高效能混凝土現狀分析

張冬原

摘? ?要：文章從高效能混凝土的定義與認知、高效能混凝土的研究與應用現狀以及針對高效能混凝土研究的相關問題這3個方面進行深入的分析和探究。

關鍵詞：混凝土;高效能;發展現狀;問題探究

高效能混凝土是二十世紀八九十年代被國外專家學者提出的一種混凝土新概念，是建立在混凝土結構耐久性設計基礎之上的。因此，高效能混凝土的一個顯著特征和優勢就是混凝土的耐久性，相關調查和研究證明，高效能混凝土可以確保基礎設施工程保持至少百年以上的使用壽命。除耐久性這一優勢外，高效能混凝土還具有高強度、高工作性和高體積穩定性等諸多優勢，這都是傳統混凝土不可替代的優點。筆者結合自己多年相關工作經驗，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，全世界范圍內各個領域的建筑工程結構的發展都對混凝土提出了更高的效能要求，必須正視現實生活中出現的建筑問題。受各種因素的影響，各類建筑物都出現了不同程度的劣化和退化現象，一些建筑物甚至在使用壽命達到極限之前就已經完全失效了。這些問題的出現所帶來的負面影響遠不止于經濟層面，這將導致整個產業鏈條的脫節，隨之而來的問題涉及資源、環境、生態甚至政治層面。因此，加強對高效能混凝土的研究工作勢在必行。必須通過不斷創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，借助高效能混凝土確保建筑工程的整體質量。

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、制造以及應用過程中可能會對人們賴以生存的生態環境造成的影響。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。生產混凝土與生產其他建筑材料相比，其無論是在能源消耗還是在生態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利用，使傳統混凝土的質量和效能不能得到有效保障，混凝土材料在長時間的應用過程中逐漸暴露出很多問題，嚴重影響建筑工程的正常使用壽命。

所以，現在的高效能混凝土研究工作必須立足實際情況，正視當前混凝土建筑工程中出現的各種問題，盡可能借助各種先進技術和設備的力量減少水泥的使用量，嘗試應用各種各樣的工業廢渣、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量，更重要的是，可以在很大程度上節省各類資源，對整個自然圈和社會圈的可持續發展都能起很大的推動作用。

2? ? 高效能混凝土的定義和認知分析

雖然高效能混凝土從出現到應用的時間并不長，但高效能混凝土已經憑借自身強大的優勢逐步取代傳統的混凝土，全世界范圍的專業領域都在不斷加強對高效能混凝土的研究，高效能混凝土時代指日可待。下面是國內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準與技術研究所與美國混凝土協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混凝土，經過嚴格的施工，采用優質材料配制的，便于澆搗，不離析，力學性能穩定，早期強度非常高，具有韌性和體積穩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酷環境中的建筑結構等領域的應用效果非常理想。

（2）國內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。他認為高效能混凝土指的是一種新型高技術混凝土，其不但超越普通混凝土的性能，而且采用的是優質材料和先進混凝土技術，在非常嚴格的質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計指標當以耐久性莫屬，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勢，諸如工作性、強度、適用性、經濟性以及體積穩定性。

3? ? 高效混凝土的研究與應用現狀分析

表1是關于幾個代表性國家對高效能混凝土的研究與應用情況的對比與總結。

當前國際對高效能混凝土的認可程度非常高，其廣泛認識到高效能混凝土所具備的強耐久性、高強度以及高工作性等優勢。高效能混凝土在實際應用過程中也展現出非常高的應用價值，同時也體現出非常顯著的經濟效益。目前，高效能混凝土在全世界范圍內都得到了充分認可，世界上多個國家也在不斷加強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、日本等發達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階段的生產發展以及科學技術有著高度的一致性和適應性，其也將會成為未來混凝土技術領域的重點研究方向。

4? ? 高效能混凝土研究工作中出現的代表性問題分析

4.1? 關于高效能混凝土的高強度解析

最開始的高效能混凝土研究工作曾經一度追求高強度。研究認為高效能的混凝土強度越高，其耐久性會更長，高效能混凝土的強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度這一影響因素，而且現在高效能混凝土中也包含著中等強度的混凝土。關于如何界定高效能混凝土的高強度問題，還需要得到進一步的研究和驗證。

4.2? 高效能混凝土的開裂問題解析

其實，我國一些大型混凝土企業已經具備提供超高強混凝土的能力，可是在高效能混凝土應用過程中卻不斷出現結構開裂或者是早期開裂的問題。之所以出現這些問題，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，這些物質的摻入會使高效能混凝土在內部結構和硬化特點層面和之前應用的普通混凝土產生非常大的差異，最終導致高效能混凝土在早期容易出現開裂或者是體積穩定性差的問題，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。現階段制作混凝土時采用的都是傳統的水泥，傳統水泥自身存在很大局限，在很大程度上影響混凝土制作質量和使用效率。因此，當前關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。

現階段，全世界范圍內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越的物理力學性能。球狀水泥，顧名思義，就是將水泥粒子加工成球的形狀，之前所使用的傳統水泥基本上都是以碎石型為主。球狀水泥的應用可以大大提高混凝土的強度、流動性以及耐久性，其應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出一種塑形非常強的水泥，這種水泥是在意大利525型硅酸鹽水泥生產時摻入超塑化劑制成的，該水泥最大的優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力改性水泥，其優勢和特點在于，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容。當前世界各國都在積極加強對高效能混凝土外加劑和礦物摻合料的研究，目前已經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。這些研究成果在實際應用過程中也呈現出比較理想的效果，其在提高高效能混凝土的耐久性、強度等方面都呈現出極高的利用價值。

在礦物摻合料研究工作中，現階段也已經研制出了一系列高效、優質復合型礦物摻合料，且已經全面投入到高效能混凝土的制備工作當中去。

5.3? 高效能混凝土配合比設計的研究

在高效能混凝土的設計目標中，最首要的衡量指標便是混凝土的耐久性能。目前，在高效能混凝土研究工作中，最受關注的一項內容也是高效能混凝土的配合比設計。現階段，世界各國在此研究工作中都已經獲得了比較理想的成果，比如，法國路橋實驗中心建議的有關高性能混凝土設計方法、P.K.Mehta和Aitcin推薦的高強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際應用效果也得到了很好的驗證。

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

6? ? 結語

綜上所述，現階段，有越來越多的國家對高效能混凝土表示出了更高的關注程度，高效能混凝土作為新材料研發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，高效能混凝土的應用空間和應用價值將會得到更大的提升。

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