高性能混凝土應用與改善性研究

肖志強 齊幸寶

摘要：建筑工程結構中混凝土可謂是最主要的材料，對混凝土的性能研究可以直接關系到建筑工程的質量和壽命。本文介紹了新型高性能混凝土的概念及其應用中所遇到的問題及改善措施，并對這種材料的應用前景予以展望。

關鍵詞：建筑 土木工程 高性能混凝土

近些年來，我國改革開放和現代化建設的步程日漸加快，建設規模也日益增大，工程質量與工程結構的耐久性越來越受到人們的廣泛關注。在眾多的土木工程建設中，混凝土是最主要的建筑結構工程材料，使用范圍之廣，應用之多也體現出了其不可替代性。當前，高性能混凝土得到了較為快速的發展并且逐漸運用到各種工程項目。

一、高性能混凝土產生的背景

我國目前正處在高速發展時期，每年的混凝土用量逾30億立方米，一批重點工程正在興建和籌劃，跨海跨江的大型橋梁、飛速建設的高速鐵路、大型飛機場等都要求混凝土有良好的耐久性能，確保重點工程混凝土的安全性和長壽命。混凝土結構耐久性是國際工程界關心的重大課題，全世界因為混凝土的耐久性造成的經濟和社會損失十分巨大。

當代大跨、高層、海洋、軍事工程結構的發展對混凝土提出的更高的要求；處在惡劣環境下既有建筑不斷劣化、退化導致過早失效、退役甚至出現惡性事故造成巨大損失的嚴重后果；原材料生產、開采造成的生態環境惡化以及砂石料枯竭、資源短缺嚴重影響進一步發展的嚴酷現實。這就要求混凝土不斷提高以耐久性為重點的各項性能，多使用天然材料及工業廢渣保護環境，走可持續發展的道路，高性能混凝土就是在這種背景下出現并逐步完善與發展的。

二、高性能混凝土的概念

高性能混凝土是近20余年發展起來的一種新型混凝土。高性能混凝土應該有高耐久性、工作性、各種力學性能、體積穩定性以及經濟合理性 。歐洲混凝土學會和國際預應力混凝土協會將HPC定義為水膠比低于0.40的混凝土；在日本，將高流態的自密實混凝土稱為HPC；中國土木工程學會高強與高性能混凝土委員會將HPC定義為以耐久性和可持續發展為基本要求并適合工業化生產與施工的混凝土。簡單地說，高性能混凝土就是能更好地滿足結構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構的使用年限，降低工程造價。

三、高性能混凝土發展和應用中所面臨的問題

在高性能混凝土的應用過程中也存在一些問題，在高性能混凝土的原材料方面，我國水泥質量不穩定，離散性大；在骨料方面，粗骨料質量低劣，含泥量大，級配較差，細骨料細度模數不合要求；在外加劑和外摻料的選擇上，尚缺乏充分的適用性的研究。在高性能混凝土的施工過程中，施工人員的技術水平有限，養護措施不到位，使HPC的密實性和質量不穩定；在高性能混凝土的耐久性方面，由于高性能混凝土微管中水分的蒸發與凝聚而產生的收縮，使混凝土表面產生裂縫，這對HPC的抗碳化、抗凍融循環作用以及抗氯離子擴散等都是不利的，高性能混凝土的水泥用量高，水灰比低，硬化后長期處于水中時，水分通過微管擴散到內部，未水化的水泥粒子進一步水化，產生微膨脹也會使混凝土表面產生裂縫，為各種有害介質滲透提供通道，給氯離子侵入、堿骨料反應的發生和鋼筋銹蝕創造可能；在高性能混凝土的設計方面，由于高性能混凝土的后期強度增長不及普通混凝土，而且脆性大，需要特別注意。同時，在高性能混凝土的研究方面，現在的研究以實驗室研究為主，但是實驗室的情況與實際工況相差較大，這不利于今后高性能混凝土的推廣應用。

四、高性能混凝土應用改善對策分析

1.混凝土的自收縮改善措施

近年來，國外許多學者發現高強混凝土、高性能混凝土存在早期收縮開裂的問題。其原因是由于在低水灰比或水膠比并摻入較多的具有相當活性的礦物細摻合料的混凝土中會產生自干燥從而引起混凝土的自收縮，使混凝土內部結構受到損傷而產生微裂縫。自收縮對混凝土內部結構中裂縫的產生和擴展造成的損傷是一個值得重視的問題。

由于硬化后高強或高性能混凝土的致密性高于普通混凝土，在減少了泌水的同時，也阻礙了外部養護水對混凝土的濕養護作用。因此，以適用于普通混凝土的傳統養護措施來改善此類混凝土的自干燥、自收縮并無明顯的效果。國內外學者曾提出一些技術措施如：摻入一定量的膨脹劑；以部分粉煤灰等量取代水泥；配以高彈性模量的纖維：選用高C2S和低C3A、C4AF的硅酸鹽水泥等等，對降低混凝土的自收縮都有一定的作用效果。最近，國外學者提出了采用圍水養護即在混凝土澆注后仍處于塑性狀態時，盡快地立即進行水霧養護，對減少或防止混凝土的自收縮具有較明顯的作用效果。

混凝土的自收縮一般發生在混凝土初凝之后。由于硬化后高強或高性能混凝土的致密性高于普通混凝土，在減少了泌水的同時，也阻礙了外部養護水對混凝土的濕養護作用。因此，以適用于普通混凝土的傳統養護措施來改善此類混凝土的自干燥、自收縮并無明顯的效果。國內外學者曾提出一些技術措施如：摻入一定量的膨脹劑；以部分粉煤灰等量取代水泥；配以高彈性模量的纖維：選用高C2S和低C3A、C4AF的硅酸鹽水泥等等，對降低混凝土的自收縮都有一定的效果。最近，國外學者提出了采用圍水養護即在混凝土澆注后仍處于塑性狀態時，盡快地立即進行水霧養護，對減少或防止混凝土的自收縮具有較明顯的效果。

2.高性能混凝土脆性改善措施

混凝土的脆性可以描述為混凝土無法防止的不穩定裂縫的擴展與增長。從混凝土承受軸向壓荷載作用下的應力-應變曲線中，峰值后下降曲線段的陡斜程度可以反映出混凝土的脆性大小。眾多的試驗已表明，混凝土的強度愈高，其應力-應變曲線過峰值后的下降段曲線愈陡斜，意思就是該混凝土的脆性愈大。因此，高強混凝土的脆性已引起廣泛的重視，而高強的高性能混凝土也同樣呈較大的脆性。在高強度混凝土中的脆性破壞，其裂縫往往貫穿粗集料。由于高性能混凝土能提高集料與硬性水泥漿體的粘結，即改善了界面過渡區，也使脆性有所增大。中等強度的高性能混凝土，雖然脆性比高強混凝土有所降低，但是其脆性仍然是個問題。

混凝土脆性的增大會給工程結構特別是有抗震要求的工程結構帶來很大的危害。在高性能混凝土中摻加纖維是一種有效的措施。免振自密實混凝土是近十多年來由日本首先研究開發并付諸工程應用的一項近代混凝土技術。由于免振自密實混凝土在工程上應用可以取得提高混凝土質量、改善混凝土施工操作、養活施工噪音以及提高勞動生產率、加快施工進度降低工程費用等技術經濟效果，近年來世界各國對此給予很大的重視與關注。

五、高性能混凝土的未來

隨著高性能混凝土的開發和應用，建筑對生態環境產生的影響正引起社會的關注。建筑物在建造和運行的過程中需消耗大量的自然資源和能源，并對環境產生不同程度的影響。高性能混凝土的未來會隨著科學技術的發展和社會的進步，逐漸形成用途多元化的發展方向。其中綠色混凝土、生態混凝土、導電混凝土、功能混凝土、智能混凝土等就是未來混凝土的主要發展方向。大力開展綠色高性能混凝土的研究和應用高性能混凝土具有普通混凝土無法比擬的優良性能，對混凝土的發展將起重要作用，并為HPC的發展指明了非常明確的方向。

參考文獻:

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