高效能混凝土現(xiàn)狀分析

張冬原

摘? ?要：文章從高效能混凝土的定義與認(rèn)知、高效能混凝土的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀以及針對高效能混凝土研究的相關(guān)問題這3個方面進(jìn)行深入的分析和探究。

關(guān)鍵詞：混凝土;高效能;發(fā)展現(xiàn)狀;問題探究

高效能混凝土是二十世紀(jì)八九十年代被國外專家學(xué)者提出的一種混凝土新概念，是建立在混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計基礎(chǔ)之上的。因此，高效能混凝土的一個顯著特征和優(yōu)勢就是混凝土的耐久性，相關(guān)調(diào)查和研究證明，高效能混凝土可以確保基礎(chǔ)設(shè)施工程保持至少百年以上的使用壽命。除耐久性這一優(yōu)勢外，高效能混凝土還具有高強(qiáng)度、高工作性和高體積穩(wěn)定性等諸多優(yōu)勢，這都是傳統(tǒng)混凝土不可替代的優(yōu)點(diǎn)。筆者結(jié)合自己多年相關(guān)工作經(jīng)驗，就此議題展開具體闡述。

1? ? 高效能混凝土的研究背景分析

近些年來，全世界范圍內(nèi)各個領(lǐng)域的建筑工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展都對混凝土提出了更高的效能要求，必須正視現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn)的建筑問題。受各種因素的影響，各類建筑物都出現(xiàn)了不同程度的劣化和退化現(xiàn)象，一些建筑物甚至在使用壽命達(dá)到極限之前就已經(jīng)完全失效了。這些問題的出現(xiàn)所帶來的負(fù)面影響遠(yuǎn)不止于經(jīng)濟(jì)層面，這將導(dǎo)致整個產(chǎn)業(yè)鏈條的脫節(jié)，隨之而來的問題涉及資源、環(huán)境、生態(tài)甚至政治層面。因此，加強(qiáng)對高效能混凝土的研究工作勢在必行。必須通過不斷創(chuàng)新與升級提升混凝土的整體效能，全面提升混凝土的各項效能指標(biāo)，借助高效能混凝土確保建筑工程的整體質(zhì)量。

在建筑工程中，混凝土是用量最大的人造材料代表之一，因此，需要充分考慮混凝土生產(chǎn)、制造以及應(yīng)用過程中可能會對人們賴以生存的生態(tài)環(huán)境造成的影響。眾所周知，之前的混凝土原材料基本都取自于天然資源，通常是1 t水泥配置0.6 t的純凈水、3 t左右的石子以及2 t左右的砂，而每生產(chǎn)1噸的硅酸鹽水則需要搭配1.5 t的石灰石和大量的燃煤和電能，大概會排放出1 t左右的二氧化碳，大大增加了空氣中二氧化碳的含量，加劇全球變暖的速度。生產(chǎn)混凝土與生產(chǎn)其他建筑材料相比，其無論是在能源消耗還是在生態(tài)污染層面的影響都相對較小，因為混凝土自身可以算作是潔凈材料，可是任何一種建筑工程都需要大量的混凝土作為材料支持，這就意味著生產(chǎn)混凝土必須開采大量的砂石、礦石、石骨料等，必然會在很大程度上影響資源的可持續(xù)利用，使傳統(tǒng)混凝土的質(zhì)量和效能不能得到有效保障，混凝土材料在長時間的應(yīng)用過程中逐漸暴露出很多問題，嚴(yán)重影響建筑工程的正常使用壽命。

所以，現(xiàn)在的高效能混凝土研究工作必須立足實(shí)際情況，正視當(dāng)前混凝土建筑工程中出現(xiàn)的各種問題，盡可能借助各種先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的力量減少水泥的使用量，嘗試應(yīng)用各種各樣的工業(yè)廢渣、廢料作為替代材料。與此同時，在高效能混凝土的研究工作中，還應(yīng)高度重視廢棄混凝土的再生利用工作，竭盡全力確保未來建筑工程中所使用混凝土的高效能，提升混凝土的耐久性和強(qiáng)度，高效能混凝土的使用不僅可以有效提升建筑工程的整體質(zhì)量，更重要的是，可以在很大程度上節(jié)省各類資源，對整個自然圈和社會圈的可持續(xù)發(fā)展都能起很大的推動作用。

2? ? 高效能混凝土的定義和認(rèn)知分析

雖然高效能混凝土從出現(xiàn)到應(yīng)用的時間并不長，但高效能混凝土已經(jīng)憑借自身強(qiáng)大的優(yōu)勢逐步取代傳統(tǒng)的混凝土，全世界范圍的專業(yè)領(lǐng)域都在不斷加強(qiáng)對高效能混凝土的研究，高效能混凝土?xí)r代指日可待。下面是國內(nèi)外給予高效能混凝土的幾個代表性定義：

（1）最具代表性的定義是在美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所與美國混凝土協(xié)會合力召開的討論會上提出的，高效能混凝土的定義是：滿足一些特性需求的勻質(zhì)混凝土，經(jīng)過嚴(yán)格的施工，采用優(yōu)質(zhì)材料配制的，便于澆搗，不離析，力學(xué)性能穩(wěn)定，早期強(qiáng)度非常高，具有韌性和體積穩(wěn)定性等耐久性能的混凝土。高效能混凝土在橋梁、高層建筑以及暴露在嚴(yán)酷環(huán)境中的建筑結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的應(yīng)用效果非常理想。

（2）國內(nèi)對高效能混凝土給出的最具代表性的定義來自吳中偉院士。他認(rèn)為高效能混凝土指的是一種新型高技術(shù)混凝土，其不但超越普通混凝土的性能，而且采用的是優(yōu)質(zhì)材料和先進(jìn)混凝土技術(shù)，在非常嚴(yán)格的質(zhì)量管理條件下制作而成的混凝土。高效能混凝土最主要的設(shè)計指標(biāo)當(dāng)以耐久性莫屬，此外，高效能混凝土與普通的混凝土相比，在其他性能方面也均占有優(yōu)勢，諸如工作性、強(qiáng)度、適用性、經(jīng)濟(jì)性以及體積穩(wěn)定性。

3? ? 高效混凝土的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀分析

表1是關(guān)于幾個代表性國家對高效能混凝土的研究與應(yīng)用情況的對比與總結(jié)。

當(dāng)前國際對高效能混凝土的認(rèn)可程度非常高，其廣泛認(rèn)識到高效能混凝土所具備的強(qiáng)耐久性、高強(qiáng)度以及高工作性等優(yōu)勢。高效能混凝土在實(shí)際應(yīng)用過程中也展現(xiàn)出非常高的應(yīng)用價值，同時也體現(xiàn)出非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益。目前，高效能混凝土在全世界范圍內(nèi)都得到了充分認(rèn)可，世界上多個國家也在不斷加強(qiáng)對高效能混凝土的研究，并且很多國家都取得了非常理想的研究成果。以美國、法國、加拿大、日本等發(fā)達(dá)國家為代表的多個國家都選擇將高效能混凝土看作跨世紀(jì)的新材料，一直都在不斷加大對高效能混凝土資源的投入力度，包括財力、物力、人力等多方面的資源。高效能混凝土的確與現(xiàn)階段的生產(chǎn)發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)有著高度的一致性和適應(yīng)性，其也將會成為未來混凝土技術(shù)領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。

4? ? 高效能混凝土研究工作中出現(xiàn)的代表性問題分析

4.1? 關(guān)于高效能混凝土的高強(qiáng)度解析

最開始的高效能混凝土研究工作曾經(jīng)一度追求高強(qiáng)度。研究認(rèn)為高效能的混凝土強(qiáng)度越高，其耐久性會更長，高效能混凝土的強(qiáng)度與耐久性在一定情況下呈正比。但是，這不是絕對的，而是片面的。因為高效能混凝土的耐久性不只有強(qiáng)度這一影響因素，而且現(xiàn)在高效能混凝土中也包含著中等強(qiáng)度的混凝土。關(guān)于如何界定高效能混凝土的高強(qiáng)度問題，還需要得到進(jìn)一步的研究和驗證。

4.2? 高效能混凝土的開裂問題解析

其實(shí)，我國一些大型混凝土企業(yè)已經(jīng)具備提供超高強(qiáng)混凝土的能力，可是在高效能混凝土應(yīng)用過程中卻不斷出現(xiàn)結(jié)構(gòu)開裂或者是早期開裂的問題。之所以出現(xiàn)這些問題，其原因主要在于高效能混凝土在配制中一般會摻入大量的高膠凝材料、活性摻合料等物質(zhì)，這些物質(zhì)的摻入會使高效能混凝土在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和硬化特點(diǎn)層面和之前應(yīng)用的普通混凝土產(chǎn)生非常大的差異，最終導(dǎo)致高效能混凝土在早期容易出現(xiàn)開裂或者是體積穩(wěn)定性差的問題，其耐久性也會因此受到影響。

5? ? 高效能混凝土的具體研究內(nèi)容和方向分析

5.1? 高效能混凝土原材料的選擇與配置研究

眾所周知，在高效能混凝土中，最核心的原材料便是水泥。現(xiàn)階段制作混凝土?xí)r采用的都是傳統(tǒng)的水泥，傳統(tǒng)水泥自身存在很大局限，在很大程度上影響混凝土制作質(zhì)量和使用效率。因此，當(dāng)前關(guān)于混凝土主要原材料之一的水泥原料的研究工作，更加看重水泥和外加劑的相容性能和效果，會更傾向于選擇使用硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥中C3A含量相對較低。

現(xiàn)階段，全世界范圍內(nèi)諸多國家也在積極致力于對新型高性能水泥的研究，比如，日本的小野田水泥公司正在和清水建設(shè)共同研究一種新型的水泥，即球狀水泥。這種水泥要比之前制作混凝土所使用的普通水泥擁有著更加優(yōu)越的物理力學(xué)性能。球狀水泥，顧名思義，就是將水泥粒子加工成球的形狀，之前所使用的傳統(tǒng)水泥基本上都是以碎石型為主。球狀水泥的應(yīng)用可以大大提高混凝土的強(qiáng)度、流動性以及耐久性，其應(yīng)該歸屬于高性能水泥范疇。之前意大利的一家水泥廠也生產(chǎn)出一種塑形非常強(qiáng)的水泥，這種水泥是在意大利525型硅酸鹽水泥生產(chǎn)時摻入超塑化劑制成的，該水泥最大的優(yōu)勢和特性在于其在提高混凝土流動性層面有非常顯著的作用。瑞典也研制出了一種新型水泥，其是利用中熱水泥、硅灰和超塑化劑研制出了一種強(qiáng)力改性水泥，其優(yōu)勢和特點(diǎn)在于，使用這種水泥可以在極大程度上降低水灰比，制作出來的混凝土的強(qiáng)度和性能卻非常理想。

5.2? 高效能混凝土外加劑和礦物摻合料的研究

眾所周知，在生產(chǎn)和制作高效能混凝土的過程中必然離不開各種外加劑和礦物摻合料，因此，外加劑和礦物摻合料的研究，也是高效能混凝土研究工作中非常重要一項的內(nèi)容。當(dāng)前世界各國都在積極加強(qiáng)對高效能混凝土外加劑和礦物摻合料的研究，目前已經(jīng)取得一些較為理想的研究成果，諸如萘系、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。這些研究成果在實(shí)際應(yīng)用過程中也呈現(xiàn)出比較理想的效果，其在提高高效能混凝土的耐久性、強(qiáng)度等方面都呈現(xiàn)出極高的利用價值。

在礦物摻合料研究工作中，現(xiàn)階段也已經(jīng)研制出了一系列高效、優(yōu)質(zhì)復(fù)合型礦物摻合料，且已經(jīng)全面投入到高效能混凝土的制備工作當(dāng)中去。

5.3? 高效能混凝土配合比設(shè)計的研究

在高效能混凝土的設(shè)計目標(biāo)中，最首要的衡量指標(biāo)便是混凝土的耐久性能。目前，在高效能混凝土研究工作中，最受關(guān)注的一項內(nèi)容也是高效能混凝土的配合比設(shè)計。現(xiàn)階段，世界各國在此研究工作中都已經(jīng)獲得了比較理想的成果，比如，法國路橋?qū)嶒炛行慕ㄗh的有關(guān)高性能混凝土設(shè)計方法、P.K.Mehta和Aitcin推薦的高強(qiáng)度高性能混凝土配合比確定方法、日本阿部道彥采用的高性能混凝土配合比計算方法等，這些具體計算方法的實(shí)際應(yīng)用效果也得到了很好的驗證。

高效能混凝土配合比設(shè)計必須要保持對原材料質(zhì)量和配合比參數(shù)變化的敏感意識，一定要全力提高配合比計算的精確性，一處很小的參數(shù)差別都可能造成非常大的影響，進(jìn)而影響到高效能混凝土各項指標(biāo)的實(shí)踐效果。

6? ? 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)階段，有越來越多的國家對高效能混凝土表示出了更高的關(guān)注程度，高效能混凝土作為新材料研發(fā)的重要對象獲得了非常多人力、物力、資源的支持，相信伴隨著研究工作的不斷深入，高效能混凝土的應(yīng)用空間和應(yīng)用價值將會得到更大的提升。

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