高性能混凝土及其工程應用

馬偉

摘要：高性能混凝土是一種新型的高技術混凝土，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。高性能混凝土的基本性能首先是硬化混凝土的耐久性能和塑性混凝土的工作性能；其次是為了滿足人們的特殊需要的某個或某些特殊性能。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的使用年限，降低工程造價。本文就此展開了論述，以供參閱。

關鍵詞：高性能混凝土；工程應用

1高性能混凝土的性能

（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）體積穩定性。高性能混凝土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。（5）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；HPC良好的工作性可以減少工人工作強度，加快施工速度，減少成本。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的使用年限，降低工程造價。

2高性能混凝土在工程中的應用

2.1在橋梁上的應用

高性能混凝土具有很好的工作性性、易于澆注、不離析、且能長期保持的結構的力學性能，韌性高和體積穩定性好，在惡劣環境下耐久性好、使用壽命長。高性能混凝土在橋梁工程中應用的優點是：跨徑更長、主梁間距更大、構件更薄、.耐久、力學承載力高。目前，高性能混凝土已廣泛的用于各種離岸結構物和橋梁構件中，包括主梁、橋墩、墩基等。例如，上海的東海大橋，東海大橋是我國建造的第一座跨海大橋，全長32km。設計壽命為100年，由于長期處于海水侵蝕的環境中，對混凝土保護層厚度要求高，對混凝土的性能要求高，主要以高耐久性為出發點，要求混凝土具備高施工性、高抗滲性、高體積穩定性（硬化過程中不開裂，收縮徐變小）、較高強度，并保持其強度持續增長，最終獲得高耐久性能。另外，采用粉煤灰、礦粉作為摻和材料，提高了混凝土施工的工作性，降低了成本達，取得了一定的經濟效益。另一個比較著名的工程實例是杭州灣大橋。

2.2在公路上的應用

公路高性能混凝土應根據公路混凝土的特點，結合高性能混凝土的優點，綜合考慮其各方面的性能要求來進行開發。從公路混凝土的施工工藝出發，需采用高流態的混凝土（坍落度要求達到240～270mm）來進行施工，而普通的混凝土在滿足強度要求的情況下很難得到這個要求，因此，采用高性能混凝土是必然的選擇。從公路混凝土的服役環境出發，要求混凝土具有較高的韌性，能夠承載的疲勞損傷能力強，如果采用普通的混凝土，雖然強度可以達到設計的要求，但是混凝土的彈性模量等參數會相應提高，不利于混凝土在復變荷載環境下的使用，采用高性能混凝土就可以滿足這個要求。另外，高性能混凝土以其高強、高耐久性的特點，還被廣泛的應用于碼頭、高鐵、隧道、大壩等惡劣環境下的土建設施，并發揮著巨大的作用。

3高性能混凝土的研究前景

進入21世紀，人類面臨著“人口膨脹、資源能源短缺以及環境惡化”三大問題.混凝土材料是資源和能源消耗大戶，也是重要的環境污染源，混凝土材料和技術直接影響著人類可持續發展.吳中偉院士1998年首提綠色HPC的概念，綠色的涵義可概括為節約資源、能源，不破壞環境，可持續發展，既滿足現代人需求，又不危害后代人滿足其需要的能力.因此：（1）必須重視和提高混凝土耐久性，減少工程隱患和工程的重復建設周期，盡可能的使同一工程應用更長的時間，以節約混凝土用量，節約有限的人力、物力和財力.高性能混凝土是提高混凝土耐久性的有效手段，需要對其研究和應用更加深人，降低成本，擴大它的應用范圍.（2）加大對低品位骨料的有效利用，再生骨料和人造輕骨料的研究開發，減輕環境負荷.（3）進一步研究和發展混凝土劣化機理和維護方法，降低混凝土結構后期維護和加固成本.（4）對混凝土各組分材料如水泥、高效減水劑、礦物摻和料和納米材料等進行深入研究，采用有效的優化組合和選擇，提高混凝土的強度、抗滲性、耐久性等性能。

4結束語

總而言之，高性能混凝土經過近三十年的發展，已經取得了很大的進步。它以耐久性為首要設計指標，這種混凝土使基礎設施工程的使用壽命達到100年以上。高性能混凝土具有高耐久性、高工作性、高強度、高體積穩定性和低滲透性等優良性能，被認為是目前世界上性能最為全面的混凝土。高性能混凝土是公路與城市道路、機場跑道最常見的路面材料之一。高性能混凝土路面具有較高的抗折強度、穩定性和耐久性，荷載分布均勻、板面厚度較薄、容易鋪筑與整修等特點。高性能混凝土路面技術日臻完善，近年來在我國得到推廣應用。高性能混凝土廣泛應用于各類重點工程中，特別是在道路、橋梁、高層建筑、海港建筑等工程中顯示出其獨特的優越性。它在工程安全使用期、經濟合理性、環境條件的適應性等方面產生了明顯的效益，因此被世界各國所接受。

參考文獻：

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[2]章鑫.高性能混凝土性能研究與工程應用[J].江西建材.2015（09）.

[3]王漢立.高性能混凝土生產及工程應用[J].湖北第二師范學院學報.2018（08）.

（作者單位：中鐵七局集團西安鐵路工程有限公司）