关于高性能混凝土的认识

关于高性能混凝土的认识12级结构工程苏文虎12012130592【摘要】本文对高性能混凝土的发展现状作了简要介绍，对其面临的问题，施工以及未来的展望做了简单阐述。高性能混凝土是以可持续发展和耐久性为基本要求并适合工业化生产施工的混凝土，代表着混凝土技术的发展方向。关键词：高性能混凝土研究耐久性一、高强与高性能混凝土的发展现状高性能混凝土(HighPerformanceConcrete)一词的提出还只是近些年左右的事，现已成为一种时髦风靡国际土木工程界而广被接受和引用，尽管什么是高性能混凝土至今有着不同的解释和理解。高性能混凝土之所以成为当前土建领域发展研究的热点以及这一名词的提出，显然与傲界对混凝土耐久性的需求以及人类日益关心的可持续发展最为密切相关。混凝土用的是人造材料，必须将它的生产和使用放到保护环境和可持续发展的高度上加以考虑，这也许正是高性能混凝土倍受人们重视的关键所在。因此，可以将高性能混凝土视为以耐久性和可持续发展为基本要求并适合工业化生产施工的混凝土。传统的混凝土是从上世纪末开始推广的，它为二十世纪的人类文明和建设作出了无可估量的贡献，而高性能混凝土在本世纪末的出现则适应了人们吏大规模建设和保护环境的需要。这种混凝土可为基础设施工程提供100到200年甚至更长的使用寿命，更适合仁业化、自动化生产，而且适合今后大规模开发海洋的需要。或许，我们正处在从传统混凝开始向高性能混凝土过渡的年代，下世纪的混凝土将是高性能混凝土。不同的工程对象对混凝土的工作度与强度有不同的要求。就混凝土拌料而言，高流动度、高可泵性应是多数高性能混凝土必需达到的基本要求以满足工业化预拌生产和泵送施工的需要；但是也应有例外，比如用于道路的高性能混凝土就不能是高流态混凝土。同样，需要很高强度混凝土的工程结构在数量上并不是很多，也不是在所有场合下都能通过提高强度来有效降低结构混凝土的用量，所以将强度虽然稍低但仍具优良耐久性和工作度的混凝土排除在高性能混凝土之外是不合适的。与传统混凝土相比，高性能混凝土在配比上的特点应是低用水量、较低的水泥用量，并以化学外加剂与矿物细掺料作为水泥、水、砂、石之外的必需的基本组分。由于水胶比低，耐久性才有保证，而且强度也不可能过低。低水灰比的大掺量粉煤灰混凝土可以是耐久性很好的高性能混凝上，虽然其强度往往达不到高强的程度。二、高性能混凝土的耐久性研究混凝土耐久性指混凝土在使用过程中抗大气环境作用的能力。关于耐久性研究的内容通常包括研究混凝土抗化学侵蚀性、碱骨料反应、冻融循环性能、抗氯离子渗透性或钢筋锈蚀等方面，如果从材料结构与性能关系的角度来看，高性能混凝土的耐久性研究内容还包括组成材料配合比对耐久性的影响研究和水泥基材料的物理化学变化研究等。混凝土配合比直接关系到混凝土耐久性，控制混凝土单方用水量、降低混凝土的水胶比是提高混凝土耐久性最重要的途径。高性能混凝土的水胶比很低，掺和料用量大，故其耐久性比普通混凝土高。在我国，可以选用的非萘系新型高性能减水剂品种很少，免振捣自密实混凝土的单方用水量偏高，对C100以上的高性能混凝土研究与应用也较少，混凝土配合比还需要进一步研究。低水灰比的水泥基材料物化性能研究包括研究高性能混凝土自收缩与自膨胀问题，这是与混凝土耐久性有关的课题。在水化凝结硬化初期，高性能混凝土内部大量未水化的水泥吸收毛细管中的水分，进一步水化使毛细管处于真空状态，导致水泥浆收缩。当混凝土的收缩应力大于抗拉强度时，混凝土表面开裂，即自收缩；混凝土硬化后，大量未水化水泥颗粒遇水后继续水化，产物使水泥石胀裂，即混凝土的自膨胀。研究主要通过研制收缩低减剂及密实剂来降低毛细孔内的表面张力，减小混凝土的收缩应力和提高混凝土抗渗透性，使其内部微孔处于缺水状态而不能继续水化。我国在混凝土的碱骨料反应方面进行过大量的研究工作，其主要办法是尽量减小混凝土的碱含量和避免使用高活性骨料。另外，通过掺加复合矿物超细粉的办法来抑制碱骨料反应，这也是高性能混凝土耐久性研究的一项重要内容。三、高性能混凝土发展中所面临的问题（一）能不能对高性能混凝土下一个完整的定义自从美国提出高性能混凝土这一概念来，如终没有一个统一的或者标准的定义。目前，不同的学者和技术人员，从混凝土性能的不同方面，给出了关于高性能混凝土的不同描述，因此，很难给高性能混凝土一个全面、准确、完整的定义。（二）高性能混凝土是否一定要高强冯乃谦在其专著《高性能混凝土》中开宗明义的指出:“高性能混凝土必须是高强的，因为一般情况下高强对耐久性有利。”吴中伟针对当时科研界过度追求高强度的趋向，及时提出“有人认为高强度必然高耐久性，这是不全面的，因为高强混凝土会带来不利于耐久性的因素……。高性能混凝土还应包括中等强度混凝土，如C30混凝土。”但黄士元认为把包括30MPa的普通强度而耐久性好的混凝土也归入高性能混凝土范畴，则很难划分普通混凝土与高性能混凝土的差别，也难于与国际混凝土界沟通。因此，如何界定高性能混凝土，是需要混凝土界人士进一步探讨的问题。（三）高性能混凝土是否一定要高工作性高性能混凝土又被人们称为3高混凝土，其中一高就是高工作性。但是不是只有高工作性才是高性能混凝土呢?诚然混凝土拌合物的流动性从10年前普遍的70～90mm发展到现在大量预拌混凝土的180～200mm，甚至已经有自密实的混凝土的浇筑，这也是混凝土技术的一种进步；减轻了振捣的劳动量，推动了预拌混凝土的发展，并大大减少了“蜂窝”、“狗洞”等质量事故，提高了混凝土的匀质性。但高的工作性一般是在提高混凝土浆体含量的情况下产生的，浆体含量的提高也就意味着混凝土开裂的可能性增加，同时，高的流动性也将使混凝土浇筑时容易振捣离析。因此，不能把流动性作为混凝土拌合物“高性能”的指标，而应当根据不同工程特点，注重拌合物的施工性能。坍落度的大小应服从于混凝土的匀质性和体积稳定性。（四）高性能混凝土的开裂问题高性能混凝土的出现，给土木工程界最直接的冲击是对混凝土耐久性的重视有所加强了，粉煤灰、矿渣等掺合料的使用增多了，预拌混凝土更普遍了。目前上海、北京、沈阳已能供应C80以上商品预拌混凝土，实际上我国部分地区的混凝土企业目前已经具备了供应超高强商品混凝土的能力。但是，近年来在国内外却发生较多“高性能混凝土”结构开裂，特别是早期开裂的问题。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与内部结构，同传统的普通混凝土相比具有很大的差异，随之带来了它的早期体积稳定性差、容易开裂等问题。而混凝土的裂缝正是在使用阶段环境侵蚀性介质侵入的通道，进而削弱其耐久性。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需解决的问题。四、高性能混凝土的生产施工与质量控制高性能混凝土的优良特性主要来自下列配制途径：（1）通过降低用水量使硬化后的混凝土内部孔隙减少，以及改善粉体材料(包括水泥与矿物掺合料)的总体颗粒组成使其具有良好的级配，从而增加混凝上的密实程度。（2）通过降低水灰比，以及引人矿物掺合料所参与的水化作用与火山灰作用，使水泥水化产物的微观结构得到改善，尤其是水泥浆体与粗骨料之间的界面结构得到加强。多数矿物掺合料兼有抑制有害化学作用如碱骨料反应的能力。（3）通过引入高效化学减水剂分散拌料中水泥的絮凝作用，并配合缓凝剂、引气剂等化学外加剂使拌料具有良好的工作度。某些矿物掺合料如粉煤才_为球状形态也对工作度起到有利作用。（4）通过降低水泥用量，必要时引人膨胀剂，防止混凝土在硬结过程中产生宏观与微观裂缝。高强高性能混凝土的生产施工需有严格的质量控制与管理措施，适合工厂预拌生产、泵送施工，依靠小型工地的现场搅拌难以保证质量要求。虽然高性能混凝土的坍落度很大，但粘度较高，用自落式搅拌机很难拌匀，用人工输送也甚难操作。高性能混凝土用料比较挑剔，尤其是用水量的控制非常严格；原材料和用水量的稍许变动对于传统的混凝土也有影响，但对高性能混凝土来说却有可能造成非常严重的后果，因此对砂石堆放场地、称量装置等方面有较高要求，一般工地缺乏这些条件。除了用水量的严格控制以外，高性能混凝土生产施工和质量检验中值得注意的另外三个问题是：（1）拌合物的坍落度损失及环境温度对坍落度损失的影响。必须慎选高效减水剂及与之相适应的水泥。（2）养护方法。高性能混凝土基本上不泌水，浇注后必须立即采取措施防止蒸发失水造成表面开裂。一些工地习惯于传统作法，将浇注后的混凝土搁置儿个小时之后才覆盖养护，这对高强高性能混凝土来说是不许可的，应该立即喷刷表面化学养护剂或覆盖塑料薄膜。从水泥水化作用的角度看，高性能混凝土本身缺水，更需要采取良好的养护手段。（3）高强混凝土强度的测定。国内外的大量研究表明，同一批混凝土标堆试件在不1司试验机上测得的强度可以有一定差异。强度愈高，这种差异愈大，机器的刚度与加压板、球座的构造乃至润滑球座的油膜特性以及试件的平整程度(与试件钢模的精度有关)都会对强度测定值产生较大影响。不同机器得出的试件尺寸对强度影响的换算系数也不一样。所以高强混凝土的强度测试本身也应作为质量控制的一个部分。在目前技术条件下，生产出高强混凝土已非难事，而测准它的强度则要困难得多。五、高性能混凝土的推广为了推广高性能混凝土，还需要做好以下工作：（1）技术经济政策上的支持。推广高性能混凝上的最大受益者是社会和工程的业主，而设计和施工单位在推广应用高性能混凝土的初期往往担负着较大风险却得不到经济利益，甚至会因混凝土的用量下降或总造价降低而减少收入。这需要政府主管部门从政策上给以照顾。（2）完善有关的设计施工规程并修改现行规程中某些不适合高性能混凝土的规定。推广高性能混凝土必需有相应的设计施工规程与之配合。还要针对高性能混凝土的特点，制定有关原材料的标准、拌料流变性能的简易测试方法标准、高效减水剂与水泥相容性的简易测试方法标准、抗渗性能测定标准等。（3）发展高性能混凝土所需的原材料生产。如适宜于配制高强混凝土的硅酸盐水泥(在颗粒级配和成份上提出特殊要求)，优质高效减水剂，超细矿渣，复合矿物掺合料等。推广应用高性能混凝土也许是提高许多基础设施工程耐久性最为省力和投资最少的办法，在技术上我国已经具备这种能力。我们应该对工程结构物的使用寿命在设计上提出更高的要求。推广高性能混凝土首先要有设计部门的参与，如何调动设计部门的积极性和使设计人员了解其重要意义与现实可能性，是当前推广工作中的关键。最后，需要再一次指出的是，高性能混凝土是混凝土技术进步的产物。它的生产需有高素质的操作人员，较完善的生产施工设备，和高水平的质量管理与控制。这是一种适合工厂预拌生产和机械化施工的混凝土，虽然在现阶段也不排斥分散配制。还要提倡现代计算机技术在高性能混凝土配比设计、生产过程以及质量管理中的应用，高性能混凝上及其计算机化代表着当前混凝土技术的发展方向。参考文献[1]吴中伟.高性能混凝土(HPC)发展趋势[J].建筑技术，1998.[2]周履.21世纪的重要课题关于混凝土耐久性的新观点[J].国外桥梁，1998.[3]冯乃丰.钢筋混凝土基础设施腐蚀与耐久性[J].土建结构工程的安全性与耐久性(论文集)[D].北京:中国建筑工业出版社，2003.[4]YunovichM.HighwayBridge，AppendixD，CorrosionCostsandPreventiveStrategiesintheUnitedStates[R].ReportFHWA-RD-01-156，2001.[5]邱小坛.我国混凝土结构的耐久性与安全问题[J].陈肇元主编.土建结构工程的安全性与耐久性(论文集).北京:中国建筑工业出版社，2003.[6]李田，刘西拉.混凝土结构耐久性分析与设计[M].北京:科学出版社，1999.[8]廉慧珍，阎培渝.21世纪的混凝土及其面临的几个问题.建筑技术，1999(1)[9]冯乃谦.高性能混凝土[M].北京:中国建筑工业出版社，1996.[10]AiticnPC，