高性能混凝土技术

高性能混凝土技术专题

一、高性能混凝土的含义及其发展前景

（一）高性能混凝土的含义

自“高性能混凝土”(High Performance Concrete)一词提出以来的十几年来，至今对它没有统一的解释或定义。HPC 是一种新型的高技术混凝土，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，在有效的质量控制下制成的。除采用优质水泥、水和集料以外，必须采用低水胶比和掺加足够数量的矿物细掺料与高效外加剂。注意高性能混凝土并不能简单地认为是高强混凝土。HPC 应同时保证下列性能：耐久性、工作性、各种力学性能、适用性、体积稳定性和经济合理性。只要满足工程使用所要求的工作性(流动性、密实性、和易性等混凝土拌合物性能)、耐久性(抗介质渗透性、抗冻融性、抗磨蚀性和承受各种荷载所需要的强度性能)、经济合理(包括材料、设计、施工、维护保养等)、对环境损害较小(满足生态、环保、可持续发展要求等)的混凝土就应该看成是高性能混凝土。

高性能混凝土与普通混凝土相比具有如下优点：

1．强度更高因而结构尺寸更小，这就使得结构自重减轻、使用面积增加、材料用量减少；

2．弹性模量更高，因而结构变形更小、刚度更大、稳定性更好；

3．耐久性、抗渗性好，因而结构的工作寿命大幅度延长；

4．具有良好的工作性能，混凝土拌合物应具有较高的流动性，不分层、不离析，易浇筑，泵送混凝土、自密实混凝土还应具有良好的可泵性、自密实性能。

5．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，硬化后具有较小的收缩变形。

（二）高性能混凝土的研究现状

1．国外现状

国外在高强高性能混凝土领域方面发展的相当快，特别是美国、日本及德国等国家在80年代初已推出C100甚至C1000(RPC,粉煤灰活性粉末混凝土)超高强高性能混凝土，HPC 和RPC 已应用于高端民用建筑工程及军用工程(如潜水艇舱门等，可抗击鱼雷的攻击而不发生变形)；特别是C100～C200的混凝土已大量应用于实际工程中。

目前德国现行的混凝土结构设计规范已达CllO 级。挪威已将高强高性能混凝土(C85～ C90)广泛用于道路工程，明显提高了混凝土路面的耐磨性。丹麦的大贝尔特工程在塔架、预制梁和预制的隧道砌块中都采用高性能混凝土(C50-C65)，为确保较低的氯化物渗透性，对水胶比和粉煤灰及硅粉的数量都有规定的极限值。日本应用超高性能混凝土建造住宅、制作预应力桥梁、桩、桁架等，日本的自密实混凝土超过3

5108m 。1989年建于美国芝加哥的一幢著名的用高强高性能混凝土建造的高层建筑，其底部13层柱的混凝土设计强度相当于C95、楼板也用C60～C70的高强混凝土。目前，100、150MPa 以及23OMPa 的高性能混凝土都在工程中得到运用。

国外在桥梁工程上也有多座用高性能混凝土建造的大桥，如1994年，法国诺曼底大桥(采用C60混凝土)；在美国西雅图建造海上低渗水性高性能混凝土浮桥的桥面、桥梁等；日本用高性能混凝土建造了多座桥梁，连接日本本州与四国的著名的明石海峡大桥的桥墩与基础全部采用高性能混凝土。

2．国内现状

相对于国外而言，国内对高强高性能混凝土领域的研究相对较晚，国内研究较早的清华大学在1998年研究出C200(RPC)，在国内来说处于领先地位。但国内在高强高性能混凝土工程实际应用方面，相对于国外而言处于落后状态。

1990年广州国际大厦在其200m高的屋顶直升飞机坪中采用C60的泵送混凝土。北京城建集团混凝土公司也于1995年在北京静安中心大厦的底下3层柱中采用了C80的商品混凝土。北京城建集团总公司构件厂于1995年底在北京财税大楼首层柱子施工中，选定4根柱子用CllO 商品混凝土浇筑成功。1994年和1995年，在上海浦东的世界广场地下室工程和上海国际大厦主楼的21层框架结构中成功地完成C80高强混凝土的泵送。

1980年，铁道部率先建成了我国第一个采用泵送施工的C60高强混凝土结构——红水河铁路斜拉桥预应力桥梁。1996年，万县长江大桥钢管混凝土(内外采用C60混凝土)。巴东长江大桥其主要部位在承台大体积混凝土，主塔、主梁、桥面铺装，都采用高性能混凝土。

（三）高性能混凝土的发展前景

1．使用普通混凝土产生耐久性危机的起因

（1）混凝土原材料方面

水泥生产向含更多早强矿物硅酸三钙(c3s)、粉磨细度增大发展，加水拌和后水化加速、放热加剧、热收缩及干燥收缩增大；粗骨料的最大粒径减小、级配单一，使拌合物需要的浆体量增加。

（2）混凝土生产与浇筑方面

由于水泥活性增大，易配制出强度较高的混凝土，而设计强度等级并未提高，因此承包商采用增大水灰比，以加大坍落度的做法便利施工，致使拌合物离析、泌水加剧，硬化后的微结构和性能显著下降；为缩短工期、加快模板周转，采用增大单位水泥用量、提高早期强度的做法，混凝土早期因热收缩(温度收缩)和自身收缩开裂的现象日渐普遍；施工人员的素质下降，振捣、养护等操作难以到位。

2．高性能混凝土的发展前景

随着国内外加剂及掺合料生产厂家水平的提高，国内已经能够生产出适用于高性能混凝土的超塑化剂及高质量的掺合材。国内大部分大城市实行预拌混凝土已达数年，大部分预拌混凝土企业在生产能力及管理模式都有极大的提高。施工企业也逐步向现代化快速施工的模式进行。

在国务院提倡构建和谐社会、节约型社会的目标下，在我国推行高性能混凝土具有更重要及更超前的意义。

推广HPC首先应制定HPC应用技术规范，使设计、监理、施工等方面提高认识，冲破以往普通混凝土使用规范(规定)的束缚。另外，HPC的生产需高素质的操作人员，较完善的生产施工设备和高水平的质量管理与控制，提倡现代计算机技术在HPC配比设计、生产过程以及质量管理中的应用。现代HPC及其计算机化代表了当前混凝土技术的发展方向。

（四）高性能混凝土在应用中可能存在的问题