高性能混凝土發展面臨的若干問題

賀紅云 孫偉峰

（許昌市騰飛市政工程集團有限公司，河南 許昌 461000）

1 水泥混凝土現狀和問題

水泥混凝土是近代使用最廣的建筑材料。水泥混凝土與其他常用建筑材料相比，生產能耗低、原料來源廣、工藝簡單、生產成本低，并具有耐久、防火、適應性強、應用方便等特點。近百年來，混凝土的發展趨勢是強度不斷提高。尤其是近50年來，片面提高強度尤其是早期強度而忽視其他性能的傾向，造成水泥生產向大幅度提高磨細程度和增加硅酸三鈣、鋁酸三鈣的含量發展，水泥28d膠砂抗壓強度從30MPa左右猛增到60MPa，增加了水化熱，降低了抗化學侵蝕的能力，流變性能變差。提高混凝土強度的方法除采用高標號水泥外，更多的是增加單方水泥用量，降低水灰比與單方加水量。因此混凝土的和易性隨之下降，加之施工時振搗不足，易引起質量事故。混凝土強度越高，結構延性越差，給結構抗震性能帶來的隱患越大。由于對施工質量的不信任，混凝土的試配強度往往比設計強度等級提高一個等級以上，C50混凝土的強度實際上超過60MPa，加上水泥用量的增加，進一步增加產生溫度應力、收縮開裂和化學侵蝕破壞的可能性。于是混凝土耐久性問題愈顯尖銳，因混凝土材質劣化和環境等因素侵蝕，出現混凝土建筑物破壞失效甚至崩塌等事故，造成巨大損失，加上施工能耗、環境保護等問題，傳統的水泥混凝土顯示出不可持續發展的缺陷。

2 高性能混凝土

在科學技術飛速發展的今天，混凝土耐久性問題卻一直被認為是技術上未能解決的難題，混凝土耐久性指標被定在30年、50年，最多也不過100至200年。混凝土耐久性已成為各國混凝土科技人員致力研究的重要課題。

盡管不同國家不同學者結合各自的認識、實踐、應用范圍和目的要求的差異，對高性能混凝土有不同的定義和解釋，但共同的觀點是：高性能混凝土的基本特征是按耐久性進行設計——保證拌合物易于澆筑和密實成型，不發生或盡量減少由溫度和收縮產生的裂縫，硬化后有足夠的強度，內部孔隙結構合理而有低滲透性和高抗化學侵蝕性。對不同的工程有其重點的要求，因此，吳中偉教授為高性能混凝土下的定義是：高性能混凝土是一種新型高技術混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作的混凝土，以耐久性作為設計的主要指標。針對不同用途要求，在耐久性、施工性、適用性、強度、體積穩定性、經濟性等性能方面有重點地予以保證。使各個強度等級的混凝土都可做到高性能。為此，高性能混凝土在配制上的特點是低水膠比，選用優質原材料，除水泥、水和骨料外，必須摻加足夠數量的礦物細摻料和高效減水劑，減少水泥用量。

近年來，我國高強混凝土和高性能混凝土的研究、應用在發展較快，但缺少統一的規劃，由于經費不足而缺乏系統研究，有很多只是低水平或同水平的重復。研究的內容大多集中在高強度、高流動性混凝土的配制和施工。有人認為只要加入了粉煤灰或磨細礦渣，坍落度大就是高性能；有人認為達到高強、泵送就是高性能……實際上，在高性能混凝土今后的發展過程中，還要解決材料與工程技術乃至管理方面的很多難題，現列舉如下。

2.1 如何選擇和使用礦物細摻料

礦物細摻料的使用是火山灰材料一石灰膠凝材料一硅酸鹽水泥一混合材料水泥一高性能混凝土的組分這樣一個否定之否定的發展過程。礦物細摻料不僅有利于水化作用，提高強度、密實度和施工性，增加粒子堆積密度，減小孔隙率，改善孔結構，而且對抵抗侵蝕和延緩性能的劣化等都有較大作用。需要研究以下問題。

2.1.1 礦物細摻料在混凝土中的使用不同于按現行標準生產的摻合料水泥，而是將礦物細摻料作為混凝土中除水泥、水和骨料外的必要組分進行設計，設計方法區別于傳統的方法。

2.1.2 高性能混凝土摻用大量礦物細摻料，在混凝土水膠比很低且沒有裂縫的情況下，可有效地起到保護鋼筋的作用。但是對于受彎構件，當受拉區出現裂縫后，碳化性能如何?如何檢查鋼筋銹蝕情況?由此推算礦物細摻料的上限應是多少?

2.1.3 按現行標準檢驗屬于相同級別的礦物細摻料，實際使用時的效果會有很大差別(如強度發展、凝結性能、流變性能等)。為保證礦物細摻料的穩定性，如何準確而全面地評定礦物細摻料的活性?如何科學地分類?如何根據各自的優缺點進行復合，以取長補短，充分發揮其有利作用?

2.2 高效減水劑與復合外加劑的開發改性和使用以及相關問題

高效減水劑解決了高性能混凝土的低水膠比和低用水量與施工性之間的矛盾，因而成為不可缺少的組分。如何使用以便更好的發揮其效率，還有很多工作要做。

2.2.1 目前我國用量最大的萘系高效減水劑生產十分分散，質量差別很大，不利于集約化生產和總體質量的提高。如何優選品牌達到生產規模化以提高和穩定產品質量?

2.2.2 開發新品種時不僅應注重提高其減水率，而且應考慮環境保護和勞動保護，要認真進行毒性檢驗和在混凝土中的溶出實驗。最近有些單位從改進生產工藝來提高現有萘系高效減水劑的減水率，是值得提倡的。

2.2.3 高效減水劑的作用受使用方法的影響。目前主要在配制混凝土時摻入，其中與拌合水同時加入的方法效果最差，國外多采用液體高效減水劑后摻法，可提高減水率，減少混凝土坍落度損失。但最有效的方法是在生產水泥時與水泥共同粉磨，則高效減水劑的品種和摻量對水泥性能的影響規律如何?水泥檢驗標準如何與之相適應?

2.2.4 高效減水劑與其他外加劑以及細摻料復合使用的產品化、定型化。

2.3 適應高性能混凝土需要的高性能膠凝材料的研究與生產應用

目前國產水泥質量差異很大，一項工程在施工時經常更換不同牌號的水泥。水泥和高效減水劑相容性很不穩定，不能適應低水膠比高性能混凝土的需要，給高性能混凝土施工質量控制造成很大困難。預先在工廠從流變性能的需要進行石膏、摻合料和外加劑等各組分的選擇和配合比優化，再選擇合適的水泥熟料，調節其他輔助材料，以合適的參數共同磨細，制成適用于不同強度等級高性能混凝土的膠凝材料，則可大大簡化施工過程，穩定混凝土質量。用于混凝土時，可在達到相同施工性時，選用較低的水膠比；在得到高流動性的同時，拌合物不離析、不泌水，有良好的可泵性和填充性，硬化后可得到良好的耐久性。

2.4 配合比選擇和施工質量控制的計算機軟件開發

高性能混凝土對原材料和施工管理要求較高，應當建立配合比選擇的專家系統以及質量管理和施工控制的計算機軟件，以提高混凝土工程質量和施工效率。目前有些同志嘗試編制軟件，但因力量分散、數據和參數的數量不足，以致缺乏普遍性。建議由權威性管理部門投入經費，組織實力雄厚的單位和專家集中攻關。

2.5 完善高性能混凝土的性能，使其向理想化發展

高性能混凝土大量使用礦物細摻料，既提高了混凝土性能，又減少了對水泥的需求，同時可降低煅燒熟料時CO2的排放。因大量使用粉煤灰、礦渣及其他工業廢料，減少了自然資源和能源的消耗以及對環境的污染。安全使用期長，可減少因修補或拆除造成的浪費和建筑垃圾。同時高性能混凝土適應了人類更大規模改善和保護環境、節省資源和能源的需要，因此高性能混凝土是可持續發展的混凝土，但對高性能混凝土仍要一分為二，發揮其優點，克服缺點，以期不斷完善。

3 結語

高性能混凝土具有很豐富的技術內容，但其核心是保證耐久性，不能片面追求任何單一性能，這需要我們不斷全面地認識和改造，使其向理想化發展。

[1]吳中偉.高性能混凝土(KPC)的發展趨勢與問題.建筑技術，1998，(1).

[2]吳中偉.環保型高效水泥基材料[J].混凝土，1996，(4).