高性能混凝土的性能特点与发展应用概述

Vol.45,N〇.2 f h丨芝讨第45卷第2期February, 2019________________________Sichuan Building Materials________________________2019 年2 月高性能混凝土的性能特点与发展应用概述
肖翎，马萌萌，杨冬升
(贵州师范大学材料与建筑工程学院，贵州贵阳550001)
摘要:现如今在我国的建筑领域中竞争日益激烈，一些建 设单位通过采取对新技术、新工艺、新材料的引进等措施，来 获取自身的竞争优势。

高性能混凝土是一种新型混凝土，广泛应用于各种大型工程中。

我国建筑行业的发展不断趋近高层化、大型化和现代化，高性能混凝土作为新时代的建筑材料，对其进行探讨和研究具有重要的意义。

本文主要对高 性能混凝土具有的相关性能进行总结和论述，并且对高性能 混凝土的在工程建筑中的应用和发展做出总结和展望。

关键词：高性能；混凝土；性能;应用；发展
中图分类号:TU528. 31 文献标志码:A
文章编号：1672 -4011 (2019)02 -0014 -03
DOI：10. 3969/j.issn. 1672 -4011. 2019. 02. 006 Performance Characteristics and Development Application of the High Performance Concrete XIAO Ling,MA Mengmeng ,YANG Dongsheng
(School of Materials and Architecture Engineering,
Guizhou Normal University,Guiyang550001, China) Abstract:Nowadays,the competition in China’s construction field is becoming increasingly fierce.Some construction units gain their own competitive advantages by adopting measures such as introducing new technology,new technology and new materials.High一performance concrete is a new type of concrete,which has been widely used in various large - scale projects.The development of China’s construction industry is becoming more and more high—rise,large - scale and modern. As a building material in the new era,it is of great significance to discuss and study high- performance concrete.In this paper, the related properties of high performance concrete are summarized and discussed,and the application and development of high performance concrete in engineering buildings are summarized and prospected.
Key Words：high performance；concrete；performance；application；development
〇前言
混凝土是一种传统的建筑材料，具有良好的耐久性，并 且在我国的工程建设中有着较大规模的使用。

随着科学和 技术的进步，混凝土的强度进一步得到提高，而且建筑领域 对混凝土的使用性能的要求比以前更髙了，普通混凝土在某
收稿日期=2019 -01 -07
作者简介：肖翎（1994 -)，女，河北省沧州人，在读硕士研究生，主要 研究方向：土木工程职业技术教育与混凝土性能。

通信作者:杨冬升（1985 -)，男，安徽宿州人，博士，副教授，主要从事 结构分析与混凝土性能研究工作。

基金项目：贵州省本科教学工程建设项目：2016JG16;贵州省科技厅-贵州师范大学联合基金项目（黔科合L H字[2016]7216号）
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对髙性能混凝 土定义的提出最早开始于20世纪90年代，是国外的一些发 达国家为了提高混凝土结构中的耐久性而提出的一种新型 混凝土材料，其首先要考虑到的设计指标是耐久性。

这种新 型的高技术混凝土与普通混凝土存在一些明显的区别：首 先，采用高性能混凝土浇筑的建筑物可以安全、可靠的工作 一百年以上;再者，其具备着比较高的力学性能、工作性、耐 久性、高体积稳定性等其他重要性能，其性能的全面程度在 当今世界上是首屈一指的，并且得到了许多国家的认可。

髙 性能混凝土已经在很多重大的工程中得到应用，其适用性在 超高层建筑、高铁轨道、桥梁和在严酷的环境中暴露的工程 结构中特别突出。

高性能混凝土能够减少能源消耗、降低熟 料水泥的使用量、降低环境污染促进生态平衡、还能够减少 劳动力的使用量，有利于经济效益的增长[1_2]。

所以，其在 全世界的范围内得到了推广和应用，并且具有良好的发展 前景。

1高性能混凝土简介
对高性能混凝土的定义存在很多种说法，不同的国家和 学者对其有着不同的解释，例如，美国、法国、日本根据各自 的实践、适用性和认识，提出各自不同的高性能混凝土的定 义。

吴中伟院士是高性能混凝土在我国的最早提出者，认为 高性能混凝土是一种新型高技术的混凝土，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，高性能混凝土进行设计的重要指标是它的耐久性[2]，其 由水泥、水、骨料以及足够量的矿物细掺料和高效外加剂为 主要的原材料而组成。

在这里，其矿物细掺料和高效外加剂 的掺用，是高性能混凝土与普通混凝土在原材料组成上的区 别所在[3]。

高性能混凝土具有高耐久性、高抗渗性、高强度、高体积稳定性等优良品质，主要应用于超高层（> l〇〇m)建 筑、地下矿井、高铁轨道等建筑水平要求较髙的建筑。

然而 相关研究人员相继地也提出了一种新的说法，就是普通混凝 土也可以实现高性能化，其关键是在混凝土的配制上，若要 实现普通混凝土的高性能化，在其配制中不仅要满足各种原 材料的多方面的要求，而且其水胶比、龄期、经过冻融循环后 的弹性模量以及胶凝材料的抗腐蚀性这些方面也应满足相 对应的技术要求。

2高性能混凝土的性能特点
高性能混凝土在性能方面自身独具特征，所以高性能混 凝土与普通混凝土在性能上的明显区别如下。

1)高性能混凝土具有高强度性。

高性能混凝土所具有 的高强度是由于矿物质细掺料的掺加对混凝土强度产生了 较大的影响，相关混凝土养护试验表明，掺加有粉煤灰等矿 物细掺料的高性能混凝土经过一段时间的养护后，其试体的
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强度显著高于没有掺加矿物细掺料的纯硅酸盐混凝土试体
的强度。

高性能混凝土的强度等级为50 MPa 以上。

2)
高性能混凝土具有高耐久性。

耐久性指混凝土在使 用时会因为环境中所含侵蚀性介质侵入而产生物理和化学 的反应，并且伴随着这种反应逐渐产生恶化作用，其耐久性 就是混凝土抵抗这种恶化作用的自身所具备的能力[4]。

因
为高性能混凝土具有高耐久性，所以其也具备良好的渗透 性、抗冻性、抗硫酸盐腐蚀性，因此，混凝土结构物有较长的 使用寿命，使用期可以达100年，而普通混凝土的使用寿命
只有20年左右。

3)
高性能混凝土具有髙体积稳定性。

在体积稳定性方
面，高性能混凝土的体积稳定性比普通混凝土明显有了良好 的改善[5]。

研究表明，高性能混凝土的水灰比、水胶比对它 的自收缩和徐变都没有产生明显的影响，所以在对高性能混 凝土进行配合比设计时应注意采用低水胶比和较大掺量的
矿物细掺料，这有利于控制其体积稳定性。

4) 高性能混凝土具有良好的工作性。

它的工作性包括 两个方面•_ 一方面是与普通混凝拌合物的工作性一致的地 方，它的保水性优良、粘聚性好、流动性强;另一方面是其自 身独具的高保塑性、大流动性，这一特点符合现代混凝土为
适应泵送、免振等施工特点的要求[6]。

5) 高性能混凝土可带来较好的经济效益。

高性能混凝 土可以在靠自身的重量作用下能够自流平填[4]。

通过使用 高性能混凝土，可以减少熟料水泥和混凝土的使用量、充分 发挥和利用高性能的优势，并且能够缩短施工工期、降低资 源消耗量，它还有利于节约大量劳动力，因此，可以带来十分 可观的经济效益。

3高性能混凝土的应用概述
现代社会中的建筑功能不断增强，工程结构对混凝土的
要求也越来越高，制作混凝土的技术手段也更加科学先进， 其发展趋势呈现出高强度化、高耐久性化、高体积稳定性化， 而高性能混凝土的应用有利于保护环境，节约能源，使资源 得到恰当应用，所以高性能混凝土是混凝土界未来发展的 方向。

高性能混凝土是一种当前在世界各个地方都比较热门 的建筑材料，目前国内外的许多国家都对高性能混凝土进行 了探究和应用，各国投入很大的资金和人才用于进行高性能 混凝土的探究和开发。

我国对高性能混凝土也给予了很高的重视，许多科研单 位和高等院校都对高性能混凝土进行了综合性的研究，并且 高性能混凝土在高等院校中实现了创新型的研究，其中复旦 大学、清华大学等院校都将髙性能混凝土的各种性能作为自 己的重大研究课题，以延展对高性能混凝土的研究和理论上 的创新。

在我国，对高性能的性能、原材料的选择和配合比 设计等方面都取得了较好的研究成果[7]。

目前，我国在很多 重大工程中都应用了高性能混凝土，其产业发展的前景十分 明朗。

混凝土的强度等级对高层结构和大跨度结构具有重要 的影响，在制作大跨度结构物时使用高性能混凝土能够让它 的截面尺寸减小，从而使其自身的重量也有所减小，具有较 高的经济性。

另外，在我国经济发达的地区，髙性能混凝土 得到了充分的应用，有些地区使用的混凝土的强度等级为 C 80以上[8]。

髙性能混凝土越来越多的应用在城市的高层
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建筑、室外的隧道桥梁、海上的大跨桥梁等结构复杂、难度较
大的建筑物中。

在一些工程施工中，有必要提高对高性能混
凝土拌合物工作性控制的重视度，这是因为高性能能混凝土
中原材料的种类增加了，这些材料之间会出现一些相互的影 响，使其强度提高;另外由于大量使用胶凝材料的原因，使其 粘聚性也有所增大，因此，很容易造成高性能混凝土坍落度 的损失加重的情况，使其流动性下降，出现堵管、堵泵的情 况，也不利于混凝土的浇筑和运输。

4高性能混凝土的发展前景
高性能混凝土与传统混凝土有所不同，其自身具有一些
独特的性能，耐久性是主要的控制指标，其也可以满足工程 结构中的一些特殊要求。

近年来，高性能混凝土得到了推广 和应用，具有很好的发展前景。

1)
髙性能自密实混凝土。

自密实混凝土是一种免振
在自身重力作用下就可以使配筋密集的模板充满，并具有一 定匀质性的混凝土。

与传统混凝土相比较起来最显著的区 别是，自密实混凝土[4]具有匀质性和填密性，其能够在自身 重力的作用下自流平填密实，从而有利于结构物中混凝土的 密实性，此外它还具有良好的力学性能、耐久性和体积稳定
性；自密实混凝土的配置成本较高，进行配合比的设计时也 比较复杂，一般适用于沉井连续墙、预制混凝土、钢管柱以及 水坝挡水墙等一些较为复杂的工程结构。

自密实混凝土具 有良好的填充性、抗离析性、障碍间距的通过性等工作性能， 这种混凝土在通过钢筋间隙时可以自行流入而不会产生阻 塞离析的现象，而且能够在自身重力的作用下使模板各部位 充满混凝土。

使用自密实混凝土有利于减少大量劳动力、使 施工速度略有提高并且减少施工工期，有利于提高经济 效益。

2)
高性能补偿收缩混凝土。

补偿收缩混凝土主要是
水泥、膨胀剂、外加剂矿物掺合料以及集料组成。

补偿收缩 混凝土与普通混凝土的区别在于补偿收缩混凝土在进行配 置时掺入了一定量的膨胀水泥，使其有一定的膨胀性能，以 补偿它的干缩状态，这也是其自身所具有的补偿收缩机理。

补偿收缩混凝土具有良好的抗渗能力，这是由于混凝土中有 膨胀剂的加入，钙矾石膨胀的结晶具有填充和堵塞毛细孔径 的作用，使混凝土中的孔径变小，水也就不容易渗透进去;此 外，其也具有一些抗化学侵蚀能力，例如，抗酸、抗碱、抗硫酸 盐侵蚀，补偿收缩混凝土已经推广应用在了滨海地区及其周 边的盐碱地区、含有酸根物质的污水处理工程，在这些高盐 渍、高硫酸的环境中经受住了考验，也证明了它具有较强的 抗化学侵蚀能力。

试验证明，这种抗化学侵蚀性能优于传统 混凝土。

补偿收缩混凝土中膨胀剂的加人给它的工作性带 来了一定的影响，膨胀剂的加入使混凝土坍落度的损失加 重，然而这种损失也是可以消除的，消除此种现象的方法就 是通过加入缓凝剂、泵送剂和其他化学添加剂来进行调节， 以此来减弱损失率。

由于膨胀剂和化学外加剂的添加，也使 混凝土的泌水性降低、凝结时间有所延长，减少了经济损失。

此种混凝土主要适用于水池、水塔、地下室等防水部位以及 易产生温差收缩裂缝的大体积混凝土、沉降缝等后浇带的混 凝土浇筑等。

5结论
在我国现代化建设的进程中，高性能混凝土具有独特的
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优势和地位，促进了我国建筑领域的发展，我国的建筑领域 要积极地对高性能混凝土进行进一步的创新和探究，使其优 势更好地展现和发挥出来，以造福于人类。

在20世纪中，钢筋混凝土为人类创造出了舒适美丽的 家园，也促进了人类文明的发展，但也使生态平衡遭到了破 坏，给人类的生存与发展造成了一定的威胁。

进入21世纪 以来，随着现代化和科技水平的提髙，人们研制的高性能混 凝土不仅具有一系列高强度的性能，而且有利于减少水泥与 混凝土的用量，降低环境污染程度以及减少能源消耗，有利 于较好地发挥混凝土的高性能优势，使混凝土也进入“绿色 低碳”的时代。

因此，积极进行对高性能混凝土的研究开发， 对混凝土的发展中具有着十分重要的影响，而且能明确指出 高性能混凝土未来发展的方向。

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(上接第13页）
混凝土中未水化的水泥水化生成硅酸钙胶凝体堵塞混凝土
内部孔隙通道;另一方面可与混凝土中Ca ( OH ) 2、A 1( OH ) 3 等物质反应生成不溶性的针状钙矾石晶体，使混凝土内部膨 胀以达到防水的目的[6]。

由图5素混凝土与改性混凝土 SEM 扫描结果可知，素 混凝土和改性混凝土在裂缝处都存在结晶体，并且改性混凝 土微观结构中裂缝处的晶体数更多、更密实，从扫描结果分 析，水泥基渗透结晶型防水添加剂在化学成分上与普通水泥 具有相似性，可以提升水泥石的强度、水泥石与骨料之间的 粘结力和混凝土的密实度，其含有的活性化学颗粒可以在混 凝土内部毛细孔道与裂缝处与水反应生成大量络合结晶物， 减小混凝土制备与养护时的水分增发引起的不利干缩反应， 生成了纤维结晶体也可抑制微裂和毛细孔的开展，从而提高 混凝土的密实度与完整性。

综上，混凝土的强度与密实度得到改善，从而增强了混 凝土的耐久性与抗渗性。

(a )素混凝土 （b )改性混凝土组
图5 混凝土 SEM 电镜扫描结果
4结论
通过对素混凝土和掺用1. 2%水泥用量渗透结晶型防水
添加剂的改性混凝土试件的宏观力学试验和微观电镜扫描
参考文献：
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结果分析，得出以下几点结论。

1)
在保证配合比、原材料和养护条件等不变的条件
掺用该防水添加剂对混凝土不产生负面影响。

2) 掺用1.2%水泥用量防水添加剂的改性混凝土相于素混凝土，抗压强度提高了 12. 6%，混凝土的承压能力和 耐久性得到了改善;混凝土的轴心抗拉强度提高了 10%，提 升了混凝土的抗裂性能。

3)
水泥基渗透结晶型防水添加剂能够通过其自身与
反应、与混凝土内部组分反应生成络合结晶物，有效地堵塞 混凝土内部的裂隙、毛细通道等缺陷，从而提高混凝土的密 实度与力学强度，增强了混凝土的耐久性和抗渗性能。

[ID ：007267]
参考文献：
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