馮黎娜

1河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院（450007） 2河南省建筑工程學(xué)校（450007）

高性能混凝土發(fā)展現(xiàn)狀與展望綜述

馮黎娜1，2

1河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院（450007） 2河南省建筑工程學(xué)校（450007）

介紹了高性能混凝土材料的性能特點(diǎn)，論述了高性能混凝土的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。目前，混凝土正在向高強(qiáng)、高性能和生態(tài)化的方向發(fā)展，綠色高性能混凝土是混凝土材料的發(fā)展方向，其應(yīng)用前景將越來越廣闊。

高性能混凝土；性能；現(xiàn)狀；展望

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和人們對(duì)資源、環(huán)境、施工、使用及性能要求的不斷提高,混凝土面臨著來自使用環(huán)境惡劣和高耐久性要求的更大挑戰(zhàn)。這些發(fā)展趨勢(shì)將引導(dǎo)我國的現(xiàn)代化建筑向高層化、大跨化、重載化及結(jié)構(gòu)輕量化方向發(fā)展，因此高性能混凝土（HPC）應(yīng)運(yùn)而生。高性能混凝土具有耐久性好、強(qiáng)度高、變形小等優(yōu)點(diǎn)，能適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向大跨、重載、高聳發(fā)展和滿足惡劣環(huán)境條件的需要，同時(shí)還能減小構(gòu)件截面、增大使用面積、降低工程造價(jià)。

1 高性能混凝土的概念及歷史發(fā)展

混凝土材料作為現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)首選材料至今已有100多年的歷史，但是隨著近二、三十年環(huán)境問題的日益突出，人們已普遍認(rèn)識(shí)到,混凝土材料的生產(chǎn)與使用是造成生態(tài)環(huán)境問題與公害的重要原因之一。因此，高性能混凝土的出現(xiàn)可以說是歷史發(fā)展的必然。它的出現(xiàn)更是把混凝土技術(shù)從以往的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榱烁呖萍?代表著當(dāng)今混凝土發(fā)展的總趨勢(shì)。

高性能混凝土（High Performance Concrete，簡稱 HPC）是近一、二十年才提出來的，據(jù)考證，挪威學(xué)者在 1986年首度提出高性能混凝土的概念并進(jìn)行研究,繼而歐美發(fā)達(dá)國家投入大量財(cái)力和人力，致力于高性能混凝土的研究和開發(fā)。

高性能混凝土有多種定義，不同國家，甚至是同一個(gè)國家的不同行業(yè)，對(duì)高性能混凝土的定義都有差別。混凝土協(xié)會(huì)（ACI）于1998年對(duì)高性能混凝土給出了正式定義，概括的講,當(dāng)混凝土的某些特性是為某一特定的用途和環(huán)境而制定時(shí)，這就是高性能混凝土。所指特性為:易于澆筑，振搗不離析，早強(qiáng)，長期力學(xué)性能，抗?jié)B性能，密實(shí)性，水化溫度，韌性，體積穩(wěn)定性，惡劣環(huán)境下的較長壽命。

結(jié)合我國的工程實(shí)際，1999年吳中偉院士認(rèn)為“高性能混凝土（HPC）是一種新型的高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高常規(guī)混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù),選用優(yōu)質(zhì)原材料，在妥善的質(zhì)量控制下制成的除水泥、水、集料外，必須采用低水膠比,摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效外加劑的一種新型高技術(shù)混凝土。它是以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指針；針對(duì)不同用途要求，對(duì)下列性能有重點(diǎn)地予以保證，即施工性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等。其中還包括節(jié)約資源、不破壞環(huán)境，符合可持續(xù)發(fā)展的原則，即在保證高工作性、高強(qiáng)度和高耐久性的前提下，盡量考慮少用水泥，以減少大量生產(chǎn)水泥而造成的大氣污染和高能量消耗。

2 高性能混凝土的性能

2.1 耐久性

高效減水劑和礦物質(zhì)超細(xì)粉的配合使用，能夠有效的減少用水量，減少混凝土內(nèi)部的空隙，能夠使混凝土結(jié)構(gòu)安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土應(yīng)用的主要目的。

2.2 工作性

坍落度是評(píng)價(jià)混凝土工作性的主要指標(biāo),HPC的坍落度控制功能好，在振搗的過程中,HPC粘性大,粗骨料的下沉速度慢，在相同振動(dòng)時(shí)間內(nèi)，下沉距離短，穩(wěn)定性和均勻性好。同時(shí)，由于HPC的水灰比低，自由水少，且摻入超細(xì)粉，基本上無泌水，其水泥漿的粘性大，很少產(chǎn)生離析的現(xiàn)象。

2.3 力學(xué)性能

由于混凝土是一種非均質(zhì)材料,強(qiáng)度受諸多因素的影響，水灰比是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素,對(duì)于普通混凝土,隨著水灰比的降低，混凝土的抗壓強(qiáng)度增大，HPC中的高效減水劑對(duì)水泥的分散能力強(qiáng)、減水率高，可大幅度降低混凝土單方用水量。在HPC中摻入礦物超細(xì)粉可以填充水泥顆粒之間的空隙，改善界面結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實(shí)度，提高強(qiáng)度。

2.4 體積穩(wěn)定性

HPC具有較高的體積穩(wěn)定性,即混凝土在硬化早期應(yīng)具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變形。

2.5 經(jīng)濟(jì)性

HPC較高的強(qiáng)度、良好的耐久性和工藝性都能使其具有良好的經(jīng)濟(jì)性。HPC良好的耐久性可以減少結(jié)構(gòu)的維修費(fèi)用，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，收到良好的經(jīng)濟(jì)效益；HPC的高強(qiáng)度可以減少構(gòu)件尺寸，減小自重，增加使用空間；HPC良好的工作性可以減少工人工作強(qiáng)度，加快施工速度，減少成本。雖然HPC本身的價(jià)格偏高，但是其優(yōu)異的性能使其具有了良好的經(jīng)濟(jì)性。

概括起來說，HPC就是能更好地滿足結(jié)構(gòu)功能要求和施工工藝要求的混凝土,能最大限度地延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限，降低工程造價(jià)。

3 高性能混凝土的發(fā)展

3.1 綠色高性能混凝土

水泥混凝土是目前使用量最大的人造材料，對(duì)資源、能源的消耗和對(duì)環(huán)境的破壞十分巨大,與可持續(xù)發(fā)展的要求背道而馳。國內(nèi)外學(xué)者都提出了綠色建筑材料的概念，而綠色高性能混凝土是綠色建筑材料的重要內(nèi)容,開發(fā)和利用綠色高性能混凝土成為混凝土研究的重要課題。綠色高性能混凝土節(jié)約更多的資源和能源,對(duì)環(huán)境的破壞減小到最低限度，使混凝土結(jié)構(gòu)工程健康發(fā)展。

3.2 高強(qiáng)高性能混凝土

采用高強(qiáng)高性能混凝土可以減小截面尺寸，減輕自重，獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。在混凝土中摻入超細(xì)粉物質(zhì)，可以使硬化水泥石結(jié)構(gòu)致密，孔徑細(xì)化，改善界面結(jié)構(gòu)，具有高的抗?jié)B性、耐久性和強(qiáng)度。

3.3 智能混凝土

智能混凝土是在混凝土原有的組分基礎(chǔ)上復(fù)合智能型組分，使混凝土材料具有自感知、自適應(yīng)、自修復(fù)特性的多功能材料，對(duì)環(huán)境變化具有感知和控制的功能。隨著損傷自診斷混凝土、溫度自調(diào)節(jié)混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列機(jī)敏混凝土的出現(xiàn)，為智能混凝土的研究、發(fā)展和智能混凝土結(jié)構(gòu)的研究應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

隨著HPC的開發(fā)和應(yīng)用，有專家指出，作為建筑工業(yè)主要原料的水泥，實(shí)際上是一種不可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)品。因此，高性能混凝土的技術(shù)核心是在限制水泥用量以獲得混凝土高性能的同時(shí)，堅(jiān)持其可持續(xù)性的發(fā)展原則。大力開展綠色高性能混凝土的研究和應(yīng)用高性能混凝土具有普通混凝土無法比擬的優(yōu)良性能，對(duì)混凝土的發(fā)展將起重要作用，并為HPC的發(fā)展指明了非常明確的方向。

3.4 自密實(shí)混凝土

免振是在澆筑時(shí)僅靠混凝土自身的重力而不需要任何搗實(shí)外力而達(dá)到自密實(shí)、自流平的一種混凝土，尤其適用于施工形狀復(fù)雜、鋼筋密集，因而難以振搗的部位，同時(shí)可以大大加快混凝土澆筑速度,另外還可以消除振搗帶來的噪聲。自密實(shí)混凝土和廣泛用于鋼橋面鋪裝的澆筑式瀝青混凝土相似，后者由于其本身的高流動(dòng)性，攤鋪后無需碾壓只要簡單整平即可。

3.5 纖維混凝土

為改善混凝土的抗拉性能差、延性差等弱點(diǎn),而在混凝土中摻加纖維以改善混凝土性能的研究發(fā)展得相當(dāng)迅速。目前應(yīng)用較多的有鋼纖維、玻璃纖維、碳纖維、石棉及合成纖維混凝土等。而其中發(fā)展較快、應(yīng)用較廣的是鋼纖維混凝土。

3.6 高性能路面混凝土

國外對(duì)高性能混凝土用于路面鋪裝的研究已經(jīng)有過不少嘗試，但更多的還是在追求混凝土的高強(qiáng)度。我國針對(duì)水泥混凝土路面普遍存在的早期破壞現(xiàn)象,已在“西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目”中設(shè)立多項(xiàng)課題著重研究路用水泥混凝土的耐久性問題，并已取得階段性成果。

4 結(jié)語

1）高性能混凝土開創(chuàng)了以耐久性為設(shè)計(jì)指標(biāo)的新理念,拓寬了其強(qiáng)度值域的應(yīng)用范圍。

2）礦物細(xì)摻料和高效外加劑，即雙摻技術(shù)，是配制高性能混凝土的關(guān)鍵技術(shù)。

3）對(duì)施工質(zhì)量的控制是高性能混凝土發(fā)揮其優(yōu)越性能的必要條件。

[1]吳中偉,廉慧珍.高性能混凝土[M].中國鐵道出版社,1999,9.

[2]杜婷.混凝土材料的研究現(xiàn)狀和發(fā)展應(yīng)用[J].混凝土,2006,5.

[3]許雯瑜,曾志興.對(duì)高性能混凝土的幾點(diǎn)探討[J].山西建筑,2006,4.

[4]陳家輝.高性能混凝土應(yīng)用現(xiàn)狀及其前景[J].廣東土木與建筑,2000,05.

[5]GB 50010—2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].國家質(zhì)檢總局,SBTS,2002.