高性能混凝土应用与改善性研究

肖志强 齐幸宝

摘要：建筑工程结构中混凝土可谓是最主要的材料，对混凝土的性能研究可以直接关系到建筑工程的质量和寿命。本文介绍了新型高性能混凝土的概念及其应用中所遇到的问题及改善措施，并对这种材料的应用前景予以展望。

关键词：建筑 土木工程 高性能混凝土

近些年来，我国改革开放和现代化建设的步程日渐加快，建设规模也日益增大，工程质量与工程结构的耐久性越来越受到人们的广泛关注。在众多的土木工程建设中，混凝土是最主要的建筑结构工程材料，使用范围之广，应用之多也体现出了其不可替代性。当前，高性能混凝土得到了较为快速的发展并且逐渐运用到各种工程项目。

一、高性能混凝土产生的背景

我国目前正处在高速发展时期，每年的混凝土用量逾30亿立方米，一批重点工程正在兴建和筹划，跨海跨江的大型桥梁、飞速建设的高速铁路、大型飞机场等都要求混凝土有良好的耐久性能，确保重点工程混凝土的安全性和长寿命。混凝土结构耐久性是国际工程界关心的重大课题，全世界因为混凝土的耐久性造成的经济和社会损失十分巨大。

当代大跨、高层、海洋、军事工程结构的发展对混凝土提出的更高的要求；处在恶劣环境下既有建筑不斷劣化、退化导致过早失效、退役甚至出现恶性事故造成巨大损失的严重后果；原材料生产、开采造成的生态环境恶化以及砂石料枯竭、资源短缺严重影响进一步发展的严酷现实。这就要求混凝土不断提高以耐久性为重点的各项性能，多使用天然材料及工业废渣保护环境，走可持续发展的道路，高性能混凝土就是在这种背景下出现并逐步完善与发展的。

二、高性能混凝土的概念

高性能混凝土是近20余年发展起来的一种新型混凝土。高性能混凝土应该有高耐久性、工作性、各种力学性能、体积稳定性以及经济合理性 。欧洲混凝土学会和国际预应力混凝土协会将HPC定义为水胶比低于0.40的混凝土；在日本，将高流态的自密实混凝土称为HPC；中国土木工程学会高强与高性能混凝土委员会将HPC定义为以耐久性和可持续发展为基本要求并适合工业化生产与施工的混凝土。简单地说，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的使用年限，降低工程造价。

三、高性能混凝土发展和应用中所面临的问题

在高性能混凝土的应用过程中也存在一些问题，在高性能混凝土的原材料方面，我国水泥质量不稳定，离散性大；在骨料方面，粗骨料质量低劣，含泥量大，级配较差，细骨料细度模数不合要求；在外加剂和外掺料的选择上，尚缺乏充分的适用性的研究。在高性能混凝土的施工过程中，施工人员的技术水平有限，养护措施不到位，使HPC的密实性和质量不稳定；在高性能混凝土的耐久性方面，由于高性能混凝土微管中水分的蒸发与凝聚而产生的收缩，使混凝土表面产生裂缝，这对HPC的抗碳化、抗冻融循环作用以及抗氯离子扩散等都是不利的，高性能混凝土的水泥用量高，水灰比低，硬化后长期处于水中时，水分通过微管扩散到内部，未水化的水泥粒子进一步水化，产生微膨胀也会使混凝土表面产生裂缝，为各种有害介质渗透提供通道，给氯离子侵入、碱骨料反应的发生和钢筋锈蚀创造可能；在高性能混凝土的设计方面，由于高性能混凝土的后期强度增长不及普通混凝土，而且脆性大，需要特别注意。同时，在高性能混凝土的研究方面，现在的研究以实验室研究为主，但是实验室的情况与实际工况相差较大，这不利于今后高性能混凝土的推广应用。

四、高性能混凝土应用改善对策分析

1.混凝土的自收缩改善措施

近年来，国外许多学者发现高强混凝土、高性能混凝土存在早期收缩开裂的问题。其原因是由于在低水灰比或水胶比并掺入较多的具有相当活性的矿物细掺合料的混凝土中会产生自干燥从而引起混凝土的自收缩，使混凝土内部结构受到损伤而产生微裂缝。自收缩对混凝土内部结构中裂缝的产生和扩展造成的损伤是一个值得重视的问题。

由于硬化后高强或高性能混凝土的致密性高于普通混凝土，在减少了泌水的同时，也阻碍了外部养护水对混凝土的湿养护作用。因此，以适用于普通混凝土的传统养护措施来改善此类混凝土的自干燥、自收缩并无明显的效果。国内外学者曾提出一些技术措施如：掺入一定量的膨胀剂；以部分粉煤灰等量取代水泥；配以高弹性模量的纤维：选用高C2S和低C3A、C4AF的硅酸盐水泥等等，对降低混凝土的自收缩都有一定的作用效果。最近，国外学者提出了采用围水养护即在混凝土浇注后仍处于塑性状态时，尽快地立即进行水雾养护，对减少或防止混凝土的自收缩具有较明显的作用效果。

混凝土的自收缩一般发生在混凝土初凝之后。由于硬化后高强或高性能混凝土的致密性高于普通混凝土，在减少了泌水的同时，也阻碍了外部养护水对混凝土的湿养护作用。因此，以适用于普通混凝土的传统养护措施来改善此类混凝土的自干燥、自收缩并无明显的效果。国内外学者曾提出一些技术措施如：掺入一定量的膨胀剂；以部分粉煤灰等量取代水泥；配以高弹性模量的纤维：选用高C2S和低C3A、C4AF的硅酸盐水泥等等，对降低混凝土的自收缩都有一定的效果。最近，国外学者提出了采用围水养护即在混凝土浇注后仍处于塑性状态时，尽快地立即进行水雾养护，对减少或防止混凝土的自收缩具有较明显的效果。

2.高性能混凝土脆性改善措施

混凝土的脆性可以描述为混凝土无法防止的不稳定裂缝的扩展与增长。从混凝土承受轴向压荷载作用下的应力-应变曲线中，峰值后下降曲线段的陡斜程度可以反映出混凝土的脆性大小。众多的试验已表明，混凝土的强度愈高，其应力-应变曲线过峰值后的下降段曲线愈陡斜，意思就是该混凝土的脆性愈大。因此，高强混凝土的脆性已引起广泛的重视，而高强的高性能混凝土也同样呈较大的脆性。在高强度混凝土中的脆性破坏，其裂缝往往贯穿粗集料。由于高性能混凝土能提高集料与硬性水泥浆体的粘结，即改善了界面过渡区，也使脆性有所增大。中等强度的高性能混凝土，虽然脆性比高强混凝土有所降低，但是其脆性仍然是个问题。

混凝土脆性的增大会给工程结构特别是有抗震要求的工程结构带来很大的危害。在高性能混凝土中掺加纤维是一种有效的措施。免振自密实混凝土是近十多年来由日本首先研究开发并付诸工程应用的一项近代混凝土技术。由于免振自密实混凝土在工程上应用可以取得提高混凝土质量、改善混凝土施工操作、养活施工噪音以及提高劳动生产率、加快施工进度降低工程费用等技术经济效果，近年来世界各国对此给予很大的重视与关注。

五、高性能混凝土的未来

随着高性能混凝土的开发和应用，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。高性能混凝土的未来会随着科学技术的发展和社会的进步，逐渐形成用途多元化的发展方向。其中绿色混凝土、生态混凝土、导电混凝土、功能混凝土、智能混凝土等就是未来混凝土的主要发展方向。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。

参考文献:

[1] 冯乃谦.高性能混凝土[M].北京:中国建筑工业出版社，1996

[2] 吴中伟.绿色混凝土与科技创新[J].建筑材料学报，1998，(1)

[3] 夏春.混凝土细骨料级配的分形特征研究[J].西南交通大学学报，2002，(2)