现代混凝土新技术一前言水泥混凝土—古老而年轻的工程材料公元前7000年—石灰混凝土公元前300年—古罗马混凝土应用公元前130年—Vitruvius 记载了气硬性和水硬性材料1756-1759年—现代水泥雏形1824年—波特兰水泥诞生二混凝土技术的发展历程自1824年进入近代混凝土时代以来的将近两个世纪中，混凝土发展历史上走过了以下几个里程碑：1）加（钢）筋混凝土的出现1850年法国人朗布特（lambot）首先创造了一条钢丝网水泥船。

此后又有人用钢筋来增强混凝土，提高混凝土的抗拉强度，克服混凝土抗拉强度低的缺陷。

此后一百多年中钢筋混凝土结构逐步成为世界上应用最最为广泛、适用性最强的土木工程材料。

然而混凝土技术的发展在最初的一百年间发展十分缓慢，1887年钢筋混凝土作为复合材料（钢.混凝土复合材料）的计算理论由科伦（M.Keemen)首先提出。

然而，混凝土的强度如何计算在当时还无理论公式来计算。

直至1918年艾拉姆斯（D.A.Abrams）发表了著名的水灰比理论后才认为混凝土强度是可以计算的。

2）预应力技术的发明1928年法国的弗列什涅（E.Fveyssinet）发明了将配置在混凝土中的钢筋进行张拉，利用钢筋弹性变形恢复给混凝土施加预应力的方法来提高混凝土抵抗荷载作用所产生的拉应力的能力，从而提高了混凝土的抗裂性能。

这是钢筋混凝土作为一种复合材料，充分利用分散相提高基础相性能的一项重大发明，奠定了预应力混凝土的理论基础。

随着预应力混凝土技术的发明和提高，又促进了对混凝土强度、收缩、徐变等力学性能的研究，且日趋成熟，反过来又促进了预应力混凝土技术的发展和进步。

预应力混凝土出现至今的八十多年间，促使现代混凝土工程技术发生了一次又一次的飞跃。

高端的的预应力混凝土结构解决了许多钢结构在制造工艺上无法克服的许多问题。

如高压储罐由于钢结构罐壁的厚度太厚，无法焊接。

再如核电站的核燃料容器的防辐射等问题也只有采用厚壁预应力钢筋混凝土结构才可望实现。

3）外加剂（减水剂）的研制成功1935年美国的E.W斯克里普彻（Sclipture)研制成木质素磺酸盐类混凝土外加剂是混凝土发展史上的又一个里程碑。

然而混凝土外加剂被人们真正的重视和技术上的飞跃是在1962年日本花王碱公司的服部健博士研制成功β—萘磺酸盐缩合物钠盐和德国化学家研制成功的三聚氰胺系列高效减水剂以后。

大流动混凝土和自密实混凝土技术都是建筑在高效减水剂技术上的。

在混凝土中掺加这一类高效减水剂后才有可能将混凝土的水灰比降低到0.2-0.3，才有可能拌制出坍落度达220mm以上的大流动混凝土，也才有可能配制出强度等级达C100甚至更高的高强度混凝土。

到上个世纪末，又一新型混凝土外加剂—聚羧酸类超塑化剂被研制出来。

4）混凝土掺合料技术到了上世纪七十年代，人们对混凝土的改性技术，提出了越来越高的要求，随着人们对新拌混凝土性能、混凝土水硬化过程中体积稳定性的要求、硬化混凝土一系列物理力学性能的要求以及混凝土耐久性要求的提高；随着人们对材料性能设计的认识不断深入，对地球环保意识的价钱，走可持续发展的道路已是从事材料科学研究的工程技术人员的一项重要的任务。

近三十年来混凝土掺合料技术的发展同样是非常的迅速。

从最初的粉煤灰材料，逐步向水淬矿渣粉、沸石粉、硅粉、石灰石粉以及上述各种粉状材料的复合掺合料，各类工业废料，和锂（L）渣粉等正在逐步开发出来。

混凝土掺合料正在作为混凝土的第六组分被人们重视。

5）高性能混凝土（High-Performance Concrete)高性能混凝土是上世纪八十年代后期到九十年代初期，才由世界上一些有影响的混凝土科学方面的研究单位和学者提出的一个有关混凝土性能方面的崭新的概念。

这些性能概括起来可以包括极好的工作性，优良的长期力学性能早高强、高韧性，耐久性好、水硬化过程中体积稳定性好并且均匀等方面。

随着混凝土工程技术的不断进步，工程实践经验的逐步积累，对混凝土性能认识的不断深入，人们已经认识到混凝土性能最终是为工程服务的。

所以符合工程目标性能要求的混凝土才是“高”性能的。

6）其他除上述几个具有里程碑意义的技术突破以外，在进入近代混凝土时代的一百八十年历程中，尚有补偿收缩混凝土、自应力混凝土、纤维混凝土、轻混凝土、聚合物的混凝土……等等重要的技术领域，不断的被发明和受到重视。

水泥混凝土技术发展的驱动混凝土增强材料、混凝土外加剂、混凝土掺合料水泥混凝土发展的趋势更快——工作性更高——强度更强——韧性、耐久性功能化——轻质、装饰、特性......更绿——可持续发展三、高性能混凝土发展与应用3.1 高性能混凝土定义与发展20世纪80年代，美国国家材料委员会提出：要为新世纪的基础设施建设开发高性能的建筑材料，包括钢材、混凝土、塑料等。

1990年5月，在美国马里兰州Gaithers-burg城由NIST和ACI主办了第一次关于HPC 的国际研讨会，会议首次提出关于高性能混凝土的定义。

1990年高性能混凝土国际研讨会提出了高性能混凝土的定义：具有所要求的性能和匀质性的混凝土。

例如易于浇筑和压实而不离析、高长期力学性能、高早强、高韧性、体积稳定、严酷环境中使用寿命长。

采用传统的组分、普通的搅拌、浇注与养护操作，是不可能日常生产这种混凝土的。

高性能混凝土的特性，是针对一定的应用和环境所要求的。

例如：易于浇注、早期强度、渗透性、水化热、体积稳定性、可捣实、不离析、长期力学性质、密度、韧性、在服务环境中运行寿命长久。

美国混凝土学会在1998年提出，高性能混凝土的许多特性是互相关联的，改变其中一个牵扯到一或多个其他特性发生变化。

因此，如果对某一应用提供的混凝土有若干特性必须同时满足，则必须将其中每一项都在合同书上规定清楚。

国内高性能混凝土的定义为：中国工程院院士吴中伟提出：高性能混凝土为一种新型高技术混凝土，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混凝土，是以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途的要求，对下列性能有重点的加以保证：耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。

混凝土结构耐久性设计与施工指南（CCES2004-01）对高性能混凝土的定义为：高性能混凝土（High-Performance Concrete)以耐久性为基本要求，并用常规材料和常规工艺制造的水泥基混凝土。

这种混凝土在配比上的特点是掺加合格的矿物掺合料和高效减水剂，取用较低的水胶比和较少的水泥用量，并在制作上通过严格的质量控制，使其达到良好的工作性、均匀性、密实性和体积稳定性。

高性能混凝土应该是一个体系，涉及到原材料、配合比、耐久性能、力学性能、搅拌、浇注、振捣、养护、施工前中后的质量控制等方方面面。

这些系统可以分解成多个技术，有些内容也是沿用了普通混凝土的相关规定。

3.2 高性能混凝土应用现状1987年美国材料顾问委员会提交的一篇报告引起了轰动：约25.3万座桥梁的混凝土桥面板，其中部分使用不到20年，就已不同程度的破坏，且每年还将新增3.5万座。

由于混凝土桥面板开裂普遍，因此转向使用高强混凝土，但是看来这无济于事。

根据国家公路合作研究计划1995年检查的结果表明：10万座混凝土桥面板是在混凝土浇筑后一个月内就出现间隔1-3米的贯穿性裂缝。

不是强度，而是混凝土的坚固性（没有裂缝）对其运行条件下保证混凝土的水密性和耐久性起关键的作用。

P.K.Mehta 指出耐久性——影响未来的关键问题。

（1）《近代混凝土技术》著作中指出混凝土结构劣化破坏分类：1、腐蚀：机械磨耗、冲刷磨损、气蚀2、物理作用：干湿交替、水的渗透、冻融、盐的结晶3、化学作用：化学介质侵蚀（水解、软水、置换、硫酸盐）、AAR、CaO 和MgO水化4、钢筋锈蚀：碳化引起、C1-引起（2）混凝土结构劣化破坏原因分类《铁路工程混凝土结构耐久性设计暂规》混凝土结构所处环境类别分为5种环境类别、17种环境作用等级。

环境类别：碳化环境；氯盐环境；化学侵蚀环境；冻融破坏环境；腐蚀环境（3）劣化的“整体性”模型环境作用（第一阶段）（无可见损伤），主要包括：1.侵蚀作用（冷热循环、干湿循环）2.载荷作用（循环荷载、冲击荷载），从而导致：一个不透水，但存在非连续微裂缝，且多孔的钢筋混凝土结构。

环境作用（第二阶段）（损伤的开始与扩展），主要包括：水的渗入O2、CO2渗入酸性离子（C1-，SO4-）渗入，A：以下原因使孔隙内静水压增大、混凝土膨胀；钢筋锈蚀、碱-骨料反应、水结冰、硫酸盐侵蚀；B：混凝土强度与刚度降低，最终导致开裂、剥落与整体性丧失。

（4）现代高性能混凝土的应用实例1.香港青马大桥设计使用寿命120年，要求所用混凝土满足如下要求：C1-扩散系数小于9×10-13㎡/s（1300库仑）；混凝土28天立方体试件配比强度≥50MPa；普通水泥/25—35%粉煤灰/65—75%矿渣；水泥用量350—550KG/M3；水胶比≤0.4；胶结料中最大氯离子含量0.06%；碱含量（这和Na2O)≤3KG/M3.2、英吉利海峡隧道设计使用寿命120年，要求混凝土满足如下要求：C1-扩散系数小于K=1.4×10-13m/s (1300库仑)；水泥采用两种当地海工用的水泥，C3A含量为0.68-0.77%。

400kg/m3；水灰比0.35-0.32%，坍落度100mm；砂：由石灰石碎石与石英石组成，0-1mm硅质河砂、0-4mm和3-8mm两级石灰石碎石；粗骨料：粒径5-12.5mm的石灰石碎石。

3、日本明石大桥设计使用寿命120年，桥墩混凝土采用免振自密实混凝土，桥面及梁采用泵送高性能混凝土，要求混凝土满足如下要求：C1-扩散系数小于1000库仑；W/B≤0.35，胶凝材料用量500KG/M3，其中水泥60%，其余为矿渣及粉煤灰。

（5）其他方面高性能混凝土配比实例原材料（kg/ m3）美国加拿大加拿大美国加拿大加拿大摩洛哥法国加拿大A B C D E F G H I水泥534 500 315 513 163 228 425 450 460硅粉40 30 36 43 54 46 40 45 （C+MS）粉煤灰59 / / / / / / / /矿渣/ / 137 / 325 182 / / /细骨料623 700 745 685 730 800 755 736 780粗骨料1069 1100 1130 1080 1100 1100 1045 1118 1080 水139 143 150 139 136 138 175 143 138水胶比0.22 0.27 0.31 0.25 0.25 0.30 0.38 0.29 0.30塌落度255 / / / 200 220 230 230 110在一龄期（天）圆柱体试件强度（MPa)1 / / / / 13 19 / 35 362 / / / 65 / / / / /7 / / 67 91 72 62 / 68 /28 / 93 83 119 114 105 95 111 8356 124 / / / / / / / /91 / 107 93 145 126 121 105 / 89365 / / / / 136 126 / / /其他的工程应用如：东海大桥、杭州湾大桥、深港大桥（西部通道）、珠港大桥等。