淺談高性能混凝土

謝 玉

江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，江西 南昌 330001

1 前言

上世紀(jì)九十年代初，以美國、英國、法國為代表發(fā)達(dá)國家技術(shù)流派依據(jù)混凝土發(fā)展的方向，提出了新型混凝土設(shè)計(jì)理念，即考慮到環(huán)境因素以混凝土抗?jié)B性、體積穩(wěn)定性為主要特征的設(shè)計(jì)思路在部分長期處于腐蝕環(huán)境下構(gòu)件得到良好應(yīng)用；考慮到施工因素以高流態(tài)、免振搗自密實(shí)為主要特征的設(shè)計(jì)思路在海峽大橋混凝土工程中得到良好應(yīng)用；考慮到設(shè)計(jì)及施工因素以高強(qiáng)、高流態(tài)混凝土為主要特征的設(shè)計(jì)思路在超輕量超高層建筑得到驗(yàn)證和應(yīng)用等，現(xiàn)代混凝土技術(shù)日新月異的發(fā)展受到了全世界的普遍關(guān)注。而我國于九十年代末吳中偉院士率先提出了綠色高性能混凝土的全新定義——環(huán)境友好、資源節(jié)約的可持續(xù)發(fā)展理念；清華大學(xué)馮乃謙提出可泵送性能好以滿足施工密實(shí)性、保證坍落度損失以滿足施工過程的工作性，特別是耐久性是最重要的技術(shù)指標(biāo)等等。隨著各流學(xué)者對高性能混凝土的研究和應(yīng)用推廣，相信環(huán)保型、高耐久性、可持續(xù)發(fā)展是高性能混凝土推廣使用的主流觀點(diǎn)［1］。

2 高性能混凝土設(shè)計(jì)

混凝土配合比設(shè)計(jì)主要依據(jù)工程技術(shù)要求、建筑物結(jié)構(gòu)、施工環(huán)境等設(shè)計(jì)出單方混凝土材料所需不同比例的膠凝材料、粗細(xì)骨料、外加劑和水。其設(shè)計(jì)的基本原則是滿足設(shè)計(jì)所需要的各式強(qiáng)度、使用年限和施工過程中所需的工作性，同時(shí)兼顧綜合成本的要求。

目前我國普通混凝土主要以坍落度和抗壓強(qiáng)度為設(shè)計(jì)依據(jù)，而現(xiàn)代高性能混凝土則是以混凝土耐久性作為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)而非以抗壓強(qiáng)度作為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)，即高性能混凝土不一定是高強(qiáng)混凝土。如水工混凝土、大體積混凝土、各種腐蝕因子條件下的混凝土必須首先考慮如何在惡劣環(huán)境下保證建筑構(gòu)件的使用壽命。國內(nèi)外各種跨海大橋混凝土設(shè)計(jì)是典型案例。

針對高性能混凝土的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)配合比主要從以下方面考慮：

2.1 主要原材料

依據(jù)各工程項(xiàng)目的高性能混凝土要求，優(yōu)先選擇合理距離范圍內(nèi)的水泥、砂、石、水四種基本原材料。如在部分工程由于本地區(qū)材料有限，為完全滿足相關(guān)規(guī)范要求而耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力進(jìn)行遠(yuǎn)距離采購原材料進(jìn)行配置，這種高性能混凝土的配置值得深思；如果就近取材，在滿足規(guī)范的前提下進(jìn)行合理配置是完全可以達(dá)到高性能化的。

2.2 多組分引入

目前普通混凝土中主要以摻加粉煤灰、礦粉等礦物摻合料和高性能減水劑為主要技術(shù)手段，而現(xiàn)代高性能混凝土將大規(guī)模摻加高性能混凝土用礦物外加劑和高性能減水劑為主要技術(shù)手段，兼顧鋼渣、鋰渣、尾礦、建筑垃圾淤泥等工業(yè)和建筑固體廢棄物安全、高效、合理應(yīng)用，即高性能混凝土和固廢協(xié)同化利用。

2.3 極低水膠比

目前普通混凝土通過各種技術(shù)手段配合比設(shè)計(jì)水膠比一般在0.3-0.6 之間，而現(xiàn)代高性能混凝土為保證混凝土耐久性采取低水膠比設(shè)計(jì)理念，采用低鋁酸三鈣含量水泥、活性超細(xì)粉的引入、合理粒徑與級配的粗細(xì)集料和高性能化學(xué)外加劑，在混凝土中產(chǎn)生火山灰活性效應(yīng)、微集料密實(shí)堆積效應(yīng)、化學(xué)復(fù)合效應(yīng)等各種技術(shù)手段將設(shè)計(jì)水膠比控制在0.15，達(dá)到高耐久性設(shè)計(jì)目的［2］。

3 存在的問題

3.1 裂縫多的問題

高性能混凝土裂縫的產(chǎn)生主要以干縮、化學(xué)收縮和自收縮為主要原因，尤其以自收縮為主。混凝土干縮的主要影響因素為骨料、水灰比、單位水泥漿體含量；大摻量的活性礦物摻合料使得混凝土產(chǎn)生自收縮和化學(xué)收縮，特別是硅灰的引入；由于極低水膠比所導(dǎo)致的混凝土內(nèi)部干燥、大量活性礦物摻合料的引入所產(chǎn)生體積收縮及高自密性導(dǎo)致外界水分無法進(jìn)入混凝土內(nèi)部等原因加劇了高性能混凝土的自收縮，如何解決各種收縮可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生是高性能混凝土面臨問題。

3.2 脆性大的問題

從混凝土承受軸向壓荷載作用下的應(yīng)力——應(yīng)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。高性能混凝土雖然改善了界面過渡區(qū)，但是其脆性仍然是個(gè)問題，在部分高性能混凝土結(jié)構(gòu)中的脆性破壞導(dǎo)致裂縫甚至貫穿粗骨料。高性能混凝土脆性將會(huì)給建筑工程結(jié)構(gòu)，尤其是近些年來我國地震加劇地帶建筑物帶來很大危害。

3.3 高成本問題

就目前單從造價(jià)成本而言高性能混凝土高于現(xiàn)有混凝土成本，但綜合考慮，固廢利用、減排增效等長期發(fā)展角度考慮，混凝土的高性能化是必然結(jié)果。因此如何降低單方高性能混凝土成本是推進(jìn)高性能混凝土廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。依據(jù)新理念、新思維、新技術(shù)，采用先進(jìn)工藝設(shè)備、品控管理、數(shù)字化管控，推進(jìn)工業(yè)和建筑固體廢棄物在高性能混凝土中安全、高效、合理應(yīng)用是降低成本有效方法。

隨著國家對工程質(zhì)量和環(huán)境友好的重視，我們相信高性能混凝土將迎來快速發(fā)展時(shí)期，目前各省市在積極推廣應(yīng)用高性能混凝土，并且已經(jīng)在積極編制相關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，相信高性能混凝土的推廣將給工程建筑的各行各業(yè)帶來里程碑式的發(fā)展。

4 結(jié)語

混凝土是當(dāng)今世界使用量最大、面最廣的建筑材料之一，其以耐久性為設(shè)計(jì)目標(biāo)，兼顧強(qiáng)度和工作性，在節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等方面也具有重要意義，是國內(nèi)外工程界研究的熱點(diǎn)之一。目前我國各地區(qū)均在推廣使用高性能混凝土，應(yīng)該結(jié)合工程實(shí)際情況，科學(xué)設(shè)計(jì)，兼顧經(jīng)濟(jì)及環(huán)保，以高標(biāo)準(zhǔn)高質(zhì)量推廣發(fā)展高性能混凝土。綜合考量，混凝土的高耐久性，安全使用壽命長，不僅可以大大減少維修維護(hù)費(fèi)用；同時(shí)高性能混凝土降低能耗和料耗，工業(yè)廢棄物的綜合利用等對環(huán)境有利，有利于可持續(xù)發(fā)展；在施工角度高性能混凝土操作方便，改善勞動(dòng)條件，加快進(jìn)度，減少模板周轉(zhuǎn)，提高效率；設(shè)計(jì)角度高性能混凝土減小斷面，降低自重，增加使用空間等。因此高性混凝土的廣泛使用是建筑材料科學(xué)工作者應(yīng)盡的義務(wù)和責(zé)任，利于國家工程建設(shè)長期高質(zhì)量發(fā)展。