浅谈高性能混凝土的应用及发展摘要近年我国经济技术高速发展，综合国力显著提高，随着国家基础建设步伐的加快，如何保证建筑工程质量的同时也能使工程能长久的安全使用下去，日益受到各级政府和社会各界的广泛关注。

在众多的土木工程建设中，混凝土的应用面之广，使用次数之多是很少见的。

尤其近年来，一种较新的混凝土技术正在快速发展并且运用到许多实际工程项目中，那就是高性能混凝土。

本文主要介绍了阐明了高性能混凝土的特性，高性能混凝土在工程建设中的应用，提出了高性能混凝土面临的几个问题及解决办法，并对其发展趋势作出展望。

随着我国建筑向高层化、大型化、现代化的发展，高性能混凝土必将成为新世纪的重要建筑工程材料。

关键词：高性能混凝土；HPC的应用；HPC面临的问题及解决办法在波特兰发明水泥之后的100多年里，混凝土也取得了具大的发展，它是以水泥为胶结材由普通混凝土阶段逐渐发展到了高性能混凝土阶段。

在混凝土发展的过程中，他也渐渐的成为房屋建筑、桥梁、水利、公路等现代工程结构的首选材料，用量逐渐增大，已经成为土木工程中最大宗的人造材料。

有资料显示，我国现在每年混凝土用量约109立方米，而且随着我国近年来工业化、城市化进程的加快，其用量将继续快速增长。

但是现在建筑施工有了很大的发展和进步，其对混凝土的要求也越来越高，特别是在耐久性、工作性、强度和体积稳定性等方面。

而传统的混凝土在这些方面都有很多缺陷，已不能满足现在工程施工的需要。

令人庆幸的是自进入新世纪以来，各种新型混凝土也伴随着科学技术的快速发展而涌现出来。

它们都有一个共同特点，那就是作为最主要的建筑结构材料，其本身具有高强度、高工作性、高耐久性等性能，既具有高性能的特点。

这符合了现代建筑对施工材料的要求。

因此高性能混凝土是现代混凝土技术发展的必然结果，是混凝土的发展方向。

一、高性能混凝土的概念高性能混凝土(High Performance Concrete，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，利用现代技术，用优质水泥、集料、外加剂及活性掺合料制备的一种性能优良的新型混凝土.[1]有可为基础设施工程提供100年以上的使用寿命。

与传统的混凝土相比，高性能混凝土在高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等方面表现出良好的效果，因此被冠以“目前全世界性能最为全面的混凝土”的称号。

但是不同的国家或组织对HPC有不同的解释。

欧洲混凝土学会和国际预应力混凝土协会认为水胶比低于0.40的混凝土就可以称作是HPC。

而在日本，免振混凝土（或者称为流态的自密实混凝土）被认为是HPC。

另外，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。

以上对HPC的解释不相同的原因是他们的侧重点不同。

例如，美国人对混凝土的强度和尺寸稳定性要求较高，但是欧洲学者更注重耐久性而日本专家侧更关心高工作性。

但是他们有一个共同特点，即HPC的高耐久性。

二、高性能混凝土的性能与普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下独特的性能：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，能保护钢筋不被腐蚀，在冻融化学物质侵蚀等恶劣环境下保持良好地状态，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。

混凝土拌合物具有较高的流动性，混凝土在成型中不分离、不离析，易充满模型。

不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减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。

前苏联学者研究发现用C110~C137的高性能混凝土替代C40~C60的混凝土，可以节约15%~25%的钢材和30%~70%的水泥。

[2]虽然HPC本身的价格偏高，但是其优异的性能使其具有了良好的经济性。

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。

三、高性能混凝土质量与施工控制（一）高性能混凝土原材料及其选用1.水泥。

高性能混凝土所使用的水泥必须符合以下几个要求：标准稠度用水量少，从而使混凝土在低水灰比试也同样能获得较好的施工性能；水热小且放热速度慢，以免混凝土因内外温差过大而产生裂纹；水泥粒子群的比表面积益大，粒子形状虽好为球形，粒子之间互相填充应达到最密实状。

2.细集料。

按照普通混凝土用砂石标准中的规定，细集料宜选用质地坚硬、洁净、级配良好的天然中、粗河砂。

实践表明，砂的粗细程度对混凝土强度有明显的影响,砂子越粗,混凝土的强度越高。

配制C50～C80的混凝土用砂宜选用细度模数大于2.3的中砂,对于C80～C100的混凝土用砂宜选用细度模数大于2.6的中砂或粗砂。

3.粗集料。

粗集料对高性能混凝土的性能是至关重要的。

首先高性能混凝土必须选用强度高、吸水率低、级配良好的粗集料，宜选择级配符合规范要求的表面粗糙、外形有棱角、针片状含量低的硬质砂岩、石灰岩、花岗岩、玄武岩碎石。

一般要求粗集料强度为混凝土强度的115倍～210倍或控制压碎指标值＞10﹪。

这是因为粗集料的强度直接影响混凝土的强度，如果要求混凝土的强度较高,就必须使粗集料具有足够高的强度。

另外，粗集料的最大粒径以10mm～20mm为佳，最多也不能大于25mm，因为较小粒径的粗集料内部产生缺陷的几率减小,而与砂浆的粘结面积增大,且界面受力较均匀。

此外,粗集料还应注意集料的粒型、级配和岩石种类,一般采取连续级配,其中尤以级配良好、表面粗糙的石灰岩碎石为最好。

为了减小温度应力提高混凝土的体积稳定性，粗集料要有较小的线膨胀系数。

4.掺合料。

在高性能混凝土中水泥有很大的用量，但是其用量的增加会导致混凝土用水量和水化热加大，这样可以造成混凝土开裂和干缩率增大，从而严重影响了混凝土的性能。

这些问题可以用活性细料解决。

在配制高性能混凝土时,掺入一定量的活性细掺合料可以改善了混凝土中水泥石与骨料的界面结构，增大水泥浆的流动性,充分填充空隙,提高硬化后的水泥石强度、耐酸性、耐久性，从而显著改善混凝土的性能。

在高性能混凝土中常用的活性细掺合料有硅粉(SF)、磨细矿渣粉(BFS)、粉煤灰(FA)、天然沸石粉(NZ)等。

（1）粉煤灰（又称“飞灰”），来源于燃煤锅炉排出的烟道灰,它可以提高混凝土的抗渗性,显著改善混凝土拌合物的工作性，对延长构筑物的使用寿命有重要意义。

而含碳量低、细度低、需水量低的优质粉煤灰可用于配制高性能混凝土的粉煤灰。

粉煤灰在混凝土中有很多运用，例如:①填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层,产生“滚珠润滑”效应;②分散水泥颗粒,以便使其在混凝土柱均匀分布;③粉煤灰和氢氧化钙结晶发生化学反应,生成具有胶凝性质的产物,可改善混凝土的性能指标;④粉煤灰可以使水化速度减缓,减小混凝土因水化热引起的温升,进而防止混凝土产生温度裂缝。

（2）矿渣能提高混凝土的工作性和耐久性，它是高炉炼铁排出的熔融矿渣在高温状态下迅速水淬冷却而成的。

用生产硅铁合金的过程中产生的烟道灰提炼出来的硅粉具有很高的活性，可以填充到水泥或其他掺合料的间隙中去,并且在各种掺合料中对混凝土的增强作用最为显著,因此它也是制备超高强混凝土不可或缺的活性掺合料。

（3）硅粉又称硅灰。

在生产硅铁或硅钢等合金的过程中会产生一种颗粒极细的硅物质，它就是硅粉，可在排放的烟气中收集。

硅粉主要由玻璃态球形颗粒组成，它非常微小、表面光滑，直径为0.1μm～1.0μm,一般比表面积为18500㎡/kg～20000㎡/kg,主要化学成分为二氧化硅。

制备混凝土时掺加少量硅粉，可以显著提高混凝土的一些物理力学性能,硅粉的适宜掺量为水泥用量的5﹪～10﹪。

硅粉的加入,对混凝土的性能的影响主要有:①改善了新拌混凝土的粘聚性、保水性,提高了需水量;②提高了混凝土的强度,增大了弹性模量和混凝土的干缩;③提高了混凝土的耐久性。

另外,在配制硅粉混凝土时必须注意:①由于硅粉的需水量比水泥大,在配制硅粉混凝土时,一般要掺加减水剂。

在选择减水剂时,应使之与所用的水泥具有相容性,否则,容易影响混凝土的工作性能。

同时,根据减水剂性能及需求的减水需求来选择合适的掺量。

②比表面积和活性SiO2含量是硅粉的重要指标,硅粉比表面积越大、活性SiO2含量越高,硅粉性能越好,配制硅粉混凝土需选择具有良好性能的硅粉。

③硅粉混凝土的干缩一般比普通混凝土大,配制高性能混凝土时应采取补偿收缩的措施,如掺加粉煤灰等。

5.外加剂。

制备高性能混凝土中一个重要原料是外加剂。

它包括减水剂、缓凝剂、膨胀剂、阻锈剂等。

其中减水剂是最重要的外加剂，它可以在低水灰比条件下增强混凝土的流动性，如果要使混凝土具有较大的坍落度,就必须使用减水率在20%以上的高效减水剂。

有时为了减少混凝土坍落度的损失,还要在混凝土中加入缓凝剂。

此外,由于高性能混凝土水胶比低,水泥颗粒间距小,能进人溶液的离子数量也少,因此减水剂对水泥的适应性表现更为敏感。

6. 配合比设计。

高性能混凝土配合比设计目标首先是高耐久性，并兼顾工作性与强度。

为此，世界各国学者均提出了各自的有关高性能混凝土配合比设计方法。

如P。

K。

Mehta和Aitcin推荐的高强度高性能混凝土配合比确定方法;法国路桥实验中心建议的有关高性能混凝土设计方法;日本阿部道彦采用的高性能混凝土配合比计算方法及Domone、Carbonari等基于最大密实度理论而提出的高性能混凝土配合比设计方法。

[3]高性能混凝土对原材料质量及配合比参数变化都较敏感，故配合比计算的精确度要求较高，为此，世界各国学者研究了高性能混凝土配合比设计的计算机化，例如清华大学博士研究生王德怀进行的“高性能混凝土配合比设计与质量控制的计算机化”课题研究;法国路桥实验中心提出的优化高性能混凝土配合比设计的RENE—LCPCTM软件等。