高性能混凝土的发展与应用论文

高性能混凝土的发展与应用论文

摘要：国内外的学者和工程技术人员经过多年努力在高性能混凝土研究上取得了一定的进展，其中高性能轻混凝土、自密实混凝土和绿色高性能混凝土是现在研究的重点方向。

自混凝土发明以来至今100多年的历史，这种材料已成为现代土木工程中首选材料之一，随着我国城市化进程的发展，其用量将不断增加。混凝土结构工程的将朝高度，跨度，深度三个方向发展，特种结构的发展也要求混凝土具备足够的耐久性、工作性和强度，然而普通混凝土的缺点是自重大，易开裂，因此一种新型混凝土的研制和应用势在必行。

一、高性能混凝土的定义

20世纪50年代美国国家标准与技术研究院和美国混凝土协会首次提出高性能混凝土（High performance concrete，简称HPC）的概念。而其高性能包括：易浇捣而不离析，力学性能稳定，早期强度高，韧性高和体积稳定性好，在恶劣的环境中使用寿命长。中国工程院院士吴中伟教授于1992年在国内首先提出研究与推广高性能混凝土的建议，继而根据可持续发展战略，提出“环保型胶凝材料”与“绿色高性能混凝土”的新概念。他对高性能混凝土的定义为：高性能混凝土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，针对不同用途的要求，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。我国《高

性能混凝土应用技术规程》（CECS207-2006）对高性能混凝土定义为：采用常规材料和工艺生产，具有混凝土结构所要求各项力学性能，具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。

二、高性能混凝土的特征

作为高性能混凝土应具备三个基本要素：新拌混凝土的工作性、硬化混凝土的强度和耐久性，其中优良的耐久性是首要的技术指标。

1.新拌混凝土的工作性

新拌混凝土的工作性指拌合物在搅拌、运输、浇注等过程中都能均匀密实而不分层离析的性能，它具有流动性大，易于均匀密实；粘聚性好，不易离析分层；保水性好，能保持水分不泌出三个方面的性能。

其中免振自密实混凝土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。免振自密实混凝土具有三个特性：流动性；良好的稳定性，不离析；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。因此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、改善混凝土施工操作、减少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土浇注。

2.硬化混凝土的强度

高性能混凝土的抗压强度已超过200MPa。28d平均强度介于100～

120MPa的高性能混凝土，已在工程中应用，其抗拉强度与抗压强度值比较高强混凝土有明显增加，高性能混凝土的早期强度发展加快，而后期强度的增长率却低于普通强度混凝土。

目前普遍存在两种观点一是高性能混凝土必须是高强混凝土（C50以上），高强混凝土未必是高性能混凝土；二是从工程应用及安全性与耐久性等要求看，高强混凝土必须是高性能混凝土，而高性能混凝土不一定要高强度。

三、获得高性能混凝土的技术途径

配置高性能混凝土的重要措施是减小水胶比，使混凝土密实性提高，其强度和耐久性可显著增长，一般水胶比选择在0.4以下，在工程中可以通过掺入减水剂、矿物质细粉等方式达到目的。高效减水剂是表面活性剂，在搅拌混凝土时掺入，吸附在水泥颗粒的表面，可使颗粒分散，大大提高水泥浆的流动性，使得低水灰比配制的混凝土具有高坍落度能促进水泥的水化作用，提高早期强度高效减水剂赋予混凝土高密实度即高强度、高耐久性，同时具有优异的施工性能。矿物质超细粉可填充水泥石中毛细管孔隙，通过参与水泥的水化反应，改善水泥石孔隙结构，从而使混凝土的渗透性降低。

除此之外，获得高性能混凝土的技术途径还有：选择符合要求的原材料；采用合理工艺参数；控制施工工艺。

四、高性能混凝土在工程中的应用

高性能混凝土技术在世界范围内已是一项比较成熟的技术，并且已经成功地用于各个领域：高层建筑、桥梁、地下结构和隧道、防护

工事、港口和海洋工程、预应力结构等。

1.高性能混凝土在高层建筑中的应用

高性能混凝土首先用于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。美国芝加哥79层的Water Tower Place大楼柱子采用了60MPa混凝土；多伦多的Scotia Plaza Building和西雅图的Two union Square Building两座建筑物则分别有90MPa和120MPa的高性能混凝土柱子。我国在沈阳方园大厦、大西电业园等多项高层建筑钢管混凝土柱中应用C80高强与高性能混凝土。上海金茂大厦，采用C60混凝土泵送高度为到230m，C50泵送高度为265m，C40泵送高度为383m，且均为一次泵送到位；在上海教育电视台综合楼大体积基础，水泥用量只占胶凝材料总量的46%，配制的混凝土浆量饱满，混凝土工作性、粘聚性和抗离析性能都十分优异，强度达到C40的高性能混凝土。北京财税大楼首层柱中选定4根柱采用C110商品预拌混凝土。

2.高性能混凝土在道路工程中的应用

美国大约有70%的公路采用高性能道面混凝土。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。提高混凝土路面表面的致密性、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。我国青藏铁路建设工程中全面推广使用。

3.高性能混凝土在桥梁工程中的应用

我国目前C50～C60级泵送混凝土的应用已得到较大推广，如钱塘江二桥、汕头海湾大桥、黄石大桥、武汉长江二桥、万县长江大桥等。

4.高性能混凝土在海洋工程中的应用

提高港口水工建筑物耐久性研究提出技术经济合理、便于推广应用的新型海工高性能混凝土，大跨桥梁、海底隧道和离岸采油平台，如：汕头港外深水航道治理工程；珠江口伶仃洋深水航道治理工程；青岛、宁波北仑等港口建成了能靠泊二十万吨级油轮和矿石船的深水泊位。

五、高性能混凝土存在的问题

配制高性能混凝土的特点是低水胶比并掺有足够数量的矿物细掺合料和高效减水剂，从而使混凝土具有综合的优异的技术特性，但由此也产生了两个值得重视的性能缺陷：自干燥引起的自收缩和脆性。

在设计和施工时要注意高性能混凝土的塑性变形小、延性稍逊于普通混凝土的特点，宜加强构造措施，提高安全施工管理和严格控制制配技术，以确保结构的质量和安全度。

六、高性能混凝土的发展前景

国内外的学者和工程技术人员经过多年努力在高性能混凝土研究上取得了一定的进展，其中高性能轻混凝土、自密实混凝土和绿色高性能混凝土是现在研究的重点方向。