高性能混凝土概况

高性能混凝土概况

自高性能混凝土概念的出现至今也只有10余年,不同国家不同学者依照各自的认识实践、应用范围和目的要求的差异，对高性能混凝土的定义和解释也不尽相同。不少人认为，高性能混凝土也应该是高强混凝土，或者更确切的如美国学者Mehta提出的，高性能混凝土应具有高强度（60MPa 以上）、高工作度（流态、可泵）、高体积稳定性（硬化过程中不开裂、收缩徐变小）和高抗渗性（耐久）。1992年法国Malier Y. A.认为，高性能混凝土也提出与此相似的强度要求，其特点在于有良好的工作性、高的强度和早期强度、工程经济性高和耐久性好，并将强度超过100MPa并具有良好工作度和其它优良特性的混凝土称为高性能混凝土，而1990年5月，美国国家标准与技术研究所（NIST）和美国混凝土协会（ACI）主办的讨论会上，高性能混凝土被定义为具有所要求的性质和均匀性的混凝土，靠采用传统的组分和施工方法（一般的搅拌、浇注和养护方法）是不可能制备出这种混凝土的。HPC所具有的性质包括：易于浇注、密实而不离析的工作性；高的并且能够长期保持的力学性能；高早期强度；高韧性；高体积稳定性；在严酷的环境中具有长久的寿命。三年后，加拿大学者Aitcin又阐述了HPC与高强混凝土的不同，指出，高强混凝土就是强度高的混凝土。这正如Birchall和Kelly能够制造含聚醋酸乙烯酯的超高强水泥基

材料制品，但这种材料的耐湿性和耐久性不能令人满意；同样Roy和Gouda通过加压技术在试验室制备出470MPa的水泥砂浆，但这种材料根本没有办法进行现场浇注，仅强调强度并不是高性能混凝土特征。高性能混凝土在实际应用中，许多情况下强调的不是抗压强度，而是要求其它方面的性能。例如，高弹性模量，高密实度，低渗透性或对某种侵蚀破坏的抵抗能力。

1992年日本的学者等认为：高性能混凝土应具有高工作性（高的流动性、粘聚性与可浇筑性），低温升、低干缩率、高抗渗性和足够的强度。

在我国，吴中伟则概括地认为，高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，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，它以耐久性作为设计的主要指标。针对不同用途要求，高性能混凝土对下列性能有重点地予以保证：耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性、经济性。蒲心诚认为，高性能混凝土应具有大流动性，高强度，高耐久性。

一、高性能混凝土的特性

与普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下独特的性能：

1．高性能混凝土具有一定的强度和高抗渗能力，但不一定具有高强度，中、低强度亦可。

2．高性能混凝土具有良好的工作性，混凝土拌和物应具有较高的流动性，混凝土在成型过程中不分层、不离析，易充满模型；泵送混凝土、自密实混凝土还具有良好的可泵性、自密实性能。

3．高性能混凝土的使用寿命长，对于一些特护工程的特殊部位，控制结构设计的不是混凝土的强度，而是耐久性。能够使混凝土结构安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土应用的主要目的。

4．高性能混凝土具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。

概括起来说，高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。

二、高性能混凝土的配备及应用

1．高性能混凝土的配备原则

在高性能混凝土按配合比拌制之前,必须对原材料进行检验,尤其要控制好集料,水泥和矿物掺合料的质量,主要的技术指标必须达到施工规范提出的要求。由于高性能混凝土用水量少,水胶比低,拌合时较稠,因此在具体的操作中,应需要采用拌合性能好的搅拌设备。配制的基本原则是:采用低水胶比,选用优质原材料,且必须掺加足够数量的矿物细

掺料和高效外加剂如硅灰、粉煤灰、矿渣等,并从混凝土拌和物的流动性、施工工艺方面考虑,以获得高流态、低离析、质量均匀的高强混凝土。粉煤灰能有效地提高混凝土的抗渗性,显著改善混凝土拌合物的工作性,拌合用水采用无污染、无杂质的饮用纯净水。另外,制备高性能混凝土时,各种原材料的计量应尽量准确。

2．高性能混凝土的应用范围

随着材料科学的不断发展,耐久性、养护的难易程度以及建设的经济性已成为工程建设的目标.高性能混凝土具有易于浇注、捣实而不离析、高超的、能长期保持的力学性能,早期强度高,韧性高和体积稳定性好,在恶劣的使用条件下寿命长、高强度、高流动性与优异的耐久性。目前,高性能混凝土广泛用于很多离岸结构物和长大跨桥梁的建造,包括长大跨桥梁所用的拌合物。它们主要用于主梁、墩部和墩基,硅粉混合水泥。另外,由于高性能混凝土可以显著降低结构的重量,显著提高受弯构件刚度,在预应力结构中则可施加更高的预应力值,并可利用早强特点提高张拉。并且,高性能混凝土还具有较强的抵抗大气环境作用和化学物质侵蚀的能力以及耐磨能力,可以广泛应用于露天工程或地下工程以及道路桥梁工程当中。

三、高性能混凝土配合比设计原则

根据混凝土受力过程及混凝土强度理论。混凝土强度主

要受混凝土中水泥石的密实度决定的，即无论是水灰比强度公式、Powers的胶空比理论，还是葛里非斯的脆性材料断裂理论都是以混凝土中水泥石为研究对象，都是从不同的角度研究混凝土的密实度对混凝土强度的影响。配制高强混凝土的技术途径很多，例如：采用化学外加剂、超细矿粉、机械压实、纤维增强、聚合物增强及蒸压养护等措施。实现高强混凝土的手段，一般认为是由胶凝材料本身的高强化，增强胶凝材料与集料的界面粘结力及选择最佳集料三要素组成。

在高耐久混凝土配合比设计中主要考虑的影响因素有：▲工作性。良好的工作性是使混凝土质量均匀、获得高性能且安全可靠的前提。没有良好的工作性就不可能有良好的耐久性。高性能混凝土拌和物具有高流动性、可泵性。同时，拌和物还应具有体积稳定、不离析、不泌水等特性。为了保证施工的质量，配制时还要考虑减小流动性损失。影响高性能混凝土拌和物工作性的因素主要有水泥砂浆用量（包括水胶比、胶凝材料用量以及砂率）、集料级配、减水剂品种及用量等；

▲强度。影响强度的主要因素有水胶比和矿物细掺料的用量等。受界面的影响，粗集料粒径、砂率和浆体数量也会对强度有一定的影响；

耐久性。高性能混凝土配制的最终目标主要是优良的耐久性，而用于承重结构，则同时强度应满足不同构件的要求。