

空气、土壤、地下水中存在的酸性物质：CO2,、HCl、SO2、Cl2 等与水泥石中的碱性物质发生化学反应的过程，称为混凝土的中性化。中性化的后果是生产不溶或难溶性盐、体积膨胀、生成易溶和吸潮性盐；硫化作用将环境中硫元素化为硫酸。通常情况下，早期混凝土具有很高的碱性，其pH 一般都大于12.5，在

这样高的碱性环境中埋置的钢筋容易发生钝化作用，使钢筋表面产生一层钝化膜，

能够阻止混凝土中钢筋的锈蚀。但当有 C 02 和水汽从混凝土表面通过孔隙进入混凝土内部时，与混凝土材料中的碱性物质中和，会导致混凝土的pH降低，当

混凝土完全碳化后，就出现pH小于9的情况，在这种环境下，混凝土中埋置的钢筋表面钝化膜被逐渐破坏，在其它条件具备的情况下，钢筋就会发生锈蚀。钢筋锈蚀又将导致混凝土保护层开裂、钢筋与混凝土之间粘结力破坏、钢筋受力界面减少、结构耐久性降低等一系列不良后果。

5. 高性能混凝土可采取什么技术路线提高其耐久性？

高性能混凝土的核心是保证耐久性。高性能混凝土在配制上的特点是低水灰比，选用优质原材料，除水泥、水和骨料外，必须掺加足够数量的矿物集料和高效减水剂，减少水泥用量，减少混凝土内部孔隙率，减少体积收缩，提高强度，提高耐久性。

在混凝土方面，（1）掺入高效减水剂。在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减少水灰比，使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。（2）掺入高效活性矿物掺料。普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足，是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中掺入活性矿物的目的，在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。(3) 消除混凝土自身的结构破坏因素。除了环境因素引起的混凝土结构破坏以外，混凝土本身的一些物理化学因素，