高性能混凝土简介

【摘 要】高性能混凝土以耐久性为目标，兼顾高强度和高工作性，上个世纪90年代初，由中国工程院资深院士、我国著名的混凝土材料科学专家吴中伟教授首次介绍到我国。随后，我国对高性能混凝土的研究和应用水平发展很快。目前我国在一些重要的建筑采用了高性能混凝土，但在公路建设方面还没有明确、广泛地提出高性能混凝土这一概念，高性能混凝土的推广和使用对公路建设将起到巨大的作用，可以将混凝土建筑物的使用年限达到100年以上，减少维修和重建，产生巨大的社会效益。

【关键词】高性能混凝土（ High Performance Concrete,HPC）；耐久性；矿料掺和物

High-performance concrete Introduction

Yu Qiang

(Lishu Yuantong road maintenance Lishu Jilin 136500)

【Abstract】High performance concrete durability, taking into account the high strength and high workability and early 90s of last century, by the Chinese Academy of Engineering Senior Fellow, China's famous concrete material science expert Professor Wu Zhongwei was first introduced to China. Subsequently, our high-performance concrete research and application level has developed rapidly. China in a number of important buildings using high-performance concrete in highway construction is not yet clear, put forward the concept of high performance concrete, will play a huge role in the promotion and use of high-performance concrete for road construction, you can the useful life of concrete structures up to 100 years or more, reduced maintenance and reconstruction, have an enormous social benefits.

【Key words】High-performance concrete (High Performance Concrete, HPC);Durability;Mineral aggregate blending material

1. 前言

混凝土作为最大宗的建筑材料用于工程建设迄今已有150年的历史。混凝土技术的发展途径主要遵循了复合化、高强化、高性能化三大技术路线。在混凝土技术发展初期，人们把主要精力集中在如何提高混凝土强度方面，并且以混凝土抗压强度的高低来代表其性能的优劣。随着科学技术的不断进步，混凝土强度不断得以提高，其脆性也在不断增大，因混凝土产生劣化破坏造成结构整体崩塌的事故不断发生。普通混凝土工程的的使用寿命大体只有40～50年，一些重要的建筑物如桥梁、高层建筑、水工建筑、海工建筑等对混凝土的耐久性要求甚至不亚于对强度和其它性能的要求。进入20世纪90年代，一些有远见卓识的建筑师和工程技术人员考虑某些工程的需要，在提出混凝土强度指标的同时，也相应提出了混凝土的耐久性指标。因此以耐久性为目标，兼顾高强度、高工作性和高耐久性的高性能混凝土便应运而生了。目前正在建设的哈尔滨至大连的高速铁路以及京沪高铁使用的是高性能混凝土。

2. 高性能混凝土的定义

高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，它以耐久性作为设计的主要指标。针对不同用途要求，高性能混凝土对下列性能重点予以保证：耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性、经济性。为此，高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比，选用优质原材料，并除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。

高性能混凝土不仅是对传统混凝土的重大突破，而且在节能、节料、工程经济、劳动保护以及环境等方面都具有重要意义。高性能混凝土是近代水泥基材料学与工程学取得的新成就，是混凝土技术长期实践的结果，在性能上已经达到了的完善程度。在科学技术飞速发展的今天，高性能混凝土的性能将不断提高，在土建工程中的应用范围将迅速扩大，并将取得更大的效益。材料与工程不断相互促进，将为人类带来更大的利益。

3. 高性能混凝土的特点

3.1 在使用性能上具有以下特点：

（1）高性能混凝土具有一定的强度和高抗渗能力，但不一定具有高强度，中、低强度亦可。

（2）高性能混凝土具有良好的工作性，混凝土拌和物应具有较的流动性，混凝土在成型过程中不分层、不离析，易充满模型；泵送混凝土、自密实混凝土还具有良好的可泵性、自密性。

（3）高性能混凝土使用寿命要长，对于一些特殊工程的特殊部位，控制结构设计的并不是混凝土的强度本身，而是耐久性。能够使混凝土结构安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土应用的主要目的。

（4）高性能混凝土应具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。概括起来说，高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构使用年限，降低工程造价。

3.2 高性能混凝土在配制方面的特点是低水灰比（低于0.4）、掺用高效减水剂和矿物掺和料。

3.3 高性能混凝土的优点。

与普通混凝土相比，高性能混凝土具有以下优点：

（1）强度更高，因而混凝土结构的尺寸可以更小。这就使得结构自重得以减轻，使用面积增加，材料用量减少。

（2）弹性模量更高。因而混凝土结构变形更小，刚度增大，稳定性更好。

（3）耐久性、抗渗性好，因而混凝土结构的维修和重建费用减少，使用寿命大幅度延长。

高性能混凝土就是针对混凝土结构所处的环境特点而进行相应的性能设计，并通过施工过程控制使得相应性能得到保证。因此，高性能混凝土是混凝土结构耐久性得以保证的重要措施和必要措施之一。

4. 高性能混凝土的配比。

4.1 原材料：水泥、细骨料、粗骨料与普通混凝土的要求一致，不同之处在于矿物掺和料和外加剂。

（1）矿物掺和料：主要有粉煤灰、磨细粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰。

使用矿物掺和料首先是为了混凝土的耐久性需要，而不是单纯的出于降低成本。认为高强度混凝土需要减少其矿物掺和的用量，这是一种误解。例如清华大学在深圳地铁足尺模型试验中，用45%粉煤灰、10%矿渣和45%硅酸盐水泥配制的混凝土，胶凝材料总量400Kg，各组试件28天强度均在54Mp以上。

低水胶比的矿物掺和料混凝土，其优良性能往往受现行试验方法的掩盖而不能体现。例如粉煤灰混凝土的强度发展较慢，对温度和湿度比较敏感，对它采用与普通混凝土相同的标准试验方法成型、养护并检测其强度、抗冻和抗盐冻的性能往往会给出不符合实际的结果。大量工程现场调查都表明，粉煤灰混凝土的室内标准试验结果和现场条件下的实际的表现缺乏一致性，比如室内快速抗冻标准试验结果认为不良的粉煤灰混凝土，在现场的严酷冻融环节条件下却表现良好。但是大掺量矿物掺和料混凝土的水胶比必须要低。

为有效改善混凝土抗化学侵蚀性可掺加粉煤灰，掺量可占胶凝材料的20～50%。

对于高细度的磨细矿渣，在一定掺量范围内，混凝土的强度随掺量的增大而提高，但是混凝土的温升、化学收缩和自收缩也随矿渣掺量的增加而增加；从减少混凝土收缩开裂的角度考虑，这时的磨细矿渣比表面以不超过450m2/Kg为宜。

在水灰比不变的情况下，掺入硅灰可明显提高混凝土的强度，但需水量随掺量增加而增加。硅灰对提高混凝土抗化学腐蚀性有显著效果。但其高活性不仅不会降低混凝土的温升，反而使温升提前，不利于减少温度变形，并且增大混凝土自收缩。硅灰的价格也比较贵，最好与其它需水量小的矿物掺和料复合使用。

（2）外加剂。

外加剂是混凝土的重要组成部分。在混凝土中合理掺加具有减水率高、坍落度损失小、适量引气、能明显改善或提高混凝土耐久性能的质量稳定的外加剂十分必要。由于外加剂品质繁多，产品质量参差不齐，选用时一定要注意不同外加剂的使用功能、特点，其性能应满足现行国家标准《混凝土外加剂》和有关行业标准的相关要求。

4.2 混凝土配合比的选定。

混凝土的配合比应根据原材料品质、设计强度等级、耐久性以及施工工艺对工作性的要求，通过试配、调整等步骤选定。应遵循以下原则：（1）为提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性能和抗裂性，混凝土中应适量掺加优质的粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰等矿物掺和料。不同矿物掺和料的掺量应根据混凝土的性能通过试验确定。一般情况下，矿物掺和料掺量不宜小于胶凝材料总量的20%。当混凝土中粉煤灰掺量大于30%时，混凝土的水胶比不宜大于0.45，预应力混凝土以及处于冻融环境中的混凝土的粉煤灰的掺量不宜大于30%。

（2）C30及以下混凝土的胶凝材料总量不宜高于400Kg/m3， C35～C40混凝土不宜高于450Kg/m3， C50及以上混凝土不宜高于500Kg/m3。

（3）不同环境条件下的钢筋混凝土和素混凝土的水胶比、胶凝材料用量应满足相关规范的规定。

5. 混凝土的施工。

为提高外加剂的效率并减少坍落度损失，搅拌时理想的投料顺序为：原材料计量后，宜先向搅拌机投入细骨料、水泥和矿物掺和料，搅拌均匀后，加水并搅拌砂浆，再投入粗骨料，充分搅拌后，再投入外加剂，并搅拌均匀为止。其运输、浇筑、养生等按普通混凝土控制即可。

6. 使用高性能混凝土的意义

高性能混凝土是在上个世纪90年代初，由中国工程院资深院士、我国著名的混凝土材料科学专家吴中伟教授首次介绍到我国。随后，我国对高性能混凝土的研究和应用水平发展很快。中国建筑材料科学研究院曾主持完成了国家“九五”科技攻关项目“重点工程混凝土安全性的研究”，针对影响混凝土耐久性的主要因素：碱――骨料反应、腐蚀、冻蚀、钢筋锈蚀等，深入系统地研究重点工程混凝土的安全性问题，获得了可喜的成绩。2002年11月由中国工程院、清华大学等单位主持研究制定的《混凝土耐久性设计与施工指南》（修改讨论稿），对混凝土耐久性、混凝土施工及混凝土耐久性检验等问题均做了较为明确的规定。建设部2002年颁布的《混凝土结构设计规范》（GB50010-12）对混凝土结构的耐久性和设计使用年限做了重要规定；交通部2000年颁布的《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）在混凝土耐久性方面新增了许多重要的补充条文，《公路水泥混凝土路面施工技术规范》和《公路工程水泥混凝土外加剂与掺和料应用技术规范》对公路混凝土中的钢筋锈蚀、冰（盐）冻破坏、碱――骨料反应破坏、酸雨破坏、路面磨损等都做了新规定。高性能混凝土在我国研究和使用的历史不长，还没有被广泛地使用。

当前，阻碍高性能混凝土广泛使用的主要原因是经济比较，由于原材料中的超塑化剂和超细磨的细掺料价格较高，加上质量控制要求较严格也会增加一些费用，是高性能混凝土比常规混凝土的单价稍高，因此往往不易被用户接受。另一个阻力是缺少通用的设计规程和有关材料、施工和验收的标准。

本文的论述很浅显，但作者希望，在充分的科学研究与应用实践的基础上，高性能混凝土科技专家可以向各类应用部门担保：在100～200年，不会发生高性能混凝土劣化以致减少建筑结构安全使用期的问题。呼吁规划、设计与使用部门按照这个安全使用期进行规划、设计与安排使用，切实放弃以往的短期行为，使材料和工程充分发挥其功能，使资源、能源等国家财富得到最大限度的利用，对环境和社会产生最好的效果；建筑结构物早期崩塌以及频繁的拆除改建将不再使人类困扰与担忧。

参考文献

［1］ 《高性能混凝土耐久性设计与施工指南》（陈肇元等）、《高性能混凝土》（吴中伟、廉慧珍等）、《高性能混凝土技术》（冯乃谦、邢锋）.