高性能混凝土的研究及发展趋势

【摘 要】高性能混凝土（High Performance Concrete，HPC）是20世纪80年代末90年代初，一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计提出的一种全新概念的混凝土，它以耐久性为首要设计指标，这种混凝土有可能为基础设施工程提供100年以上的使用寿命。区别于传统混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出其独特的优越性，在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益，因此被各国学者所接受，被认为是今后混凝土技术的发展方向。

【关键词】高性能混凝土；研究；发展

混凝土作为用量最大的人造材料，不能不考虑它的使用对生态环境的影响。传统混凝土的原材料都来自天然资源。尽管与钢材、铝材、塑料等其它建筑材料相比，生产混凝土所消耗的能源和造成的污染相对较小或小得多，混凝土本身也是一种洁净材料，但由于它的用量庞大，过度开采矿石和砂、石骨料已在不少地方造成资源破坏并严重影响环境和天然景观。目前，高性能混凝土的发展有以下几个方向：（1）绿色高性能混凝土；（2）超高性能混凝土；（3）智能混凝土。高性能混凝土是近20余年发展起来的一种新型混凝土。具有如下独特的性能：1.耐久性、2.工作性、3.力学性能、4.体积稳定性、5.经济性。

混凝土原材料应严格按照施工配合比要求进行准确称量，称量最大允许偏差应符合下列规定（按重量计）：胶凝材料（水泥、掺合料等）±1%；外加剂±1%；骨料±2%；拌合用水±1%。应采用卧轴式、行星式或逆流式强制搅拌机搅拌混凝土，采用电子计量系统计量原材料。搅拌时间不宜少于2min，也不宜超过3min。炎热季节或寒冷季节搅拌混凝土时，必须采取有效措施控制原材料温度，以保证混凝土的入模温度满足规定。应采取有效措施，保证混凝土在运输过程中保持均匀性及各项工作性能指标不发生明显波动。应对运输设备采取保温隔热措施，防止局部混凝土温度升高（夏季）或受冻（冬季）。应采取适当措施防止水分进入运输容器或蒸发。高性能混凝土早期强度增长较快，一般3天达到设计强度的60%，7天达到设计强度的80%，因而，混凝土早期养护特别重要。通常在混凝土浇注完毕后采取以带模养护为主，浇水养护为辅，使混凝土表面保持湿润。质量检验控制，除施工前严格进行原材料质量检查外，在混凝土施工过程中，应对混凝土的以下指标进行检查控制：混凝土拌合物：水胶比、坍落度、含气量、入模温度、泌水率、匀质性。硬化混凝土：标准养护试件抗压强度、同条件养护试件抗压强度、抗渗性、电通量等。

绿色是绿色环保，人类社会越发展，对绿色环保的要求越迫切。水泥和混凝土堪称为世界上耗用量最大的材料，在我国尤其如此。我国人多地少，资源缺乏，同时也是世界上能源消耗的大国，以水泥和混凝土为例，我国水泥的年产量大约9亿吨，占世界水泥产量的三分之一，混凝土产量约12亿m3，世界混凝土年产量大约30亿m3，混凝土的大量使用，需要大量水泥，水泥的生产又极大地影响了环境，直接影响子孙后代的生活，所以绿色高性能的发展是事在必行。绿色高性能混凝土的研究及使用，即保护了环境，又提高了混凝土的性能。以粉煤灰为例，现已研发与使用的绿色高性能混凝土，绝大部分把粉煤灰作主要掺料，粉煤灰是工业废料，如不很好利用，会对环境造成二次污染，在绿色高性能混凝土中采用粉煤灰，即解决了二次污染，又降低了混凝土的成本，同时提高了混凝土的性能，主要表现在提高了混凝土的耐久性和工作性。混凝土的评价已由高强度转为高性能，高性能中耐久性是一个主要的评定标准，混凝土不是一劳永逸的材料，它也是随时间的增长、环境的影响和使用情况直接影响其使用寿命，一些发达国家面临这个问题， 我们国家也面临同样的问题。绿色高性能混凝土是混凝土发展的方向，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。高性能混凝土（HPC）具有下列特征：（1）更多地节约熟料水泥，降低能耗与环境污染；（2）更多地掺加工业废料为主的细掺料；（3）更大地发挥混凝土的高性能优势，减少水泥与混凝土的用量。因此，高性能混凝土本身就可成为绿色混凝土。事实上，许多工程如大体积水工建筑、基础等对强度要求不高，但对耐久性、工作性、体积稳定性、低水化热等有很高要求，都应采用HPC。例如日本跨海明石大桥基墩混凝土（50万m3）要求高耐久性、高抗冲刷性与低升温，而强度只要求20MPa，使用的就是掺加了复合外加剂与复合细掺料的HPC。由此可见，高性能混凝土并不一定强调高强，我国目前也己完成了普通混凝土的高性能化的研究和应用。因此，传统的GHPC的应用范围可以进一步扩大，可以将欧美对HPC强度的低限50MPa降低到C30左右，原则是只要不损害混凝土的内部结构如孔结构、水化物结构与界面结构等，保证混凝土具有良好的耐久性与体积稳定性。纳米混凝土、再生混凝土、免振捣自密实高性能混凝土等都是绿色高性能混凝土。绿色高性能混凝土已被广泛应用于市政工程、民用建筑和工业建筑，与普通混凝土相比，高性能混凝土具有更好的施工性能和耐久性，同时可以更多地利用工业废渣及其它废弃物，有良好的经济指标和环保意义，因此，绿色高性能混凝土是混凝土的发展方向。

随着HPC的开发和应用， 建筑对生态环境产生的影响正引起社会的关注。建筑物在建造和运行的过程中需消耗大量的自然资源和能源，并对环境产生不同程度的影响。有专家指出， 作为建筑工业主要原料的水泥，实际上是一种不可持续发展的产品。因此，高性能混凝土的技术核心是在限制水泥用量以获得混凝土高性能的同时，坚持其可持续性的发展原则。21世纪前后， 吴中伟等提出了绿色混凝土的概念，在高性能混凝土的基础上增加了三个含义：1）节约资源、能源；2）不破坏环境，更有利于环境；3）可持续发展， 既要满足当代人的需求，又不危害后代人满足其需要的能力。大力开展绿色高性能混凝土的研究和应用高性能混凝土具有普通混凝土无法比拟的优良性能，对混凝土的发展将起重要作用， 并为HPC的发展指明了非常明确的方向。

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