高性能混凝土研究現狀和發展前景

天津市發展散裝水泥管理中心 300070

摘要：本文闡述了高性能混凝土產生的背景和優越的性能，介紹了高性能混凝目前的研究現狀以及存在的問題，并對高性能混凝土的發展前景進行了展望。

關鍵詞：高性能混凝土；研究現狀；發展前景

高性能混凝土（High Performance Concrete，簡寫為HPC）是20世紀80年代末90年代初，一些發達國家基于混凝土結構耐久性設計提出的一種全新概念的混凝土，它以耐久性為首要設計指標，具有高耐久性、高工作性、高強度和高體積穩定性等許多優良特性，被認為是目前全世界性能最為全面的混凝土。至今，高性能混凝土已在不少重要工程中被采用，特別是在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程中顯示出其獨特的優越性，在工程安全使用期、經濟合理性、環境條件的適應性等方面產生了明顯的效益，因此被各國學者所接受，被認為是今后混凝土技術的發展方向。

一、高性能混凝土產生的背景

傳統的混凝土已有近200年的歷史，是近代使用最廣的建筑材料，也是當前最大宗的人造材料。近百年來，隨著現代科學技術和生產的發展，各種超長、超高、超大型混凝土構筑物，以及在嚴酷環境下使用的重大混凝土結構，如高層建筑、跨海大橋、海底隧道、海上采油平臺、核反應堆、有毒有害廢物處置工程等的建造需要在不斷增加。這些混凝土工程施工難度大，使用環境惡劣、維修困難，因此要求混凝土不但施工性能要好，盡量在澆筑時不產生缺陷，更要耐久性好，使用壽命長[1]。

混凝土作為用量最大的人造石，不能不考慮它的使用對生態環境的影響。傳統混凝土的原材料都來自天然資源，由于它的用量龐大，過度開采礦石和砂、石骨料已在不少地方造成資源破壞并嚴重影響環境和天然景觀。另一方面，由于混凝土過早劣化，如何處置費舊工程拆除后的混凝土垃圾也給環境帶來威脅。實踐證明綠色混凝土可以徹底解決城市垃圾和污泥問題，是保護生態環境，實現零污染最為有效的途徑[2]。

因此，未來的混凝土必須從根本上減少水泥用量，更多地利用各種工業廢渣作為其原材料；充分考慮廢棄混凝土的再生利用。未來的混凝土必須是高性能的，尤其是耐久的。耐久和高強都意味著節約資源。因此，對高性能混凝土需要進一步的研究。

二、高性能混凝土的性能

與普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下獨特的性能：

1.耐久性。高效減水劑和礦物質超細粉的配合使用，能夠有效的減少用水量，減少混凝土內部的空隙，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。

2.工作性。坍落度是評價混凝土工作性的主要指標，HPC的坍落度控制功能好，在振搗的過程中，高性能混凝土粘性大，粗骨料的下沉速度慢，在相同振動時間內，下沉距離短，穩定性和均勻性好。同時，由于高性能混凝土的水灰比低，自由水少，且摻入超細粉，基本上無泌水，其水泥漿的粘性大，很少產生離析的現象。

3.力學性能。由于混凝土是一種非均質材料，強度受諸多因素的影響，水灰比是影響混凝土強度的主要因素，對于普通混凝土，隨著水灰比的降低，混凝土的抗壓強度增大，高性能混凝土中的高效減水劑對水泥的分散能力強、減水率高，可大幅度降低混凝土單方用水量。在高性能混凝土中摻入礦物超細粉可以填充水泥顆粒之間的空隙，改善界面結構，提高混凝土的密實度，提高強度。

4.經濟性。高性能混凝土較高的強度、良好的耐久性和工藝性都能使其具有良好的經濟性。高性能混凝土良好的耐久性可以減少結構的維修費用，延長結構的使用壽命，收到良好的經濟效益；高性能混凝土的高強度可以減少構件尺寸，減小自重，增加使用空間。

三、高性能混凝土的研究現狀

高性能混凝土目前的研究主要集中在以下幾個方面：

1.對高性能混凝土原材料的選擇及研制。

對于水泥，目前尚采用以往的常規傳統水泥制備高性能混凝土，但為了與外加劑相容性良好，多采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，且C3A含量應降低。隨著對高性能混凝土性能要求的不斷提高，世界各國正致力于研制生產新型高性能水泥，如球狀水泥、調粒水泥、活化水泥等一些新型水泥研制成功，比普通水泥具有優越的物理力學性能，可使混凝土具有良好的工作性和耐久性，并且符合高性能混凝土的需要。

高性能混凝土離不開外加劑和礦物摻合料，為此，世界各國也大力研究開發了高性能外加劑及優質礦物摻合料。如萘系、多羧酸系、三聚氰胺系及氨基磺酸系等系列高效減水劑，AE型引氣劑等。這些外加劑的出現使高性能混凝土高工作性、高耐久性的實現成為可能。礦物摻合料也是高性能混凝土不可缺少的組分，目前已出現了專門用以制備高性能混凝土的高效優質復合型礦物摻合料。

此外，各國對制備高性能混凝土所需的粗、細骨料要求也逐步規范化、標準化，同時也出現了用輕骨料配制的高性能輕混凝土。

2.高性能混凝土配合比設計的研究。

高性能混凝土設計目標首先是高耐久性，并兼顧工作性與強度。為此，世界各國學者均提出了各自的有關高性能混凝土配合比設計方法。高性能混凝土對原材料質量及配合比參數變化都較敏感，故配合比計算的精確度要求較高，為此，世界各國學者研究了高性能混凝土配合比設計的計算機化.

3.有關高性能混凝土性能及評價方法的研究。

高性能混凝土具有優于普通混凝土的高工作性、高耐久性及良好的力學性能。這些高性能若仍采用傳統的普通混凝土性能評價方法，顯然是不合適的。各國學者針對這一問題進行了廣泛的研究。對高性能混凝土的高流動性評價，各國學者在流變學研究的基礎上，提出了多種評價方法，如V形漏斗試驗、環貫入試驗、圓筒貫入試驗、充填性試驗等方法。

四、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；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。

五、高性能混凝土的發展前景

吳中偉[3]等提出了綠色混凝土的概念，在高性能混凝土的基礎上增加了三個含義：1、節約資源、能源；2、不破壞環境，更有利于環境；3、可持續發展，既要滿足當代人的需求，又不危害后代人滿足其需要的能力。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。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，并為高性能混凝土的發展指明了非常明確的方向。

參考文獻：

[1]廉慧珍，閻培渝.21世紀的混凝土及其面臨的幾個問題

[2]張射墟，黃祖華.生態水泥的特性與應用[J].中國建材，2002，（1）：36-37

[3]吳中偉.高性能混凝土――綠色混凝土[J].混凝土與水泥制品，2000，（1）：3-6