浅谈高性能混凝土的技术性能特点
摘要：阐述了国内外学者对高性能混凝土的认识与定义，介绍了高性能混凝土的性能特点及其优越性能，以推广高性能混凝土的广泛应用。
关键词：高性能混凝土原材料配合比拌和物力学性耐久性
一、高性能混凝土的定义
高性能混凝土（High-Performance concrete 简称HPC）是20世纪80年代末90年代初，一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计提出的一种全新概念的混凝土，它以耐久性为首要设计指标，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。
对高性能混凝土的具体定义或含义，国际上迄今为止尚没有一个统一的理解，各个国家不同人群有不同的理解。
一般说来，高性能混凝土是指高强、高耐久性、高工作性。
随着现代科学技术和生产的发展，各种超长、超高、超大型混凝土构筑物，以及在严酷环境下使用的重大混凝土结构，如高层建筑、跨海大桥、海底隧道、海上采油平台、核反应堆、有毒有害废物处置工程等的建造需要在不断增加。
这些混凝土工程施工难度大，使用环境恶劣、维修困难，因此要求混凝土不但施工性能要好，尽量在浇筑时不产生缺陷，更要耐久性好，使用寿命长,因此发展高性能混凝土势在必行。
而且工程结构采用高性能混凝土可以节约资源、降低工程造价，利于环境保护和可持续发展。
二、高性能混凝土的性能特点及其优越性
通过实验可以得出高性能混凝土与普通混凝土相比具有以下各方面的特点：
1、原材料性能特点
高性能混凝土采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、复合水泥；高性能混凝土水泥混和料采用矿渣或粉煤灰，普通混凝土水泥混合料采用矿渣、粉煤灰、石灰石、煤矸石、磷渣；高性能混凝土采用水泥的比表面积≤350m2/kg，普通混凝土水泥的比表面积≤300m2/kg；高性能混凝土采用水泥中的游离氧化钙含量≤1.0%，碱含量≤0.80%，熟料中的C3A含量≤8%，氯离子含量≤0.10%（钢筋混凝土）/≤0.06%（预应力混凝土）；普通混凝土水泥中的游离氧化钙含量≤1.5%，碱含量、熟料中的C3A含量、氯离子含量无特殊要求。
高性能混凝土采用的矿渣粉中MgO含量≤14%，普通混凝土对此无要求；高性能混凝土采用的粉煤灰中氯离子含量不宜大于0.02%，CaO含量≤10%，游离CaO含量≤1.0%，普通混凝土对此无要求。
高性能混凝土与普通混凝土采用的砂子区别见下表1
表1 砂子
高性能混凝土与普通混凝土采用的砂子区别见下表2
表2 石子
高性能混凝土用外加剂中硫酸钠含量≤10.0%，氯离子含量≤0.2%，碱含量≤10.0%，普通混凝土对此无特殊要求；高性能混凝土用外加剂减水率≥20%，普通混凝土外加剂减水率≥12%；高性能混凝土用外加剂常压泌水率比≤20%，普通混凝土外加剂常压泌水率比≤90%。
2、配合比特点
高性能混凝土配合比方面的特点主要是配制时选用优质的水泥和砂石料；掺加优质化学外加剂---减水剂，引气剂；掺加矿物掺合料---粉煤灰，矿渣粉；要低水胶比(<0.40；0.45)；限制胶凝材料总量和水泥用量。
其中矿物掺合料(粉煤灰,矿渣等)的贡献作用主要有以下5点：
（1）火山灰效应—高碱性(CSH)转化为低碱性(CSH)，消耗Ca(HO)2，结晶变小，界面过渡层变小，富集和取向性减少，提高水泥石界面强度。
低碱CSH(C/S<1.5)，晶须强度高，溶解度低，较稳定。
火山灰反应:
SiO 2+xCa(OH) 2+(n-1)H 2O→xCaO·SiO 2·nH 2O
SiO2+(1.5~2.0)CaO·SiO2 ·aq→(0.8~1.5)CaO·SiO2 ·aq
矿物掺合料(粉煤灰,矿渣,硅灰等)与水泥的二次水化反应最终产物是C-S-H(1)为主的低碱性水化硅酸钙凝胶，其次是水化铝酸钙，铁酸钙固溶体，以及水化硫铝酸钙。
（2）效应—玻璃球体减小水泥颗粒之间的摩擦阻力，改善混凝土的和易性。
滚珠
（3）颗粒填充作用—水泥、矿渣、硅灰末水化颗粒大小差别大，颗粒互相填充，减小水泥石孔隙率。
（4）削减温峰作用—水化速度慢,放热总量小。
（5）提高耐久性—改善耐硫酸盐侵蚀性，抑制碱骨料反应，增加密实性，提高抗渗性和氯离子渗透性。
限制胶凝材料总量和水泥用量主要是因为混凝土温度随水泥用量增加而上升，如下图所示：
混凝土水化温升公式
T(t) = WQ(1-e -mt) /CB
T(t)—随时间变化的绝热温升温度
W —水泥用量，kg/M3
Q —单位水泥发热量，kJ/kg
B —混凝土表观密度，2400kg/m3
C —比热，(0.92~1.0)×103，J/kg.c
M —系数，普硅0.43+0.0018W；
3、拌和物性能特点
高性能混凝土要求坍落度保持性、流动度/扩展度好，对此项要求一般；含气量2%～7%，普通混凝土含气量1%～2%；高性能混凝土泌水率0%，普通混凝土泌水率＜3%。
4、力学性能特点
高性能混凝土早期抗压强度低，普通混凝土高；高性能混凝土抗拉强度、劈拉强度、抗弯强度高，普通混凝土低。
5、耐久性能特点
表3 不同混凝土耐久性能比较
序号项目普通混凝土高性能混凝土
1 抗碳化性能一般好
2 抗水渗性能P6～P20 P20以上
3 抗氯离子渗透性能/ 1000库仑以下
4 抗冻
性能
冻融次数200次以下200次或300次以上
气泡间距系数/ 宜<250微米
5 抗碱—骨料反应性一般3kg/m3以下
6 耐腐蚀性能一般好
7 抗裂
性能
内外温差大小
收缩大小
8 护筋性氯离子含量
≤0.10%或0.06%
好
通过以上数据说明，高性能混凝土具有高强度、高耐久性、高工作性、高流动性等多方面的优越性能。
此外高性能混凝土还具有很高的经济合理性。
虽然高强混凝土在成本上比普通混凝土要高一些,但由于减小了截面尺寸, 减轻了结构自重,降低了钢筋用量,减轻了地基负荷,这对自重占荷载主要部
分的建筑具有特别重要的意义。
在一般情况下,混凝土强度等级从C30 提高到C60 ,对受压构件可节省混凝土30 %～40 %,受弯构件可节省混凝土10 %～20 %,如此大幅度地节约建筑材料,从而降低工程施工成本。
在建设阶段通过节约混凝土用量,可以节约土地、煤、水、矿石、砂等能源和资源的消耗量,从而减少有害气体和废渣的排放,使用阶段可减少养护维修费用,实现节能,带来可观的社会效益。
三、结束语
高性能混凝土的研究与开发应用，对传统混凝土的技术性能有了重大的突破，对节能、工程质量、工程经济、环境与劳动保护等方面都具有重大的意义。
可以预期，高性能混凝土在工程上的应用领域将迅速扩大，并取得更大、更多的技术经济效益。
参考文献：
[1]陈远春. 建筑工程施工工艺与新技术、新标准实用手册[M] 北京:电子工业出版社。
[2]李慧民,贾宏俊. 建筑工程技术与计量[M]。
北京:中国计划出版社。
[3] GB 5001022002 ,混凝土结构设计规范[ S]。
[4] 桥隧工程师培训教材-西南交通大学。