高性能混凝土浅议

摘 要: 介绍了高性能混凝土的发展及现状，概念及其特点, 从水泥、水、骨料、高效减水剂等方面探讨了高性能混凝土原材料的技术要求, 以期提高混凝土的耐久性和强度。

关键词: 高性能混凝土 特点 耐久性 高效减水剂 强度

从1824年波特兰水泥发明开始，混凝土材料至今已有100多年的历史，以水泥为胶结材的混凝土也取得了巨大的发展，由普通混凝土向高性能混凝土发展。

近年来,越来越多的大跨度桥梁,高层建筑,地下、水下建筑等工程的修建,混凝土使用的环境条件日益严酷,工程建设对混凝土的要求愈来愈高,这就要求混凝土不仅要具有良好的物理力学性能,而且还要具有长期的耐久性，尤其是后者,因为这些建筑物一般工程浩大,相应的维修、重建费用高。显然,普通混凝土不能满足这一时代的要求,而高性能混凝土的需求就越来越大。何谓高性能混凝土,目前,在国际上,存在不同的解释,尽管各有差异,但基本认为:高性能混凝土是一种具有高抗渗性、高强度、高工作性、高耐久性、高体积稳定性的混凝土。

高性能混凝土(High performance concrete，简称HPC )是一种新型的高技术混凝土,有多种定义,不同国家,甚至同一个国家的不同部门,对高性能混凝土的定义都有所差别。1990年由美国国家标准与技术研究院（NIST）与美国混凝土学会（ACI）共同主办的一次研讨会上正式定名高性能混凝土。大会规定高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土，必须采用严格的施工工艺，采用优质材料配制，便于浇捣、不离析、力学性能稳定、早期强度高、具有韧性和体积稳定性等性能的耐久的混凝土，特别适用于高层建筑、桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑结构。

通俗地讲，我们通常所谓的高性能混凝土是指混凝土具有高强度、高耐久性、高工作性等多方面的优越性能。高强度、高工作性、高耐久性这三项指标，构成了“高性能混凝土”所具备“三高(即3H)”的性能指标。因此，高性能混凝土并不一定强调高强，也就是说高性能混凝土除了包含以前的概念外，还包括另一个方面，就是普通混凝土的高性能化。

目前，高性能混凝土的主要发展动向有:

(1) 超高强混凝土;

(2) 绿色高性能混凝土;

(3) 机敏型高性能混凝土;

(4) 普通混凝土的高性能化

高性能混凝土的主要特点如下:

1) 强度高。

由于混凝土强度的提高, 可有效地减小梁柱等构件截面尺寸, 减少混凝土用量, 减轻结构的自重和基础的负荷, 扩展所有空间, 降低建筑成本。高性能混凝土的最高抗压强度已经超过200MPa。目前, 28 d 平均强度介于100 MPa～ 120 MPa 的高性能混凝土, 已在工程中应用。

2) 工作性好。

高性能混凝土的和易性很好，具有良好的流动性, 保水性，不离析, 可泵性好, 适宜于泵送混凝土, 从而大大加快了施工速度, 减小了劳动强度。

3) 耐久性好。

高性能混凝土具有良好的耐久性, 除通常的抗冻性、抗渗性明显高于普通混凝土外, 还具有上百年而不是通常对普通混凝土所要求的40 年～50 年的使用寿命。在已发生的一些钢筋混凝土结构破坏事故中, 其产生破坏的主要原因不是因为强度不足, 而是因为其耐久性不够, 特别是一些易受外界不良介质侵蚀的建筑物, 其耐久性就显得更为重要。高性能混凝土因材料致密坚硬, 抗冻、抗渗等性能均优于普通混凝土, 因而更能经受侵蚀介质的破坏作用。

高性能混凝土以其优良的工作性能, 硬化后优越的力学性能和卓越的耐久性能, 无论是在使用功能上还是社会、经济效益上都越来越受到世界各国工程界的重视, 高性能混凝土是以高耐久性为目标而发展起来的。为了保证混凝土具有高的耐久性, 高性能混凝土的水灰比一般低于0. 38,这样从理论上混凝土中的水泥石仅存在水泥凝胶、水和大约8%左右的孔隙,使混凝土具有高的抗渗性与耐久性。美国建造的数百座50层～70 层的超高层建筑所采用的混凝土强度等级也仅仅为C40～C60，采用C60 以上的混凝土也仅为百分之几。我国高性能混凝土( HPC)的研究和应用较晚,20世纪80年代初首先在轨枕和预应力桥梁中得到应用, 高层建筑中则始于1988年,才在北京、上海、广东等地采用C60～C80的HPC。随着国民经济发展和建筑技术的进步要求,HPC将在我国的高层建筑、道路、桥梁、港口、海洋、大跨度及预应力结构、高耸建筑物等工程中广泛应用,强度等级也将不断提高。从我国高层建筑物广泛采用的混凝土来看,低于20 层建筑的框架剪力墙结构低层所采用混凝土强度等级多为C40,高于20 层建筑的框架结构低层所采用的混凝土强度等级也仅为C50,只有近1%的高层建筑结构采用了C60混凝土。

配制高性能混凝土的方法多种多样, 而在原材料和生产工艺都不变的条件下,采用加入高效减水剂和活性矿物掺合料配制高性能混凝土的方法,有利于这种混凝土的大规模推广和应用,因此,研究和开发这种高性能混凝土具有重要的实际意义。

高性能混凝土的组分较普通混凝土的多,原材料性质、配比以及混凝土施工方法都会对高性能混凝土的实现产生很大的影响。

高性能混凝土原材料的要求如下:

1) 水泥: 混凝土中水泥用量过多会产生多种不利后果,如会产生大量的水化热,收缩增加产生裂缝。因此配制高性能混凝土用的水泥宜用52. 5 号或更高标号的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

2) 水:高性能混凝土拌合用水为饮用水。水灰比是控制混凝土强度的重要参数,高性能混凝土的水灰比一般小于0.4,而水灰比的降低使混凝土工作性变差,可通过加入高效减水剂来解决。

3) 骨料: 是混凝土的主要组成成分,在混凝土组织结构中起骨架作用, 在配制高性能混凝土时,如何正确选择骨料的品种就显得十分重要。据经验,配制高性能混凝土时,粗骨料的强度要高于混凝土强度1. 5 倍~ 2 倍。粗骨料的粒径大小也会影响高性能混凝土的强度,最大粒径不宜大于30 mm, 此外粗骨料宜采用连续级配，有利于改善混凝土的工作性，所以骨料强度对混凝土强度的影响很大。

4) 高效减水剂: 是配制高性能混凝土的重要组分,高效减水剂的加入,可以大大降低混凝土的水灰比,增加流动性,使坍落度达到20 cm 左右,有利于施工。代表性的有萘系、改性木钙系高效减水剂。高性能混凝土技术的发展,使混凝土的耐久性与强度均有大幅度的提高。

高性能混凝土在实际应用中需要注意的问题

高性能混凝土的突出特点就是掺加矿物掺合料、降低水泥用量、低水胶比、掺用复合外加剂等。需要明确的是，水泥用量是指“水泥与矿物掺合料总量”，水灰比就是水胶比。在实际应用中一定要认真学习规范，灵活运用规范，而不被规范束缚，和普通的混凝土应用区别开来。在施工中应该注意低水胶比决定于混凝土的粘性变大，在混凝土的运输、浇注、振捣工艺上必须严格控制。高矿物掺和料要求混凝土的养护必须到位，保证水化反应的正常进行是保证高性能混凝土高性能的重要工艺措施，在混凝土浇筑完毕后12小时以内，通过湿润养护，使混凝土在良好的条件下进行水化反应。因为掺和料的活性比水泥小得多，对硅粉混凝土，要求潮湿养护14d，而粉煤灰混凝土则要养护21d才能达到预期效果，否则会发生表面掉面、耐磨性差等；复掺外加剂要求混凝土的拌合时间必须要长，外加剂的用量很小，若不保证拌合时间，根本分散不开，均匀性变差，致使外加剂不仅起不到作用，反而使混凝土表面质量下降。