淺談高性能混凝土的發展

劉 攀

（重慶交通大學材料科學與工程學院 重慶 400074）

淺談高性能混凝土的發展

劉 攀

（重慶交通大學材料科學與工程學院 重慶 400074）

本文首先現介紹了高性能混凝土的定義，然后闡述了高性能混凝土的性能及其應用進展，最后提出了高性能混凝土存在的問題，并展望了其發展方向。

高性能混凝土；性能；發展

0 引言

至波特蘭水泥問世以來，水泥混凝土已有近200年的使用歷史。由于其良好的綜合性能，是目前建筑行業使用最廣泛的材料。但是，最初人們過分注重混凝土強度的提高，卻忽視了其耐久性，導致其耐久性往往達不到使用要求，進而增大維修或重建成本，也影響去結構的使用壽命。隨著科學技術的發展，研究者為了克服混凝土耐久性不足的問題，進一步提高混凝土的使用壽命，在上世紀80年代末90年代初，人們提出了一種新型混凝土——高性能混凝土，它是一種集高強度、高耐久性與高工作性于一體的新型混凝土。和普通混凝土相比，高性能混凝土大幅提高了混凝土的各項工作性能，如強度、工作性、耐久性和體積穩定性等。因此，高性能混凝土必將是今后混凝土技術的發展方向。

1 高性能混凝土的定義

高性能混凝土自提出以來，各國研究者對其進行了大量的研究和應用工作。目前，國內外對高性能混凝土尚無統一的定義0。

美國和加拿大等學者認為，高性能混凝土不僅具備高強度，還應具有高耐久性以及優良的尺寸穩定性和抗滲性等性能。歐洲學者認為，通過高效減水劑降低水灰比，利用硅粉或微填充料填充空隙，采用新型水泥，在一定壓力作用下普通混凝土可變為高性能混凝土。日本學者則認為，高性能混凝土就是自密實、高流態、免振的混凝土，他們把高流態、高強和超高強作為高性能混凝土的特性。近年來，美國混凝土學會又發表了一個新的定義：高性能混凝土是一種具有特殊性能組合和均勻性要求的混凝土，通常不能僅采用傳統混凝土原材料組分和常規的攪拌、澆筑和養護方法所能獲得。吳中偉定義高性能混凝土為：一種高技術新型混凝土，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，針對不同的用途要求，保證結構的耐久性、工作性、強度、體積穩定性以及經濟合理性。中國土木工程學會高強與高性能混凝土委員會將高性能混凝土定義為以耐久性和可持續發展為基本要求并適合工業化生產施工的混凝土。

2 高性能混凝土的性能

2.1 力學性能

高性能混凝土的力學性能各有特點。其中，纖維混凝土顯著地提混凝土的抗壓、抗拉、抗沖擊韌性等性能；活性粉末混凝土集高強混凝土和纖維混凝土的優勢于一體，強度高且低脆性、高抗拉；輕骨料混凝土使用輕骨料代替普通骨料，在保持高強度基礎上，大大降低混凝土的結構自重。

2.2 體積穩定性

高性能混凝土由于在原材料選擇與配比方面充分考慮了避免各種影響體積穩定性的因素，其彈性模量高，變形小，具體為收縮與徐變小、溫度影響小。

2.3 工作性能

在改善工作性能方面，自密實混凝土得到了廣泛應用，通過各原材料如膠凝材料、粗細骨料及外添加劑等拌合后，在自重作用下有很好的流動性，能填充滿模板，使膠凝材料能夠充分包裹骨料，從而達到均勻且密實的結構0。這種混凝土結構粗骨料不易離析，且混凝土表面不泌水。

2.4 耐久性能

高性能混凝土相較于普通混凝土，其具有良好的抗凍性、抗滲性、抗離析、抗泌水及抗化學腐蝕性能0，這是由于高性能混凝土具有較高的密實性和抗滲性。因此，高性能混凝土的Cl-滲透率，也明顯低于普通混凝土。所有這些因素都有利于高性能混凝土耐久性的提高。

總而言之，高性能混凝土的各項工作指標和技術參數都可以滿足結構的強度、安全性、適用性和耐久性。其各種工作性能均良好，增強結構的安全性與耐久性，延長使用年限。從短期看，雖然高性能混凝土費用較高，但從長期來說，高性能混凝土的應用具有很大的經濟效益。

3 高性能混凝土的發展應用

高性能混凝土由于具諸多優良特性，被認為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在橋梁、高層建筑、海上建筑等工程中顯示出其獨特的優越性。

1986年，挪威開始對高性能混凝土進行研究并廣泛應用于橋梁工程。同時，挪威還是唯一采用高強度高性能混凝土修筑公路路面的國家，明顯提高了路面的耐磨性。1991～1997年，瑞典政府和企業聯合出資5200萬克朗，實施高性能混凝土研究的國家計劃。1996年，法國進行了為期4年的“高性能混凝土2000”國家項目的研究，對高性能混凝土材料設計、耐久性及工程性能進行廣泛的研究。1998年，美國西雅圖雙聯合廣場大樓的柱子采用 C135混凝土，其 28天抗壓強度達119MPa。此外，日本的明石海峽大橋、荷蘭的東謝爾得擋潮閘工程、美國芝加哥311瓦克大樓、法國西沃核電站、英吉利海峽隧道襯里等都有高性能混凝土的應用。

1992年清華大學著手研究高性能混凝土，并取得重大研究成果。我國許多重大工程中都不同程度應用了高性能混凝土，如杭州灣跨海大橋、青馬大橋、三峽工程、東海大橋、蘇通大橋、遼寧物產大廈、南京有點中心等。上海東方明珠電視塔、深圳帝王大廈、上海新世界廣場以及上海金茂大廈等工程均采用了C60～85等級的高性能混凝土；北京首都國際機場，在柱、梁、板等結構中使用C60高性能混凝土超過150000m3。在2008年開始的高速鐵路建設中，許多重要的工程結構都應用了高性能混凝土，其在鐵路建設中發揮了巨大的作用。

4 高性能混凝土存在的問題及發展方向

高性能混凝土在發展和使用過程中，其優點明顯，但也存在缺點。如低水膠比會引起混凝土的自收縮，引起高性能混凝土早期開裂。高性能混凝土組分多，其性能對原材料敏感性大，因此，如何正確選擇和使用高效減水劑及礦物超細粉至關重要。此外，現階段們往往憑經驗進行高性能混凝土的配合比設計，然后再試驗調整，缺乏相應的設計規程。

今后高性能混凝土的發展方向主要有綠色高性能混凝土和超高性能混凝土等。綠色高性能混凝土代表了能源消耗少，對自然環境的污染和破壞少，對廢棄物的回收利用，實現經濟的可持續發展。超高性能混凝土具有很高的強度和密實性，同時，超高性能混凝土也是耐久性最好的混凝土材料，適當配筋后，超高性能混凝土的力學性能甚至可以接近鋼結構的力學性能，同時還具有良好的抗爆和耐磨性能。因此，特別適合用于大跨度橋梁工程、抗爆結構以及高磨蝕、高腐蝕環境。

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