高性能混凝土技术发展及应用

浅谈高性能混凝土技术发展及应用

摘要：高性能混凝土在90年代开始得到迅速发展，在超高层建筑、桥梁、公路等建筑中愈来愈多。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。高性能混凝土由于具有高耐久性、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，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出其独特的优越性，在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益。

关键字：混凝土、高性能混凝土、发展、应用

1、高性能混凝土技术的发展

自从清华大学向国内介绍高性能混凝土以来，高性能混凝土的研究与应用在我国得到了空前的重视。1993年国家自然科学基金会、建设部、铁道部和国家建材局联合资助了重点科研项目《高强与高性能混凝土材料的结构力学性态研究》，随后许多省、市科委和建委也资助了高强、高性能混凝土方面的研究课题。1999年中国土木工程学会高强与高性能混凝土委员会（hscc）编写了《高强混凝土结构设计与施工技术规程》（（中国工程建设协会标准cecs104：99）。我国“九五”重点科技攻关项目《重点工程混凝土安全性研究》，由中国建筑材料科学研究院牵头，跨部门、跨行业地协作攻关，取得了许多重大成果。四航局主持制定的《海港工程混凝土结构防腐

蚀技术规范》（jtj275-2000）中，规定用于海港工程的高性能混凝土，磨细矿渣的掺量可达到50%～80%，同时要求水胶比≤0.35，坍落度≥120mm，强度等级≥c45，这也是我国首个对高性能混凝土技术要求进行具体规定的规范。

1.1.1纤维混凝土

在混凝土掺入纤维，纤维掺入改善其抗拉性能和抗裂性能，国外纤维混凝土很热，公路路面用得多，国内纤维混凝土研究主要在低掺量纤维混凝土（按体积比在2.5%以下），当掺入纤维超过2.5%己结团，所以就无效了。国外已重点研究中掺量和高掺量纤维混凝土（丹麦掺量为6% ，美国掺量在17% ～23% ，但其效果基本相同），丹麦一般掺入短纤维，表面镀铜，强度可达成c200以上，破坏时，塑性很好。美国的纤维混凝土主要用来做板和高速公路面层，这种纤维混凝土很薄，已用在高速公路面层，路面弹性非常好，且感性，但其造价很高。 1.1.2 机敏型高性能混凝土

自身诊断、自身控制、自身修复等机敏能力功能的机敏型高性能混凝土，如自密实混凝土、内养护混凝土、承受高温的高强混凝土。

1.1.3活性细粉混凝土

在混凝土中掺入超细粉物质，可以使硬化水泥石结构致密，孔径细化，改善界面结构，具有高的抗渗性、耐久性和强度，即在混凝土中掺入超细粉物质可以改善高强混凝土的结构并提高其性能。国外已成功研制了立方体抗压强度可达200mpa～800mpa超高强活性细粉混凝土，其抗拉强度也可达25mpa～150mpa，它是一种超高强

混凝土，并且这种混凝土在工程实际中也得到了应用。国内东南大学等单位采用国产细粉材料，加入适量钢纤维，也己研制成c180～c360级的活性细粉混凝土。

1.1.4 免振自密实混凝土

由于免振自密实混凝上具有十分良好的工作性，使混凝土的填充性、密实性、均匀性得到显著的提高，成为混凝土技术的一项新的进展而被列为高性能混凝土一族。免振自密实混凝土是近十多年来由日本首先研究开发并付诸工程应用的一项近代混凝土技术。由于免振自密实混凝土在工程上应用可以取得提高混凝土质量、改善混凝上施工操作、养活施工噪音以及提高劳动生产率、加快施工进度、降低工程费用等技术经济效果，近年来世界各国对此给予很大的重视与关注。日本到2003年已有1/2的混凝土工程使用免振自密实混凝上浇注。顾名思义，免振自密实混凝土是在浇筑时仅靠混凝土自身的重力而不需要任何捣实外力而达到自密实、自流平的一种混凝土。免振自密实混凝土应具有三个特性：

（1）流动性；

（2）良好的稳定性——不离析：

（3）对钢筋和模板中的任何间隙，具有良好的通过能力，不产生阻塞。

2、高性能混凝土技术的应用现状

高性能混凝士技术工正在世界各地成功地用于很多离岸结构物

和长大跨桥粱的建造，langley等人叙述了几种加拿大长大跨桥梁

所用的拌合物。它们用于主粱、墩部和墩基，硅粉混合水泥用量为450 kg/m3。水153l/m3，引气剂160ml/m3和高效减水剂3l/m3。其坍落度大约在200mm；含气量6.1%：1d、3d、28d抗压强度分别为35、52和82 mpa；基础和其他大块混凝土的混合水泥用量为307 kg/m3，粉煤灰133 kg/m3，用水量接近。但引气剂和高效减水剂掺量大幅度减小，坍落度约在185mm；含气量7%；ld、3d、28d和90d 抗压强度分别为10、20、50和76mpa。根据加拿大和美国的透水性与氯离子快速渗透标准方法实验结果表明：两部分混凝上都呈现非常低的渗透性。对高性能混凝土结构的施工，需要强调加强现场实验室试验和质量验收。

高性能混凝土发展的另一领域是高性能轻混凝土，相对于钢材，普通混凝土的强度自重比很低，掺有高效减水剂的高强混凝土则大大提高了该比例；用有大量微孔的轻骨料代替部分普通骨科，就能进一步提高这个比例。由于骨料的质量不同，密度为2000 kg/m3、抗压强度在70～80 mpa的高性能轻混凝土在一些国家已经商品化并用于构件生产。在澳大利亚、加拿大、日本、挪威和美国，高性能轻混凝土已用于固定式和漂浮式钻井平台；因为水泥浆和骨料之问的界面粘结强度高，它可以不透水，所以在侵蚀环境中能够很耐久。采用掺10%～15%硅粉其至更高的混合水泥配制的超塑化混凝土，具有优良的粘附力，因此适用于湿喷的喷射混凝土进行结构修补，这也是高性能混凝土的应用领域之一。

2.1高性能混凝土在桥梁道路中的应用

2.1.1国内发展情况

我国近几年来在大力建设高速铁路，正在建设的武广客运专线、广珠城际轨道等十一条高速铁路工程设计使用年限长达100年，普通混凝土已不能满足耐久性要求，因此高性能混凝土在高速铁路建设中开始了尝试性应用。因无具体标准，我国铁道部科学技术司于2005年发布了《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》作为客运专线高性能混凝土质量的参考依据，技术条件中对高性能混凝土的技术指标、原材料质量都提出了一些要求，成为国内工程建设中第一个高性能混凝土执行依据。这对我国的铁路建设中高性能混凝土的应用起到了一定的作用。

2.1.2国外发展情况

第十六届国际混凝土路面会议，提出路面设计不仅要提出平均强度要求，还应提出耐久性要求。在未来发展方向中提出抗拉强度达17mpa的超高强混凝土，用于铺筑连续的混凝土路面。捉商混凝土道面表面盼致密性、抗渗性都是很重要的，而这是需要通过高性能混凝土来实现的。

2.2高性能混凝土在高层建筑中的应用

高性能混凝上（﹥60mpa）首先用于30层以上高层建筑物的钢筋混凝土结构，因为这种建筑物下部三分之一的柱子，在用普通混凝土时断面很大。除节省材料费用外，与钢结构相比，加快施工速度也是采用混凝土结构的重要特点，自美国芝加哥在1965年以50mpa 混凝土浇注lake point tower的一些柱子以来，北美和其他国家