高性能混凝土技术发展与应用研究

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　　【摘要】：我国目前仍处于规模性工程建设初期，高层建筑、桥梁、海港建筑等工程对于混凝土的需求量极大，对于高性能混凝土材料和其性能也提出了新的要求。高性能混凝土技术的进展呈现巨大的变化,然而高性能混凝土结构的耐久性及其持续性发展却面临日益严峻的挑战。本文主要介绍了高性能混凝土发展的历史背景及国内外高性能混凝土技术的研究现状，阐明了高性能混凝土的特性，列举了高性能混凝土技术在国内外研究应用中的重要成果，对今后高性能混凝土技术推广及可持续发展的前景进行讨论。
　　【关键词】：高性能混凝土；耐久性；绿色可持续
　　中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
　　
　　
　　一、前言
　　混凝土是近年来工程建设中最广泛使用的建筑材料，也是当前最大宗的人造材料。20世纪以来，以混凝土为主要结构材料的工程建筑物得到飞速发展，与其他建筑材料相比，具有良好综合性能的混凝土已成为楼宇、桥梁、大坝、公路和城市运输系统等现代化标志性建筑的首选材料。
　　我国基本建设与发达国家相比，基本上迟后三十多年，但已建的部分工程也出现了类似令人堪忧的状况，有不少混凝土工程实际使用寿命明显低于设计要求。据统计，我国现有建筑面积50亿平方米，其中约23亿平方米需分期分批进行鉴定加固，近10亿平方米急需维修加固。混凝土耐久性已成为工程界普遍关注的重大课题。随着科学技术的发展和人类文明的进步，人类生产活动涉及的范围越来越广，各种在严酷环境下使用的混凝土工程，如跨海大桥、海洋工程、核反应堆、电站大坝等不断增多，这些工程关系国计民生，必须实现百年大计甚至千年大计，这就更加要求混凝土具有优异的耐久性即足够长的使用寿命。
　　为此，人们对混凝土耐久性的追求已越来越主动和自觉，甚至超过了过去对混凝土强度的追求，于是以高耐久性为核心内容的高性能混凝土便应运而生了。
　　二、高性能混凝土的性能研究和应用分析
　　与普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下独特的性能：
　　2.1 耐久性。高性能混凝土的重要特点是具有高耐久性, 而耐久性则取决于抗渗性;抗渗性又与混凝土中的水泥石密实度和界面结构有关。由于高性能混凝土掺加了高效减水剂,其水胶比很低(≤0138),水泥全部水化后,混凝土没有多余的毛细水,孔隙细化,最可几孔径很小, 总孔隙率低;再者高性能混凝土中掺加矿物质超细粉后,混凝土中骨料与水泥石之间的界面过渡区孔隙能得到明显的降低,而且矿物质超细粉的掺加还能改善水泥石的孔结构, 使其≥100μm的孔含量得到明显减少,矿物质超细粉的掺加也使得混凝土的早期抗裂性能得到了大大的提高。以上这些措施对于混凝土的抗冻融、抗中性化、抗碱- 集料反应、抗硫酸盐腐蚀,以及其它酸性和盐类侵蚀等性能都能得到有效的提高。高效减水剂和矿物质超细粉的配合使用，能够有效的减少用水量，减少混凝土内部的空隙，能够使混凝土结构安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土应用的主要目的。
　　2.2 工作性。坍落度是评价混凝土工作性的主要指标，HPC的坍落度控制功能好，在振捣的过程中，高性能混凝土粘性大，粗骨料的下沉速度慢，在相同振动时间内，下沉距离短，稳定性和均匀性好。同时，由于高性能混凝土的水灰比低，自由水少，且掺入超细粉，基本上无泌水，其水泥浆的粘性大，很少产生离析的现象。高性能混凝土具有良好的流变学性能, 高流动性,不泌水,不离析,能在正常施工条件下保证混凝土结构的密实性和均匀性,对于某些结构的特殊部位(如梁柱接头等钢筋密集处)还可采用自流密实成型混凝土,从而保证该部位的密实性,这样就可以减轻施工劳动强度,节约施工能耗。
　　2.3 强度。由于混凝土是一种非均质材料,强度受诸多因素的影响，水灰比是影响混凝土强度的主要因素，对于普通混凝土，随着水灰比的降低，混凝土的抗压强度增大，高性能混凝土中的高效减水剂对水泥的分散能力强、减水率高，可大幅度降低混凝土单方用水量。在高性能混凝土中掺入矿物超细粉可以填充水泥颗粒之间的空隙，改善界面结构，提高混凝土的密实度，提高强度。高性能混凝土具有较高的韧性、良好体积稳定性和长期的力学性能稳定性。高性能混凝土的高韧性要求其具有能较好地抵抗地震荷载、疲劳荷载及冲击荷载的能力,混凝土的韧性可通过在混凝土掺加引气剂或采用高性能纤维混凝土等措施得到提高。高性能混凝土的体积稳定性表现在其优良的抗初期开裂性, 低的温度变形、低徐变及低的自收缩变形。虽然高性能混凝土的水灰比比较低, 但是如果将新型高效减水剂和增粘剂一起使用, 尽可能地降低单方用水量, 防止离析,浇筑振实后立即用湿布或湿草帘加以覆盖养护, 避免太阳光照射和风吹, 防止混凝土的水分蒸发, 这样高性能混凝土早期开裂就会得到有效的抑制。高性能混凝土掺加了粉的普通混凝土都得到了显著降低, 这对于大体积混凝土的温控和防裂十分有利。国内已有研究表明,对于外掺加40%粉煤灰的高性能混凝土,不管是在标准养护还是在蒸压养护条件下,其360d龄期的徐变度(单位徐变应力的徐变值)均小于同强度等级的普通混凝土,高性能混凝土徐度度仅为普通混凝土的50%左右。高性能混凝土长期的力学稳定性要求其在长期的荷载作用及恶劣环境侵蚀下抗压强度、抗拉强度及弹性模量等力学性能保持稳定。
　　2.4体积稳定性。高性能混凝土具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。
　　2.5 经济性。高性能混凝土较高的强度、良好的耐久性和工艺性都能使其具有良好的经济性。高性能混凝土良好的耐久性可以减少结构的维修费用，延长结构的使用寿命，收到良好的经济效益；高性能混凝土的高强度可以减少构件尺寸，减小自重，增加使用空间；HPC良好的工作性可以减少工人工作强度，加快施工速度，减少成本。前苏联学者研究发现用C110~C137的高性能混凝土替代C40~C60的混凝土，可以节约15%~25%的钢材和30%~70%的水泥。虽然HPC本身的价格偏高，但是其优异的性能使其具有了良好的经济性。概括起来说，高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。
　　三、高性能混凝土技术发展
　　3.1高性能混凝土技术发展的必要性
　　高性能混凝土的问世对各国建筑业的科技进步起到不小的推动作用，尤其是大流动度高性能商品砼的出现，大大提高了现代化施工水平，保证了施工质量和工程质量，为高层建筑的发展提供了有利的条件。
　　3.2高性能混凝土技术发展的可行性
　　绿色高性能混凝土是高性能混凝土技术可持续发展的方向,是我国国情的需要,是建筑工程发展的需要,是为了子孙后代造福的需要, 2005年建设部发布了《关于进一步做好建筑业10项新技术推广应用的通知》(建质〔2005〕)26号)文件中第2项既是“高性能混凝土技术”。建设部部长汪光熹在第2届国际智能绿色节能大会上表示:中国将大力开展科技创新以支援和促进行业发展,将对既有建筑节能改造成套技术,低能耗大型公关建筑技术等加快技术公关,推动以节能、节地、节水、节材和环保为核心的建筑技术发展,逐步提高绿色建筑比重。因此,研发绿色高性能混凝土体现科学发展观,是利国利民,惠及子孙之事。上述这些都为绿色高性能混凝土的研究与应用打下了良好的基础。
　　四、结束语
　　在高性能混凝土今后的发展过程中，仍然还有许多材料与工程方面的技术难题需要解决与探讨。这些技术问题的解决对今后混凝土的发展起到有力的推动作用。高性能混凝土的进一步研究与开发利用，对节能、工程质量、环境与劳动保护等方面也具有重大的意义。
　　
　　
　　【参考文献】：
　　[1] 冯乃谦、邢锋，高性能混凝土技术，原子能出版社，2000
　　[2] 姚燕、王玲、田培，高性能混凝土，化学工业出版社，2006
　　[3] 刘娟红、宋少民，绿色高性能混凝土技术与工程应用，中国电力出版社，2011

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