高性能混凝土发展综述

鲁国夫　鲁新建

【摘 要】 土本文主要介绍了国内外学者对高性能混凝土的认识与定义，阐明了它的主要性能，并且详细介绍了高性能混凝土在国内外的研究和发展现状，列举了高性能混凝土在国内外研究应用中的重要成果，同时，还针对高性能混凝土研究与发展中的一些问题进行了探讨，并对其发展趋势作出了展望。

【關键词】 高性能混凝土；研究现状；存在问题；趋势

【Abstract】 This article mainly introduces the understanding and definition of high-performance concrete by scholars at home and abroad， clarifies its main performance， and details the research and development status of high-performance concrete at home and abroad， and lists the research and application of high-performance concrete at home and abroad. In the meantime， the important results in the course of the research and development of high performance concrete were also discussed， and the development trend of the high performance concrete was forecasted.

【Key words】 High-performance concrete；Research status；Existing problems；Trends

1. 引言

随着现代化进程的加快，我国的建设规模正日益扩大，如何在保证建筑工程能安全长久地使用下去受到了社会各界的广泛关注。而混凝土作为当今世界使用量最大、使用面最广的建筑材料之一，其性能倍受人们的重视。高性能混凝土由于具有高耐久性、高强度、高体积稳定性和高工作性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土。特别是近年来，这种混凝土技术正在快速发展并且被运用到很多实际工程项目中。因此，研究高性能混凝土的性能和发展历程，了解它存在的问题和发展趋势，对今后建筑的安全性和稳定性有着不可忽视的作用。

2. 高性能混凝土的定义和性能

（1）高性能混凝土是20世纪80年代末90年代初，部分发达国家基于混凝土结构耐久性设计而提出的一种全新概念的混凝土。“高性能混凝土”一词最初是由美国国家标准与技术研究所（NIST）与美国混凝土协会（ACI） 于1990年在美国马里兰州召开的混凝土讨论会上提出。高性能混凝土有多种定义，不同国家，甚至是同一个国家的不同行业，对高性能混凝土的定义都有差别。美国和加拿大的学者认为高性能混凝土不仅要高强度，而且要高耐久性；除了强度外，高耐久性还应包括高体积稳定性、低渗透性和高工作性。日本学者更重视混凝土的工作性，认为高流态、免振自密实混凝土就是高性能混凝土。英国和北美学者则更重视混凝土的强度。综合分析各种观点，我国学者提出：“高性能混凝土是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上采用现代（先进的预拌）混凝土技术，选用优质原材料，除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的活性细掺料和高效外加剂的一种新型高技术混凝土[1]。

（2）与普通的混凝土相比，高性能混凝土具有以下几种主要性能：高强度（包括高早期强度）、体积稳定性、高抗磨损性能、低水和化学离子渗透性、高耐化学性、高抗冻性能、杀菌和抑菌活性[2]。它们已经被列入多项国家标准，而且是在FIB，RILEM，ASCE和ACI这样的国际组织的基本文件里被提及。

3. 高性能混凝土的研究应用现状

虽然高性能混凝土概念的提出至今不久，但是鉴于其优良性能，用其替代传统的混凝土以及建造在恶劣环境中的特殊结构物，具有显著的经济效益和环境效益，因此高性能混凝土的开发和应用得到了各国的重视，并且取得了巨大成果。

3.1 高性能混凝土在国外的研究应用现状

（1）关于高性能混凝土的研究在上世纪90年代就开始了，其中美国、日本等国家在高性能混凝土配制方法、耐久性能检验方法和提高混凝土耐久性技术途径方面进行了大量的研究，并在桥梁、码头等易腐蚀结构中成功地应用了外掺活性掺合料的高性能混凝土。

（2）1994年，美国提出了一个在基础设施建设中应用HPC的建议，并决定在10年内投资2亿美元对其进行研究和开发。1999年，美国NIST的建筑与防火研究实验室在国际互联网上公布了一个“高性能混凝土技术的伙伴关系”，由工业界四个大企业和国家预制混凝土协会、波特兰水泥协会合作，实施“商品高性能混凝土结构项目中计算机集成知识系统（CIKS）的开发”的国家重点研究计划[3]。

（3）日本在80年代后期研制高性能混凝土时，特别重视混凝土的施工性能，尤其是高流动性，要求浇筑混凝土后不振或微振，日本自成型混凝土的发展是实现混凝土浇筑质量控制的重要一步，这种流动性混凝土在远距离泵送的情况下而不离析的特性减少了混凝土的运输、浇筑和成型过程中的人工操作[4]。

（4）法国在1986年～1993年开展了“混凝土新方法”的研究项目，对HPC进行研究，并建成了示范工程。1996年，法国公共工程部、教育与研究部又组织了为期4年的国家研究项目“高性能混凝土2000”，并投入550万美元研究经费。此外，法国修建的佩尔蒂大桥以及埃洛恩河大桥和诺曼底大桥也都使用了高性能混凝土。

（5）挪威皇家科技研究院的科学与工程研究基金（SINEF）不断资助HPC研究。

瑞典在1991年～1997年间，由政府和企业联合出资5200万克朗，实施HPC研究计划。

3.2 高性能混凝土在国内的研究应用现状。

（1）我国是以混凝土作为主要建筑材料的国家，而高性能混凝土与普通混凝土相比有很多优越性，因此它是我国混凝土技術发展的一个主要方向。尽管高性能混凝土在我国的研究和应用起步较晚，但发展速度较快。

（2） 清华大学于1992年开始进行有关高性能混凝土的研究，并得到各部门的重视与支持。1994年～1997年，清华大学主持由国家自然科学基金委员会、国家建设部、国家铁道部及国家建材局联合资助的重点项目“高强与高性能混凝土材料的结构与力学性态研究”，有铁道科学研究院、中国建材科学研究院、原重庆建筑大学、东南大学共同承担，成果卓著。近年来，我国许多重大工程中都不同程度应用了高性能混凝土，尤其是在高层建筑、大跨度桥梁、海上采油平台、矿井工程、海港码头等工程中的应用日益增多。l995至1997年间，我国最高的上海金茂大厦，总高度达到了420.5 m，该建筑使用了C50，C60等高性能混凝土[5]。此外，我国的其他大型建筑，例如：北京静安中心大厦（C80）、辽宁物产大厦（C80）、南京希尔顿国际大酒店（C30和C50）、长春国际商贸城（C55）、广州虎门大桥（C50）、上海杨浦大桥（C50）等都是高性能混凝土应用的典范。全国很多研究单位已经研制出了普通泵送高性能混凝土、高流态自密实高性能混凝土、大掺量粉煤灰高性能混凝土、纤维增加高性能混凝土、水下不分散高性能混凝土、轻骨料高性能混凝土、港工与海工高性能混凝土、高抛纤维高性能混凝土等，并且研制出了C30-C80的各种强度等级的高性能混凝土和完备的混凝土耐久性检测设备，以及掌握了成套的施工技术和各种混凝土耐久性检测技术等[6]。

4. 高性能混凝土在发展和应用中所面临的问题

4.1 高性能混凝土的开裂问题。

近年来在国内外出现较多“高性能混凝土”结构开裂，特别是早期开裂的问题。影响混凝土早期开裂的因素很多，除了自收缩和干燥收缩外，还有早期的弹性模量、抗拉强度、极限拉应变、徐变等，除此又与水蒸发速率、降温速率、结构约束程度有较大的关系[7]。由于高性能混凝土一般具有高胶凝材料用量、低水胶比与掺入大量活性掺合料等配制特点，致使高性能混凝土的硬化特点、内部结构同传统的普通混凝土相比差异很大，随之带来了它的早期体积稳定性差、容易开裂等问题[8]。高性能混凝土在国内外的应用实践表明，早期开裂问题已成为制约其在工程中应用的重要因素。因此，改善高性能混凝土的抗裂性是高性能混凝土研究中急待解决的问题。

4.2 坍落度损失大。

高性能混凝土的坍落度在掺加超塑化剂后的流动度可大大提高，可以由初始坍落度5cm增加到20cm，可是这种大坍落度只能保持十几分钟，此后坍落度逐渐减少，至1h左右就可能减少到初始坍落度，这种超塑化剂只能在工地用于拌制流动混凝土，否则会因坍落度减少给工程施工带来困难并影响工程质量[9]。

4.3 高性能混凝土的强度检测问题。

长期以来，标准养护条件下，标准尺寸小试件的28天抗压强度一直作为混凝土质量的主要指标，但随着混凝土技术和结构类型的发展，这一指标已较难准确反映实际结构中的混凝土强度。温度和湿度等环境条件对高强混凝土的强度影响更为显著，实际结构中混凝土和标准试件所处的环境有很大不同，另外高强混凝土小试件的抗压强度因机器加压板的尺寸和构造、试验机的刚度、立方试块钢模的平整程度、试件混凝土的内外湿度等差异而有所不同[10]，因此在高强混凝土的质量检验及性能评定方法上，还需要做大量的基础性工作，除强度测试外，还应包括抗裂性、抗渗性测试等，现行的适用于普通混凝土的一些测试标准，许多都已经不适用于高强混凝土。

4.4 如何使用高效减水剂的问题。

目前，减水剂主要是在配制混凝土时掺入，其中与拌合水同时加入的效果最差，国外多采用液体高效减水剂后掺法，可提高减水率，减少混凝土坍落度损失。但最有效的方法是在生产水泥时与水泥共同粉磨，然而，高效减水剂的品种和掺量对水泥性能的影响规律如何？水泥检验标准如何与之相适应？如何使用以便更好地发挥其效率，还有很多工作要做。

4.5 评价方法不足。

高性能混凝土以耐久性为主进行配合比设计，为保证其向高体积稳定性、高工作性、高强和高耐久性的方向均衡发展由此产生了很多先进技术，如掺加合成纤维技术、复合掺合料技术、减缩外加剂技术等。但是由于高性能混凝土的耐久性测试和评价技术还不能满足要求，同时缺乏配套的设计、试验、施工和应用标准规范，致使高性能混凝土的推广应用受到了一定限制。

5. 高性能混凝土的发展前景与趋势

高性能混凝土由于具有高体积稳定性、高工作性能、高强、高耐久性和安全性等优良性能，发展前景十分广阔，是未来混凝土产业发展的方向和必然趋势。然而，随着社会的不断发展，节能、环保等关系人类生存和发展的重大课题已逐渐被业界内行家所重视，因此，高性能混凝土必将会向“绿色混凝土”方向发展。绿色高性能混凝土是现代混凝土技术发展的必然结果，具有以下特点[11]：

（1）更多地节约熟料水泥，减少污染。

（2）更多地掺加以工业废渣为主的细掺料。

（3）更大地发挥高性能优势，节约混凝土的用量，提高混凝土的使用寿命。

（4）进一步完善高性能混凝土耐久性的评价技术和方法。

（5）更多地提高技术含量，适应环境保护和可持续发展的需要。

（6）提高混凝土拌合物的早期抗裂性能、降低混凝土的早期收缩。

（7）使用新型高效减水剂和塑性剂。

6. 结束语

高性能混凝土的研究与开发利用，对传统混凝土的技术来说是一个重大的突破，随着社会生产生活的发展和需要，对高性能混凝土技术的研究会越来越深入，高性能混凝土将会得到更进一步的发展。从当前高性能混凝土在其相关工程领域的应用上看，依旧存在着一些无法避免的小问题，对于这些问题进行针对性的解决，发展可持续的环保型绿色高性能混凝土，能使其在接下来的应用与发展道路上走得更远、更稳。

参考文献

[1] 曹跃明. 高性能混凝土发展趋势及在建筑工程中的应用 [J]. 中小企业管理与科技，2010（6）：163～164.

[2] Viatceslav Konkov. Principle Approaches to High Performance Concrete Application in Construction [J]. Procedia Engineering ， 2013，57：589～596.

[3] 柴俊， 王沛钦， 刘欢. 高性能混凝土发展的回顾与展望 [J]. 山西建筑，2007，33（10）：211～212.

[4] 林申正， 罗恒勇. 浅谈高性能混凝土的发展现状与面临的问题 [J]. 科技致富向导， 2011（18）：119.

[5] 薛晓霞. 高性能混凝土发展中存在的问题与对策 [J]. 科技创新导报，2014（16）：88.

[6] 徐源， 周松. 高性能混凝土发展现状和前景 [J]. 科技致富向导，2010（7）：64.

[7] Indrajit Ray， Zhiguo Gong ， Julio F. Davalos ， Arkamitra Kar. Shrinkage and cracking studies of high performance concrete for bridge decks [J]. Construction and Building Materials，2012，28（1）：244～254.

[8] 張松丹. 高性能混凝土的研究与发展现状 [J]. 科技致富向导，2014（8）：128.

[9] 张晨霞. 高性能混凝土的发展现状及趋势 [J]. 科学时代，2013（3）：375～376.

[10] 朱晶晶. 高性能混凝土问题与发展研究 [J]. 现代商贸工业，2011（14）：279.

[11] 李龙梅， 高光. 试论高性能混凝土的发展趋势 [J]. 民营科技，2009（1）：186.

[文章编号] 1619-2737（2018）01-18-639

[作者简介] 鲁国夫（1968.11-），男，籍贯：浙江诸暨。