高性能混凝土领域专利技术综述

周洋

摘要：高性能混凝土作为重要的建筑材料，以其耐久性高、工作性高和强度高的特性而广泛应用于工程结构领域。通过专利数据分析高性能混凝土的发展状况，有助于清晰认识该行业的发展，合理引导未来的研究和生产方向。

关键词：高性能混凝土；纤维；掺合料；专利申请

中图分类号：TU528 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2017）015-0-01

引言

高性能混凝土（简称HPC）是以其“三高”而著称，即耐久性高、工作性高、强度高，被称为 21 世纪混凝土。HPC 是由日本土木工程师协会混凝土专业委员会主席、东京大学土木工程系冈村甫（Okamura）教授及其助手新近研制的一種全新的特殊混凝土，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，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝。我国1988 年开始发展高强混凝土，1990年提出了HPC，HPC技术以及高强、超高强高性能混凝土技术，是目前混凝土技术的核心和重要发展方向[1-2]。

一、国外专利技术发展分析

经统计分析，根据专利申请量的趋势可以将国外高性能混凝土的发展分为三个阶段。第一阶段从1975-1994年，这一阶段的专利申请量基本呈直线增长，主要通过纤维来增强，如JPS5034325A将玻璃纤维快速均匀分散到混凝土体系中，利用玻璃纤维来增强混凝土；专利GB1406442A中采用了混杂纤维，通过螺旋缠绕在一起，加入到混凝土体系中来增强混凝土材料。

第二阶段从1995-2004年，这一阶段的专利申请量的增幅开始放缓，主要是由于高性能混凝土的技术发展已经相对成熟。通过分析发现，主要技术手段有：改进纤维的结构类型、优化颗粒级配和添加相关功能型组分等。例如JP3190178B2采用了具有对称波纹的钢纤维来增强高性能混凝土；专利DE19839436则提出采用最优颗粒尺寸紧密堆积的方法来减少气孔率，并减少体积密度和压实密度之间的差距；

第三阶段从2005-至今，这一阶段的专利申请量开始减少，纤维的改进和使用仍然是一个常用的技术手段，但是利用飞灰和高炉渣粉等掺合料来制备高性能混凝土也逐渐增多，如专利JP2006117466A中就含有飞灰和/或高炉矿渣；KR20060093562A中含有飞灰、硅粉、CAS膨胀剂和乙二醇系列减缩剂；上述原因可能是随着工业的发展工业废弃物逐渐增多，如何处理这些工业废弃物、减少环境污染成为当前研究的趋势。

经统计发现，国外申请人以日本企业为主，排名前八的依次为三菱化学株式会社（6.4%）、住友大阪水泥株式会社（5.4%）、鹿岛建设株式会社（5.1%）、石川岛建材工业株式会社（2.6%）、韩国建设集团研究院（2.6%）、清水建设株式会社（2.1%）、太平洋水泥（1.9%）和拉法基水泥（1.6%）。

二、国内专利技术发展分析

我国高性能混凝土的发展始于1988年，根据统计分析可以将我国高性能混凝土的发展趋势分为两个阶段，第一阶段从1988-2005年，这一阶段的发展趋于平缓，每年的专利申请量比较少，研究内容主要集中在掺入聚合物纤维、混杂纤维、轻质多孔材料、炉渣矿渣等活性掺合料以及功能助剂如早强剂、超塑化剂等。如专利CN1196338A公开了一种高性能混凝土，在现有普通的混凝土中同时加入早强剂，混凝土膨胀剂和掺合料，这种高性能的混凝土具有早强、高强、高粘结力，微膨胀、耐久性能好等特点；专利CN1472157A通过两种高弹性模量纤维的几何尺寸的优化混杂，达到与混凝土各层次特征尺度的良好匹配，以较低的纤维体积掺量实现了从整体上显著提高混凝土的强度和韧性的目的。

第二阶段从2005-至今，这一阶段高性能混凝土从申请量和申请质量上均有较大的提升，主要原因可能是我国的基础建设开始对混凝土的性能提出了更高的要求，从环保、资源的角度更加需要发展高性能混凝土。这一阶段的发展重点在于提高混凝土的抗渗、防腐、强度等，以适用于各种工程领域如加固工程、海洋工程等，此外，一些新型混凝土如防辐射、再生混凝土等也开始有所发展。如专利CN103588404A采用硅烷偶联剂处理再生骨料，通过化学反应填充再生骨料中的微孔，进而提高再生骨料的使用性能，制备出高性能的再生骨料混凝土。

为了了解国内主要申请人以及申请量占比情况，将申请量按照申请人进行了排名统计，发现国内申请人主要以高校为主，排名前五的申请人依次为武汉理工大学（19.3%）、西安建筑科技大学（9.7%）、北京新奥混凝土（7.1%）、同济大学（6.3%）和浙江大学（2.7%）。加强高校与企业的合作和交流，让企业也有更强的创新竞争力，这也是以后需要改进的方向。

为了了解国内不同地区的发展情况，将不同地区专利申请量的占比进行了统计，排名前五的依次为北京（17.3%）、江苏（14.1%）、上海（8.7%）、湖北（5.5%）和陕西（4.7%），这几个地区的高性能混凝土的申请量占了总量的一半左右，首先，这主要是由于这几个地区的高校等科研机构相对较多，其次，北京、江苏以及上海的经济发展和基础建设也相对较多，也是推动其发展高性能混凝土以及绿色生态混凝土的重要动力。

三、结语

高性能混凝土在国外发展相对较早，也比较成熟，我国的发展起步虽然晚，但处在快速发展的阶段。国家的发展离不开基础建设，而混凝土是基础建设最常用的建筑材料，低碳环保型社会的发展对混凝土提出了更高的要求，因此，发展高性能混凝土，提高混凝土结构的整体寿命，减少拆除次数，减少资源浪费，是我国走可持续发展的必由之路，发展高性能混凝土，对于我国工业以及经济的发展，改善生态环境等都有很好的作用。

参考文献：

[1]陆有军，等.复合超高强高性能混凝土的研究进展[J].宁夏农学院学报，2004（25）：57-60.

[2]唐建华，等.高性能混凝土的研究与发展状况[J].国外建材科技，2006（27）：11-15.

作者简介：周 洋（1988-），男，汉族，湖北黄冈人，现就职于国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心，研究实习员，硕士学位，主要从事水泥混凝土领域专利实质审查研究。