基于高性能混凝土的应用研究

摘要： 本文通过介绍高性能混凝土的发展历史背景以及目前国内外的研究现状，阐明了高性能混凝土的特性。不仅列举了高性能混凝土在国内外研究应用的重要成果，更对高性能混凝土的发展趋势做出了展望。随着我国建筑行业向着高层化、大型化以及现代化的方向发展，高性能混凝土势必会成为新世纪重要的建筑工程材料。

Abstract： Through the introduction of the historical development background of high performance concrete and the current research status at home and abroad， this paper clarifies the characteristics of high-performance concrete. This paper not only lists the important achievements of high performance concrete in domestic and foreign research applications， but also makes a prospect for the development trend of high-performance concrete. With the development direction that China's construction industry towards to high-level， large-scale and modern， high performance concrete must become the important construction materials in the new century.

关键词： 高性能混凝土；耐久性；体积稳定性

Key words： high performance concrete；durability；volume stability

中图分类号：TU528.31 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）36-0103-02

0 引言

当代大跨度房屋结构的发展对混凝土提出的更高的要求，高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是采用混凝土的常规材料、常规工艺，在常温下，以低水胶比、大掺量优质掺合料和严格的质量控制措施制作的，具有良好的施工工作性能且硬化后具有高耐久性、高尺寸稳定性及较高强度的混凝土。

1 高性能混凝土的性能

所谓高性能混凝土，是指在大幅度提高普通混凝土性能的基础上，采用现代化混凝土技术制作而成的混凝土。高性能混凝土作为一种新型高技术混凝土，针对不同的用途要求以耐久性作为主要设计指标，以重点保证高性能混凝土具有良好的耐久性、工作性、适应性、体积稳定性以及经济性。因此，高性能混凝土在配制过程中最大的特点是采用低水胶比，不仅选择优质的原材料，还要掺加足量的掺合料和高效外加剂。与普通混凝土相比，高性能混凝土具有以下性能：第一，耐久性。将高效减水剂和矿物质超细粉配合使用以提高高性能混凝土的应用性，由于减少了混凝土的用水量从而有效的较少了混凝土内部的空隙，因此，混凝土的结构可以安全可靠的工作50-100年以上。第二，工作性。评价混凝土工作性的主要指标就是混凝土的塌落度。HPC的塌落度具有很好的控制功能，高性能混凝土在振捣的过程中具有较大的粘性，因此，在相同的振动时间内，由于粗骨料的下沉速度慢而下沉距离短，具有很好的稳定性和均匀性。此外，由于降低了高性能混凝土的水灰比且自由水较少，由于掺加超细粉后基本无泌水，因此，此水泥浆具有较大的粘性而不易产生离析。第三，力学性能。由于混凝土是一种非均质材料，因此，很多因素都会影响其强度，但是影响混凝土强度最重要的因素就是水灰比。普通混凝土的抗压强度会随着水灰比的降低而增加。在高性能混凝土中使用的高效减水剂具有较强的分散水泥的能力并且具有较高的减水率，因此，可以大幅度的降低混凝土的单方用水量。另外，掺加在高性能混凝土中的矿物质超细粉可以有效的填充水泥颗粒之间的空隙，从而有效的改善界面结构，从而有效的提高了混凝土的密实度和强度。第四，体积稳定性。高性能混凝土在硬化早期具有较低的水化热，而硬化后期具有较小的收缩变形，因此，高性能混凝土具有很好的体积稳定性。第五，经济性。由于高性能混凝土具有较高的强度、良好的耐久性以及工艺性，因此，具有良好的经济性。由于高性能混凝土具有良好的耐久性而能有效的减少维修结构的费用，从而延长结构的使用寿命而具有良好的经济效益；高性能混凝土具有的高强度能有效降低构件尺寸而减轻自重，从而增加了使用空间；HPC具有良好的工作性能，因此，能有效降低工人的工作强度而加快施工速度，从而降低了成本。

2 高性能混凝土的制备原理

从本质上说高性能砼（HPC）的核心是增加砼密实度、提高砼抗渗性，其主要措施是通过选用优质原材料，在严格质量管理的条件下采用“双掺技术”即同时掺加高性能减水剂和超细矿物粉体等措施，采用现代混凝土技术制成的；掺加高性能减水剂才可能使水胶比控制在0.35之下而仍可以采用现代化的施工技术进行快速施工，而掺加超细矿物粉体如超细矿渣、超细粉煤灰以及硅灰等，则能够生成新的水化产物、有效阻断毛细孔并改善胶结材孔结构和骨料与胶结材间的界面结构及水化产物的性质，降低氢氧化钙的富集和定向排列程度，提高了界面强度，增强了砼的密实度，从而提高砼抗渗性、降低氯离子的渗透速率、延缓钢筋锈蚀速率，提高砼耐久性。

常见的高性能混凝土有：要求较大的强度，有高强混凝土；要求浇筑时流动性好，有自密实混凝土；要求混凝土很快达到强度值，由速凝混凝土；要求较好的耐久性，有耐久性混凝土；要求混凝土自重小，有轻质混凝土。

3 高性能混凝土的工程应用实例

香港青马大桥自1997年5月开放通车以来，成为连接大屿山香港国际机场及市区的干线公路，不单是香港一个主要的建筑标志，更是全球最长的行车及铁路吊桥。青马大桥自1992年5月起开始兴建，1992年造价71.44亿港元，历时五年竣工，桥身长度为2.2公里，主跨长度1，377米，离海面高62米。其混凝土桥塔高206米，采用的吊缆钢线总长度达16万公里，单是结构钢重量便高达5万吨，是世界上跨度最大的悬索桥之一，设计使用寿命120年。建造该桥使用的40万m3混凝土，都是按照十分严格的综合性能指标设计的高质量混凝土，除了考虑强度和耐久性之外，还要考虑混凝土的塑性性能能够满足桥梁的垂直结构和浇注方法。此外，对于混凝土的最大和最小水泥用量、最高浇注温度、最大水化热和温度梯度等都做了明确的规定，并且，十分严格的限制了混凝土的抗渗性以及氯离子的渗透性。第一，原材料方面：只采用液体外加剂；在提高混凝土耐久性时采用微硅粉，并且严格控制硅粉的质量以及骨料、水以及水泥中的氯和硫酸盐的含量。第二，对砼抗渗性能的要求：所有的混凝土必须在28-40天龄期内进行快速氯离子渗透试验以及抗渗性试验，并且要求达到相应的指标。此外，还规定现浇混凝土的通过电量和预制混凝土的通过电量分别小于1000库仑和500库仑。第三，砼配比的控制指标：强度等级C60，骨料最大公称尺寸20mm，水泥用量390-500kg/m3，最大水灰比0.38，立方体试件28天强度78Mpa，硅灰掺量5%-15%具体掺量由强度和抗渗试验确定。第四，浇筑砼温度要求：在混凝土的浇注过程中，混凝土的温度不应当超过30℃，而环境温度不得超过35℃。第五，砼表面涂层和防碳化涂层：混凝土完全养护后，在混凝土的表面应当涂敷三遍烷基烷氧基硅烷涂层。为了防止永久暴露与大气中混凝土表面的炭化，在表层应涂刷两遍丙烯酸。对处于地下的混凝土则采用自粘结沥青膜保护。第六，保护层厚度：对于不同的桥梁构件其最小混凝土保护层也不同：桩-100mm，桥梁、桥塔和桥台-75mm，上部结构-60mm。

4 结论

总之，创新来源于需求，又以积累为基础，需求与创新不断互动，新的需求在积累的基础上进一步推动了创新，从普通混凝土到HPC再到GHPC进而UHPC，我们看到了科技进步的过程。采用掺加矿物微细粉和高性能化学外加剂的方法配制高性能混凝土，不仅改善了混凝土的性能，还有效的节约了成本，因此，有利于高性能混凝土的推广和应用。基于高性能混凝土的这些特点，势必会成为我国近期混凝土技术发展的主要方向。

参考文献：

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[2]丁大钧.高性能混凝土及其在工程中的应用[M].北京：机械工业出版社，2007.

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