超高强高性能混凝土在我国的研究与应用

0 前言

本文所指的超高强高性能混凝土是指强度达到100~149MPa 范围，可泵送、耐久性能优异的一种混凝土。这是重庆大学蒲心诚教授在超高强高性能混凝土一书中提出的混凝土分类观点，根据其工作性能差异又可分为流态超高强混凝土和高流态超高强混凝土。笔者认为，由于具有良好的可泵送性能，对于现浇混凝土结构，这种混凝土是这一强度范围内性能最优异的选择。

1 超高强高性能混凝土在我国的研究现状

近年来，超高强高性能混凝土的研究得到迅猛发展。研

究主要集中在超高强高性能混凝土的强度实现途径、工作性能表现和耐久性能表现这三个方面。1.1 超高强高性能混凝土的强度

重庆大学蒲心诚教授及其博士生王冲等人对超高强高性能混凝土的制备方法以及性能进行了比较系统的研究[1]，在国内较早提出了系统的超高强高性能混凝土制备方法，采用硅酸盐水泥+活性矿物掺合料+高效减水剂的技术途径，在国内最早制备出28d 抗压强度达到140MPa 的超高强高性能混凝土。这一强度实现的技术途径，也是当前国际最为通用的技术途径。

超高强混凝土水灰比一般≤0.3，但是在类似的胶凝材料体系下，并不是水灰比越小，强度越高。混合物的匀质性和流动性也会严重影响硬化混凝土的强度，匀质性和流动性越好，成型试件的缺陷越少，混凝土的强度也会越高。超高强高性能混凝土在我国的研究与应用

高育欣，吴业蛟，王明月

（中建商品混凝土成都有限公司，成都 610052）

[摘 要]调查了国内近二十年来超高强混凝土的研究和应用情况，对超高强高性能混凝土的强度实现途径、工作性能表现、耐久

性能表现进行了总结归纳；对目前国内超高强混凝土的应用工程进行了调查，提出了超高强高性能混凝土大批量工程应用需要解决的问题，并进行了初步探索。[关键词]超高强混凝土；高性能混凝土；应用

Research and application of ultra-high strength high performance concrete in china

Gao Yuxin, Wu Yejiao, Wang Mingyue

(CSCEC READY MIX CO., LTD, Chengdu,610052)

Abstract: This paper ased on a survey of domestic research and application of ultra-high strength high performance concrete in the past 20 years, a review work about this area of strength realization, workability and durability is introduced. Besides, the problem concerning the mass practical application needed to solve is raised and preliminarily put forward.Key Words : ultra-high strength concrete; high performance concrete; application

1.2 超高强高性能混凝土的工作性能

对于超高强高性能混凝土的工作性能，蒲心诚教授等人的研究证明，高效减水剂起着主导作用，是超高强高性能混凝土流态化的基础。在高效减水剂的作用下，高性能矿物掺合料的掺入会进一步提升超高强度混凝土的流动性能。比如硅粉的掺入可显著提高混凝土的流动性能[1，2]。研究还证明，超高强混凝土存在一个最佳砂率范围[1]。郭向勇等人的研究也证明了这一点[3]。

笔者所在的团队从2003年开始研究高流态超高强混凝土，笔者认为，随着减水剂技术的不断进步，特别是聚羧酸减水剂的不断推广，超高强混凝土的流态化越来越容易实现，在0.2~0.3的水灰比范围内，通过调整外加剂的掺量，均可制备出高流态超高强混凝土。

对于商品化的超高强混凝土，人们通常比较关注的工作性能损失，在最近的研究中也得到了良好的解决。路来军等人在北京国家大剧院中应用C100超高强混凝土时，将5h 坍落度损失控制在20mm 以内，倒坍落度筒排空时间10~15s 以内，工作性能得到了良好的保持。笔者最近的试验也证明，只要外加剂材料的复合选择得当，超高强混凝土的工作性能损失比普通混凝土更好控制。

此外，通常人们认为超高强混凝土粘度大、不宜泵送的技术难点也在广州西塔工程实践中得到了很好的解决。冯乃谦教授等人采取合理的技术措施，将C100混凝土泵送至西塔411m 的高度。

1.3 超高强高性能混凝土的耐久性能

强度的提高过程是混凝土内部缺陷不断减少、密实度不断提高的过程，超高强高性能混凝土因此具有很高的密实度，使得其在理论上应具有优异的耐久性能甚至是超高耐久性。现有的研究表明，在抗渗水试验、抗氯离子渗透试验、抗硫酸盐侵蚀试验、抗冻试验、抗碳化试验过程中，超高强高性能混凝土均有非常优异的表现。

然而，超高强混凝土也有劣势，比如水灰比低，自收缩大；弹性模量发展快；早期水化热大；结构混凝土遇水发生湿胀易导致结构破坏等。研究证明，只要措施得当，这些问题都可以得到一定程度的遏制。

王勇威等人通过早龄期的收缩试验发现［1］，超高强混凝土的收缩可达到万分之十以上，且50%以上的收缩发生在初凝之后，三天龄期以前。这实质上意味着超高强混凝土早龄期的开裂几率更高，混凝土结构一旦开裂，就如同木桶理论中的短板影响一样，混凝土本身的各种耐久性能指标再好，结构的耐久性都无从谈起。因此，笔者认为，进一步深入的研究这一问题，寻求控制办法，是利用超高强高性能混凝土真正实现结构超高耐久性的关键。

另外，超高强混凝土的弹性模量发展速度较普通混凝土更快，文献[4]提到，国外对HSC梁的研究发现，水化热温升会促使弹性模量的快速增长，在24h可达56d弹模的90%，而后期弹模增长则相对较低，这也提醒我们应该更加关注超高强混凝土早期的裂缝控制。

超高强混凝土的水化热控制，则可通过各种高性能掺合料的运用来实现。

此外，清华大学冯乃谦教授还提出了应对超高强高性能混凝土的湿胀的两点对策[5]。一是应用于相对干燥的环境中或加防水涂层；二是降低混凝土中的水泥用量。这对于指导超高强高性能混凝土结构的裂缝控制，具有重要意义。

2 超高强高性能混凝土在我国的应用现状

经过近二十年的研究、试点和推广，国内的很多试验室都可以制备出强度大于100MPa的混凝土，除重庆大学外，目前沈阳、北京、广州、上海、杭州、长沙等地也有高校、科研院所、企业试验室利用当地材料制备出超高强混凝土，这种地域化的研究是超高强混凝土全面推广的基础。

本世纪初期，沈阳、北京等地陆续开始了超高强混凝土的试点应用。表1列举了超高强混凝土应用的典型工程[6~10]。

从发表的资料来看，各地的超高强高性能混凝土多集中在钢管混凝土柱等部位，而在剪力墙等在土木建筑中大量运用的结构中，超高强高性能混凝土的应用几乎是空白。

3 超高强高性能混凝土推广运用所面临的问题

虽然人们已经认识到超高强高性能混凝土能够带来显著的技术经济效益，但是超高强混凝土的大批量应用，还需要解决以下两个问题。

（1）缺乏规范和标准

我国尚未颁布超高强混凝土的相关结构设计、材料生产、材料质量评判、施工标准或规程。缺乏规范、没有产品评定标准和原则，没有标准化的作业流程，使得从设计到施工过程中的绝大多数工程技术人员对超高强高性能混凝土非常陌生，限制了它的应用。

（2）缺乏普通高效化的生产工艺

一般的超高强高性能混凝土都要使用一些特殊材料，比如微硅粉，这种材料一般只能袋装人工添加，因为其自重小，目前商品混凝土搅拌站的粉料输送设备很难对该材料进行自动输送、计量和添加。在现代大型化混凝土工程施工中，如采取人工添加，生产效率无法保证，难以满足工程施工需要；环保要求也无法达到，对工人的职业健康也有很大的伤害。

此外，目前的搅拌效率也亟待提高，文献[6]中采用了图1所示的搅拌工艺，搅拌时间4.5min，每盘搅拌2方，其中CZ-II属于袋装材料，尚需转运到粉料罐以自动添加或者人工称量添加，计算上配料时间，平均生产两方超高强高性能混凝土需要接近6min，生产效率相对较低。

出机 图1 某工程的超高强混凝土生产工艺

因此，解决超高强高性能混凝土在搅拌站的生产工艺问题，提高超高强混凝土的生产效率，是超高强高性能混凝土在现代大型建筑工程中大批量应用的先决条件。笔者最近的实践证明，只要材料、设备选择得当，在现有搅拌站设备基础上进行简单改造，即可满足大批量生产的需求。

4 结语

我国在超高强高性能混凝土的研究方面走在世界前列，

表1 我国超高强高性能混凝土应用典型工程

项目名称与地点施工年份应用部位强度等级应用效果北京财税大楼1996混凝土柱C100以上R28=127MPa 沈阳富林大厦2001钢管混凝土叠合柱C100R28=115.9MPa 北京国家大剧院2002钢管混凝土叠合柱C100R28=120MPa 沈阳远吉大厦2003钢管混凝土叠合柱C100R28=115.6MPa 沈阳皇朝万鑫大厦约2004年钢管混凝土叠合柱C100R28=118MPa 广州保利国际广场2004-2005钢骨混凝土柱C100R28=118MPa

广州西塔2008-2009试验性施工C100创世界超高强混凝土垂直泵送

高度纪录(411m)

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