高性能混凝土簡介

【摘 要】高性能混凝土以耐久性為目標，兼顧高強度和高工作性，上個世紀90年代初，由中國工程院資深院士、我國著名的混凝土材料科學專家吳中偉教授首次介紹到我國。隨后，我國對高性能混凝土的研究和應用水平發展很快。目前我國在一些重要的建筑采用了高性能混凝土，但在公路建設方面還沒有明確、廣泛地提出高性能混凝土這一概念，高性能混凝土的推廣和使用對公路建設將起到巨大的作用，可以將混凝土建筑物的使用年限達到100年以上，減少維修和重建，產生巨大的社會效益。

【關鍵詞】高性能混凝土（ High Performance Concrete，HPC）；耐久性；礦料摻和物

High-performance concrete Introduction

Yu Qiang

(Lishu Yuantong road maintenance Lishu Jilin 136500)

【Abstract】High performance concrete durability， taking into account the high strength and high workability and early 90s of last century， by the Chinese Academy of Engineering Senior Fellow， China's famous concrete material science expert Professor Wu Zhongwei was first introduced to China. Subsequently， our high-performance concrete research and application level has developed rapidly. China in a number of important buildings using high-performance concrete in highway construction is not yet clear， put forward the concept of high performance concrete， will play a huge role in the promotion and use of high-performance concrete for road construction， you can the useful life of concrete structures up to 100 years or more， reduced maintenance and reconstruction， have an enormous social benefits.

【Key words】High-performance concrete (High Performance Concrete， HPC);Durability;Mineral aggregate blending material

1. 前言

混凝土作為最大宗的建筑材料用于工程建設迄今已有150年的歷史。混凝土技術的發展途徑主要遵循了復合化、高強化、高性能化三大技術路線。在混凝土技術發展初期，人們把主要精力集中在如何提高混凝土強度方面，并且以混凝土抗壓強度的高低來代表其性能的優劣。隨著科學技術的不斷進步，混凝土強度不斷得以提高，其脆性也在不斷增大，因混凝土產生劣化破壞造成結構整體崩塌的事故不斷發生。普通混凝土工程的的使用壽命大體只有40～50年，一些重要的建筑物如橋梁、高層建筑、水工建筑、海工建筑等對混凝土的耐久性要求甚至不亞于對強度和其它性能的要求。進入20世紀90年代，一些有遠見卓識的建筑師和工程技術人員考慮某些工程的需要，在提出混凝土強度指標的同時，也相應提出了混凝土的耐久性指標。因此以耐久性為目標，兼顧高強度、高工作性和高耐久性的高性能混凝土便應運而生了。目前正在建設的哈爾濱至大連的高速鐵路以及京滬高鐵使用的是高性能混凝土。

2. 高性能混凝土的定義

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，它以耐久性作為設計的主要指標。針對不同用途要求，高性能混凝土對下列性能重點予以保證：耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩定性、經濟性。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，并除水泥、水、集料外，必須摻加足夠數量的礦物細摻料和高效外加劑。

高性能混凝土不僅是對傳統混凝土的重大突破，而且在節能、節料、工程經濟、勞動保護以及環境等方面都具有重要意義。高性能混凝土是近代水泥基材料學與工程學取得的新成就，是混凝土技術長期實踐的結果，在性能上已經達到了的完善程度。在科學技術飛速發展的今天，高性能混凝土的性能將不斷提高，在土建工程中的應用范圍將迅速擴大，并將取得更大的效益。材料與工程不斷相互促進，將為人類帶來更大的利益。

3. 高性能混凝土的特點

3.1 在使用性能上具有以下特點：

（1）高性能混凝土具有一定的強度和高抗滲能力，但不一定具有高強度，中、低強度亦可。

（2）高性能混凝土具有良好的工作性，混凝土拌和物應具有較的流動性，混凝土在成型過程中不分層、不離析，易充滿模型；泵送混凝土、自密實混凝土還具有良好的可泵性、自密性。

（3）高性能混凝土使用壽命要長，對于一些特殊工程的特殊部位，控制結構設計的并不是混凝土的強度本身，而是耐久性。能夠使混凝土結構安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土應用的主要目的。

（4）高性能混凝土應具有較高的體積穩定性，即混凝土在硬化早期應具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變形。概括起來說，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使用年限，降低工程造價。

3.2 高性能混凝土在配制方面的特點是低水灰比（低于0.4）、摻用高效減水劑和礦物摻和料。

3.3 高性能混凝土的優點。

與普通混凝土相比，高性能混凝土具有以下優點：

（1）強度更高，因而混凝土結構的尺寸可以更小。這就使得結構自重得以減輕，使用面積增加，材料用量減少。

（2）彈性模量更高。因而混凝土結構變形更小，剛度增大，穩定性更好。

（3）耐久性、抗滲性好，因而混凝土結構的維修和重建費用減少，使用壽命大幅度延長。

高性能混凝土就是針對混凝土結構所處的環境特點而進行相應的性能設計，并通過施工過程控制使得相應性能得到保證。因此，高性能混凝土是混凝土結構耐久性得以保證的重要措施和必要措施之一。

4. 高性能混凝土的配比。

4.1 原材料：水泥、細骨料、粗骨料與普通混凝土的要求一致，不同之處在于礦物摻和料和外加劑。

（1）礦物摻和料：主要有粉煤灰、磨細粉煤灰、磨細礦渣粉或硅灰。

使用礦物摻和料首先是為了混凝土的耐久性需要，而不是單純的出于降低成本。認為高強度混凝土需要減少其礦物摻和的用量，這是一種誤解。例如清華大學在深圳地鐵足尺模型試驗中，用45%粉煤灰、10%礦渣和45%硅酸鹽水泥配制的混凝土，膠凝材料總量400Kg，各組試件28天強度均在54Mp以上。

低水膠比的礦物摻和料混凝土，其優良性能往往受現行試驗方法的掩蓋而不能體現。例如粉煤灰混凝土的強度發展較慢，對溫度和濕度比較敏感，對它采用與普通混凝土相同的標準試驗方法成型、養護并檢測其強度、抗凍和抗鹽凍的性能往往會給出不符合實際的結果。大量工程現場調查都表明，粉煤灰混凝土的室內標準試驗結果和現場條件下的實際的表現缺乏一致性，比如室內快速抗凍標準試驗結果認為不良的粉煤灰混凝土，在現場的嚴酷凍融環節條件下卻表現良好。但是大摻量礦物摻和料混凝土的水膠比必須要低。

為有效改善混凝土抗化學侵蝕性可摻加粉煤灰，摻量可占膠凝材料的20～50%。

對于高細度的磨細礦渣，在一定摻量范圍內，混凝土的強度隨摻量的增大而提高，但是混凝土的溫升、化學收縮和自收縮也隨礦渣摻量的增加而增加；從減少混凝土收縮開裂的角度考慮，這時的磨細礦渣比表面以不超過450m2/Kg為宜。

在水灰比不變的情況下，摻入硅灰可明顯提高混凝土的強度，但需水量隨摻量增加而增加。硅灰對提高混凝土抗化學腐蝕性有顯著效果。但其高活性不僅不會降低混凝土的溫升，反而使溫升提前，不利于減少溫度變形，并且增大混凝土自收縮。硅灰的價格也比較貴，最好與其它需水量小的礦物摻和料復合使用。

（2）外加劑。

外加劑是混凝土的重要組成部分。在混凝土中合理摻加具有減水率高、坍落度損失小、適量引氣、能明顯改善或提高混凝土耐久性能的質量穩定的外加劑十分必要。由于外加劑品質繁多，產品質量參差不齊，選用時一定要注意不同外加劑的使用功能、特點，其性能應滿足現行國家標準《混凝土外加劑》和有關行業標準的相關要求。

4.2 混凝土配合比的選定。

混凝土的配合比應根據原材料品質、設計強度等級、耐久性以及施工工藝對工作性的要求，通過試配、調整等步驟選定。應遵循以下原則：（1）為提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性能和抗裂性，混凝土中應適量摻加優質的粉煤灰、磨細礦渣粉或硅灰等礦物摻和料。不同礦物摻和料的摻量應根據混凝土的性能通過試驗確定。一般情況下，礦物摻和料摻量不宜小于膠凝材料總量的20%。當混凝土中粉煤灰摻量大于30%時，混凝土的水膠比不宜大于0.45，預應力混凝土以及處于凍融環境中的混凝土的粉煤灰的摻量不宜大于30%。

（2）C30及以下混凝土的膠凝材料總量不宜高于400Kg/m3， C35～C40混凝土不宜高于450Kg/m3， C50及以上混凝土不宜高于500Kg/m3。

（3）不同環境條件下的鋼筋混凝土和素混凝土的水膠比、膠凝材料用量應滿足相關規范的規定。

5. 混凝土的施工。

為提高外加劑的效率并減少坍落度損失，攪拌時理想的投料順序為：原材料計量后，宜先向攪拌機投入細骨料、水泥和礦物摻和料，攪拌均勻后，加水并攪拌砂漿，再投入粗骨料，充分攪拌后，再投入外加劑，并攪拌均勻為止。其運輸、澆筑、養生等按普通混凝土控制即可。

6. 使用高性能混凝土的意義

高性能混凝土是在上個世紀90年代初，由中國工程院資深院士、我國著名的混凝土材料科學專家吳中偉教授首次介紹到我國。隨后，我國對高性能混凝土的研究和應用水平發展很快。中國建筑材料科學研究院曾主持完成了國家“九五”科技攻關項目“重點工程混凝土安全性的研究”，針對影響混凝土耐久性的主要因素：堿——骨料反應、腐蝕、凍蝕、鋼筋銹蝕等，深入系統地研究重點工程混凝土的安全性問題，獲得了可喜的成績。2002年11月由中國工程院、清華大學等單位主持研究制定的《混凝土耐久性設計與施工指南》（修改討論稿），對混凝土耐久性、混凝土施工及混凝土耐久性檢驗等問題均做了較為明確的規定。建設部2002年頒布的《混凝土結構設計規范》（GB50010-12）對混凝土結構的耐久性和設計使用年限做了重要規定；交通部2000年頒布的《公路橋涵施工技術規范》（JTJ041-2000）在混凝土耐久性方面新增了許多重要的補充條文，《公路水泥混凝土路面施工技術規范》和《公路工程水泥混凝土外加劑與摻和料應用技術規范》對公路混凝土中的鋼筋銹蝕、冰（鹽）凍破壞、堿——骨料反應破壞、酸雨破壞、路面磨損等都做了新規定。高性能混凝土在我國研究和使用的歷史不長，還沒有被廣泛地使用。

當前，阻礙高性能混凝土廣泛使用的主要原因是經濟比較，由于原材料中的超塑化劑和超細磨的細摻料價格較高，加上質量控制要求較嚴格也會增加一些費用，是高性能混凝土比常規混凝土的單價稍高，因此往往不易被用戶接受。另一個阻力是缺少通用的設計規程和有關材料、施工和驗收的標準。

本文的論述很淺顯，但作者希望，在充分的科學研究與應用實踐的基礎上，高性能混凝土科技專家可以向各類應用部門擔保：在100～200年，不會發生高性能混凝土劣化以致減少建筑結構安全使用期的問題。呼吁規劃、設計與使用部門按照這個安全使用期進行規劃、設計與安排使用，切實放棄以往的短期行為，使材料和工程充分發揮其功能，使資源、能源等國家財富得到最大限度的利用，對環境和社會產生最好的效果；建筑結構物早期崩塌以及頻繁的拆除改建將不再使人類困擾與擔憂。

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參考文獻

［1］ 《高性能混凝土耐久性設計與施工指南》（陳肇元等）、《高性能混凝土》（吳中偉、廉慧珍等）、《高性能混凝土技術》（馮乃謙、邢鋒）.