高性能混凝土及其工程应用

马伟

摘要：高性能混凝土是一种新型的高技术混凝土，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。高性能混凝土的基本性能首先是硬化混凝土的耐久性能和塑性混凝土的工作性能；其次是为了满足人们的特殊需要的某个或某些特殊性能。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的使用年限，降低工程造价。本文就此展开了论述，以供参阅。

关键词：高性能混凝土；工程应用

1高性能混凝土的性能

（1）耐久性。高效减水剂和矿物质超细粉的配合使用，能够有效的减少用水量，减少混凝土内部的空隙，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。（2）工作性。坍落度是评价混凝土工作性的主要指标，HPC的坍落度控制功能好，在振捣的过程中，高性能混凝土粘性大，粗骨料的下沉速度慢，在相同振动时间内，下沉距离短，稳定性和均匀性好。同时，由于高性能混凝土的水灰比低，自由水少，且掺入超细粉，基本上无泌水，其水泥浆的粘性大，很少产生离析的现象。（3）力学性能。由于混凝土是一种非均质材料，强度受诸多因素的影响，水灰比是影响混凝土强度的主要因素，对于普通混凝土，随着水灰比的降低，混凝土的抗压强度增大，高性能混凝土中的高效減水剂对水泥的分散能力强、减水率高，可大幅度降低混凝土单方用水量。在高性能混凝土中掺入矿物超细粉可以填充水泥颗粒之间的空隙，改善界面结构，提高混凝土的密实度，提高强度。（4）体积稳定性。高性能混凝土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。（5）经济性。高性能混凝土较高的强度、良好的耐久性和工艺性都能使其具有良好的经济性。高性能混凝土良好的耐久性可以减少结构的维修费用，延长结构的使用寿命，收到良好的经济效益；高性能混凝土的高强度可以减少构件尺寸，减小自重，增加使用空间；HPC良好的工作性可以减少工人工作强度，加快施工速度，减少成本。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的使用年限，降低工程造价。

2高性能混凝土在工程中的应用

2.1在桥梁上的应用

高性能混凝土具有很好的工作性性、易于浇注、不离析、且能长期保持的结构的力学性能，韧性高和体积稳定性好，在恶劣环境下耐久性好、使用寿命长。高性能混凝土在桥梁工程中应用的优点是：跨径更长、主梁间距更大、构件更薄、.耐久、力学承载力高。目前，高性能混凝土已广泛的用于各种离岸结构物和桥梁构件中，包括主梁、桥墩、墩基等。例如，上海的东海大桥，东海大桥是我国建造的第一座跨海大桥，全长32km。设计寿命为100年，由于长期处于海水侵蚀的环境中，对混凝土保护层厚度要求高，对混凝土的性能要求高，主要以高耐久性为出发点，要求混凝土具备高施工性、高抗渗性、高体积稳定性（硬化过程中不开裂，收缩徐变小）、较高强度，并保持其强度持续增长，最终获得高耐久性能。另外，采用粉煤灰、矿粉作为掺和材料，提高了混凝土施工的工作性，降低了成本达，取得了一定的经济效益。另一个比较著名的工程实例是杭州湾大桥。

2.2在公路上的应用

公路高性能混凝土应根据公路混凝土的特点，结合高性能混凝土的优点，综合考虑其各方面的性能要求来进行开发。从公路混凝土的施工工艺出发，需采用高流态的混凝土（坍落度要求达到240～270mm）来进行施工，而普通的混凝土在满足强度要求的情况下很难得到这个要求，因此，采用高性能混凝土是必然的选择。从公路混凝土的服役环境出发，要求混凝土具有较高的韧性，能够承载的疲劳损伤能力强，如果采用普通的混凝土，虽然强度可以达到设计的要求，但是混凝土的弹性模量等参数会相应提高，不利于混凝土在复变荷载环境下的使用，采用高性能混凝土就可以满足这个要求。另外，高性能混凝土以其高强、高耐久性的特点，还被广泛的应用于码头、高铁、隧道、大坝等恶劣环境下的土建设施，并发挥着巨大的作用。

3高性能混凝土的研究前景

进入21世纪，人类面临着“人口膨胀、资源能源短缺以及环境恶化”三大问题.混凝土材料是资源和能源消耗大户，也是重要的环境污染源，混凝土材料和技术直接影响着人类可持续发展.吴中伟院士1998年首提绿色HPC的概念，绿色的涵义可概括为节约资源、能源，不破坏环境，可持续发展，既满足现代人需求，又不危害后代人满足其需要的能力.因此：（1）必须重视和提高混凝土耐久性，减少工程隐患和工程的重复建设周期，尽可能的使同一工程应用更长的时间，以节约混凝土用量，节约有限的人力、物力和财力.高性能混凝土是提高混凝土耐久性的有效手段，需要对其研究和应用更加深人，降低成本，扩大它的应用范围.（2）加大对低品位骨料的有效利用，再生骨料和人造轻骨料的研究开发，减轻环境负荷.（3）进一步研究和发展混凝土劣化机理和维护方法，降低混凝土结构后期维护和加固成本.（4）对混凝土各组分材料如水泥、高效减水剂、矿物掺和料和纳米材料等进行深入研究，采用有效的优化组合和选择，提高混凝土的强度、抗渗性、耐久性等性能。

4结束语

总而言之，高性能混凝土经过近三十年的发展，已经取得了很大的进步。它以耐久性为首要设计指标，这种混凝土使基础设施工程的使用寿命达到100年以上。高性能混凝土具有高耐久性、高工作性、高强度、高体积稳定性和低渗透性等优良性能，被认为是目前世界上性能最为全面的混凝土。高性能混凝土是公路与城市道路、机场跑道最常见的路面材料之一。高性能混凝土路面具有较高的抗折强度、稳定性和耐久性，荷载分布均匀、板面厚度较薄、容易铺筑与整修等特点。高性能混凝土路面技术日臻完善，近年来在我国得到推广应用。高性能混凝土广泛应用于各类重点工程中，特别是在道路、桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出其独特的优越性。它在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益，因此被世界各国所接受。

参考文献：

[1]冷发光等.高性能混凝土发展与应用[J].建筑科学.2018（09）.

[2]章鑫.高性能混凝土性能研究与工程应用[J].江西建材.2015（09）.

[3]王汉立.高性能混凝土生产及工程应用[J].湖北第二师范学院学报.2018（08）.

（作者单位：中铁七局集团西安铁路工程有限公司）