高强混凝土

高性能混凝土简介
近年来，随着建筑业的飞速发展，逐渐向高层化、轻质化转化的趋势使得人们对混凝土的性能要求越来越高，一些普通混凝土已远远达不到人们的要求，高性能、高强混凝土也随之产生，不仅要求其有高的抗压强度、抗折强度以及耐久性等，还要求其有好的施工性能，便于现场施工。

一、定义
高性能混凝土是在高强混凝土的基础上发展起来的。

高性能混凝土有多种定义，不同国家，甚至同一个国家的不同部门，对高性能混凝土的定义都有差别。

吴中伟院士认为“高性能混凝土是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术，选用优质原材料，除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的活性细掺料和高效外加剂的一种新型高技术混凝土”。

通俗地讲，我们通常所谓的高性能混凝土是指混凝土具有高强度、高耐久性、高流动性等多方面的优越性能。

高强度、高工作性、高耐久性这三项指标，构成了“高性能混凝土”所具备“三高”的性能指标。

二、主要性能
1.强度
我国规定当混凝土的强度达到或超过60Mpa时为高强混凝土，其他国家的规定虽不尽相同。

但一般来说混凝土的强度至少要达到或超过50Mpa才能算高强混凝土。

高性能混凝土由于掺有一些活性细掺料使得强度大大提高，主要原因是：一方面磨细的掺合料可以起到颗粒填充的作用，掺合料一般颗粒比水泥的细，可以填充颗粒之间的孔隙，使得混凝土的孔隙率降低，改变了水泥的颗粒级配，形成细观层次的自紧密结构，因而能提高混凝土的强度；另一方面掺合料中的一些活性成分可以和水泥中的Ca(OH)2、SO3反应生成高强的钙矾石，钙矾石具有一定的微膨胀作用，可以补偿制品的化学干缩，从而提高密实度，对强度不利的Ca(OH)2也被反应掉，使得强度得到有效提高。

高效外加剂（减水剂）的掺入也能一定程度上增加混凝土的强度，普通混凝土中过量水的使用，导致混凝土内产生大量微孔，必然影响到了其强度。

减水剂的减水效应保证了水泥水化用水和新拌混凝土达到理
想的工作性，又大大减少了固化混凝土内的微孔，改善了混凝土系统的粘聚性，有效地减少了混凝土在硬化过程中砂浆与粗骨料界面处所出现的泌水、离析现象，从而使混凝土强度大大提高。

2.工作性
工作性的定义是混凝土混合物在拌和、输送、浇灌、捣实、抹平一系列操作过程中，在消耗一定能量情况下达到稳定和密实的程度。

工作性的涵义包括流动性、可塑性、粘聚性、稳定性和易密性。

在现实使用中考虑最多的是流动性。

随着建筑行业的迅猛发展，混凝土的使用量越来越大，现实施工中混凝土都直接用泵输送，大大提高了施工效率，但混凝土必须有较好的流动性。

高性能混凝土具有较好的流动性，主要原因是因为掺入的高效减水剂的减水作用引起的。

高效减水剂的减水作用机理在于，水泥在加水搅拌以及凝结硬化过程中，会产生一些絮凝状结构。

加入高效减水剂后，减水剂的憎水基团定向吸附于水泥质点表面，亲水基团指向水溶液，组成了单分子或多分子吸附膜。

由于表面活性剂分子的定向吸附，使水泥质点表面上带有相同符号的电荷，于是在电性斥力的作用下，不但使水泥水体系处于相对稳定的悬浮状态，并使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体，使絮凝状凝聚体内的游离水释放出来，从而达到减水的目的。

矿物掺合料也能一定程度上改善流动性，由于掺合料的颗粒直径比水泥细得多，可以填充到水泥颗粒间的空隙中，置换了其间的填充水，因而使拌合物的表面水相应大量增加，促进混凝土流动性的改善。

3.耐久性
耐久性的好坏直接决定了混凝土构件的使用寿命，混凝土构件在使用期间大都暴露于风吹日晒的大自然中，因为外界环境带来的影响会产生一系列物理和化学反应使得其性能逐渐劣化，减低使用寿命。

混凝土逐渐破坏的主要原因包括硫酸盐、氯离子等的侵蚀以及水结冰膨胀使得混凝土开裂等。

归其原因主要是混凝土有孔隙，使得有害物质容易侵蚀到混凝土内部，从而破坏混凝土的内部结构。

即抗渗性不好。

高性能混凝土具有较好的抗渗性能，物质进入内部大部分是通过期间的毛细管或孔隙进入的，微细掺合料的掺入可以填充颗粒之间的孔隙，堵塞物质传输的通道，使得孔隙率降低、密实度提高，从而有害物质不易侵入混凝土内部，使得高性能混凝土具有较好的抗渗性能，也就具有了良好的耐久性。

矿物掺合料也可进行水化，它水化一般会比水泥
稍慢，因而生成的水化产物能够有效填满水泥水化后留下的孔隙，起到和填充作用同样的效果。

三、高性能混凝土的优、缺点
1.优点
高性能混凝土具有较高的强度、良好的工作性、稳定的耐久性，这也是普通混凝土所不能比及的，也是高性能混凝土具有很好发展前途的原因之一。

2.缺点
（1）高强混凝土对于原材料的质量和施工工艺要求严格，必须用高强水泥、高质量掺和料、外加剂和骨料，拌和、运输、浇捣、养护工艺须严格控制，原材料质量波动、工艺过程管理和实施不善对质量的影响远比对普通混凝土的影响严重；
（2）在材料力学特性上，高强混凝土本身的延性低于普通混凝土，其抗拉、抗剪强度虽与抗压强度一起增高，但与抗压强度的比值却随之下降。

抗拉强度较低（相对于抗乐强度有较低的抗拉强度），容易发生脆性断裂；
（3）高性能混凝土离不开具有潜在活性的矿物掺合料，例如粉煤灰、硅灰、矿渣等，但高性能混凝土对掺合料的细度要求较高，而掺合料又较难磨，尤其是最常用的细掺料水淬矿渣，细度必须在比表面积400m2／kg以上。

我国目前是用球磨机对矿渣进行细磨，但球磨机的能量利用率很低(不到10％)，而矿渣易磨性比水泥熟料差得多，因此也提高了磨细矿渣的能耗与成本，这对细掺料的利用有阻碍。

（4）虽然高性能混凝土有较好的流动性，但高性能混凝土坍落度经时损失比较严重，即经过一段时间，流动度损失比较大，主要是因为水泥水化使得减水剂遭到严重损失，这也是其使用受到限制的主要原因之一。

四、高性能混凝土的应用
高强混凝土是高层建筑底部柱子和剪力墙的理想材料，利用高强、高性能混凝土的高强、早强和高变形模量的特点，来减小高层建筑底层剪力墙、柱子的截面尺寸，增加建筑使用面积，扩大建筑物的柱网间距，改善建筑使用功能。

20世纪90年代，美国、加拿大、日本、挪威、德国、澳大利亚等，成为应用高强高性能混凝土最多的国家，德国现行的混凝土结构设计规范已达C110级，强度等级为当今世界之最，挪威为目前世界上强度等级
第二高的混凝土结构设计规范，己有C105级超高强混凝土结构设计规范。

目前应用超高强混凝土最好的国家是挪威，世界上最深的钻井平台即1998年建成的比著名的埃菲尔铁塔还高的挪威Troll平台使用的就是超高强混凝土，其立方体抗压强度超过100MPa。

不可否认的是，我国在这方面的研究比较晚，技术也比较落后，1990年建成的上海南浦大桥、杨浦大桥的塔身都采用了C50级的混凝士，南浦大桥488块桥面预制扳12cm×4m，平均强度达75MPa。

目前，国内外有关高性能混凝土的研究应用与发展很快，
100MPa、150MPa以及230MPa的高性能混凝土都在工程中得到了应用，高性能混凝土之所以成为当前研究发展的重点和备受关注的焦点，与世界对混凝土耐久性的迫切需求有关，现代建筑物的高层化、大跨化、轻量化以及使用环境的严酷化，在建筑工程中所使用的混凝土的强度等级逐渐提高。

随着世界经济的高速发展，人们对混凝土结构物的性能与功能要求将不断提高，相应地，高性能混凝土的应用也会越来越广泛。

随着高性能混凝土技术的发展和应用量的不断增大，我国建筑业的整体水平将得到很大的提高。