高 柯 孟云芳（寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

1 高性能混凝土的研究現(xiàn)狀與熱點

長期以來，混凝土一直被認(rèn)為是堅固耐久的材料，但實踐證明普通混凝土并不總是耐久的。 許多國家當(dāng)初修建的一些基礎(chǔ)設(shè)施工程已進(jìn)入老化期，其維修和更新不僅耗資巨大而且影響社會生產(chǎn)和生活秩序。 因此,如何改善混凝土的耐久性和解決混凝土的脆性問題，配制出工作性能優(yōu)良、使用壽命長于100年甚至達(dá)到200～300年的HPC，成為非常迫切的重要課題。

配制HPC，一般從以下兩方面著手:(1)從組成材料入手，改善普通混凝土中各組份材料的性能，并摻加高效減水劑、活性礦物摻合料等外摻料，充分發(fā)揮礦物細(xì)摻料的減水效應(yīng)、增漿效應(yīng)、分散效應(yīng)、活化效應(yīng)和微集料效應(yīng)等作用，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為致密，其混凝土的強(qiáng)度、耐久性以及尺寸穩(wěn)定性都大幅度提高；(2)進(jìn)行混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計，降低水膠比，減少混凝土內(nèi)部水份富余量，從根本上減少滲水的通道，使混凝土的抗?jié)B性能提高，其耐久性必然得到提高。各國學(xué)者在提高混凝土耐久性，配制HPC 方面作了大量的研究工作。 實驗中，普遍采用鹽凍剝落量、DF 值、氯離子擴(kuò)散深度和鋼筋銹蝕率4個耐久性參數(shù)進(jìn)行耐久性設(shè)計優(yōu)化。比較優(yōu)化后混凝土與按傳統(tǒng)設(shè)計混凝土的性能的優(yōu)劣，從而確定出耐久性最為優(yōu)良的高性能混凝土。

2 高性能混凝土材料的結(jié)構(gòu)特征

HPC的特征首先應(yīng)是具有良好的耐久性。 耐久性可以從HPC 水泥石、結(jié)構(gòu)和界面特征加以表述。從普通混凝土的水泥石的亞微觀結(jié)構(gòu)可以看出它直接影響混凝土的性能。 混凝土的強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性都是由水泥石的微觀結(jié)構(gòu)決定的。在水泥石中應(yīng)消滅或盡可能消滅100 nm 以上的有害孔，使水泥石的孔結(jié)構(gòu)對混凝土的性能不造成負(fù)面影響。具有最佳孔隙率和最佳水泥結(jié)晶度的水泥石才具有最佳的結(jié)構(gòu)。而最佳孔隙率和最佳水泥結(jié)晶度又與水泥品種、摻合料種類、養(yǎng)護(hù)條件、使用環(huán)境等因素有關(guān)。所以對不同用途、不同使用部位、不同施工方法、不同使用環(huán)境的混凝土應(yīng)對其材料組成、制備方法都有不同的要求，以取得最佳性能。 界面微結(jié)構(gòu)也是影響混凝土性能的主要因素之一，徹底改善混凝土的界面結(jié)構(gòu)才能達(dá)到高性能。 HPC 集料和水泥石的界面應(yīng)消除如同普通混凝土界面薄弱層，并使其界面粘結(jié)強(qiáng)度大于或等于水泥石或集料母體的強(qiáng)度，徹底消除因界面而影響混凝土性能的不利因素。

綜上所述，HPC的結(jié)構(gòu)特征如下:

(1)孔隙率低，而且基本上不存在大于100nm的大孔；

(2)水化物中Ca(OH)2減少，C-S-H 和AFt 增多；

(3)未水化顆粒多（H/L 粒子比增大），各中心質(zhì)間距離縮短，中心質(zhì)網(wǎng)絡(luò)骨架得到強(qiáng)化；

(4)消除了集料和水泥石界面薄弱層，使界面強(qiáng)度接近于水泥石或集料強(qiáng)度。

3 高性能混凝土的性能

3.1 耐久性

混凝土的耐久性破壞主要有:凍融循環(huán)作用、鋼筋銹蝕作用、碳酸鹽化作用、淡水溶蝕作用、鹽類侵蝕作用、堿-集料反應(yīng)、酸堿腐蝕作用、沖擊、磨損等機(jī)械破壞作用等【2】。 絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)的破壞是由于氯離子侵入混凝土鋼筋表面，引起鋼筋銹蝕，破壞鋼筋與混凝土間粘結(jié)力，同時產(chǎn)生膨脹破壞混凝土保護(hù)層，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

目前，對于HPC 耐久性的評定沒有統(tǒng)一的指標(biāo)和方法，對其進(jìn)行試驗和評價基本仍沿用普通混凝土的方法和指標(biāo)【3】。 對于HPC的耐久性的安全使用期限，HPC 可以保證重要建筑在不利環(huán)境中使用100年，在正常環(huán)境使用200年，在特殊環(huán)境使用300年，而混凝土建筑的使用壽命可以預(yù)期達(dá)到500年。

3.2 工作性

坍落度是評價混凝土工作性的主要指標(biāo)，反應(yīng)混凝土拌和物在重力作用下的流動和變形能力[5]。HPC的坍落度控制功能好，但由于其在配制過程中加入了減水劑和礦物質(zhì)超細(xì)粉，在與普通混凝土在坍落度相同的情況下，粘度較大，這使其在泵送過程中需施加更大的壓力。目前僅采用坍落度尚不足以完全反應(yīng)HPC的施工性能，但目前尚未有專門針對HPC的檢測標(biāo)準(zhǔn)。 在振搗的過程中，HPC粘性大，粗骨料的下沉速度慢，在相同振動時間內(nèi)，下沉距離短，穩(wěn)定性和均勻性好。 同時，由于HPC的水灰比低，自由水少，且摻入超細(xì)粉，基本上無泌水，其水泥漿的粘性大，很少產(chǎn)生離析的現(xiàn)象。

3.3 力學(xué)性能

水膠比是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素，對于普通混凝土，隨著水灰比的降低，混凝土的抗壓強(qiáng)度增大，但對于HPC，由于低水膠比下存在攪拌困難、振搗不充分等問題。高效減水劑是HPC 必需成分，其對水泥的分散能力強(qiáng)、減水率高，可大幅度降低混凝土單方用水量。 在HPC 中摻入礦物超細(xì)粉可以填充水泥顆粒之間的空隙，改善界面結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實度，從而使其強(qiáng)度提高。 HPC 對力學(xué)性能的要求不僅體現(xiàn)在高強(qiáng)度上，還體現(xiàn)在高強(qiáng)度質(zhì)量上，即要求強(qiáng)度的分散性小，后期的強(qiáng)度增長穩(wěn)定。

3.4 體積穩(wěn)定性

體積穩(wěn)定性不良的混凝土?xí)a(chǎn)生收縮開裂，使混凝土的抗?jié)B性及其物理、化學(xué)、力學(xué)性能降低，耐久性下降。 影響混凝土體積穩(wěn)定性的因素很多，包括水泥顆粒的細(xì)度、用水量、骨料情況等。 HPC的干縮隨著水膠比的增大而略有增大，骨料情況是影響干縮的最主要因素，骨料的體積含量越大、粒徑越大,混凝土的干縮越小，不同種類高效減水劑對干縮的影響也不同，硅粉、粉煤灰等會降低干縮，沸石、頁巖灰等灰增大干縮[5]。混凝土在使用過程中會發(fā)生徐變，HPC的徐變較普通混凝土明顯減低，并隨強(qiáng)度的提高，最終單位徐變減小。

4 高性能混凝土的發(fā)展趨勢

4.1 HPC 向GHPC的轉(zhuǎn)化

粉煤灰混凝土是一種HPC，由于其環(huán)保效應(yīng)，又稱為綠色高性能混凝土(GHPC)。 粉煤灰具有三項比較公認(rèn)的基本效應(yīng)，即形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)，它使粉煤灰混凝土與基準(zhǔn)混凝土(即強(qiáng)度等級相同的普通混凝土)相比，其性能從拌制、施工到硬化整個過程都發(fā)生了很大變化，其優(yōu)異的性能使粉煤灰混凝土成為優(yōu)質(zhì)HPC：大大提高新拌混凝土的工作性能，即流動性、粘聚性和保水性；明顯降低混凝土硬化階段的水化熱；提高混凝土強(qiáng)度，特別是后期強(qiáng)度。而且，GHPC 更多節(jié)約熟料水泥，減少環(huán)境污染，使得發(fā)展GHPC 成為發(fā)展趨勢。

4.2 UHPC 發(fā)展

目前已出現(xiàn)超高性能混凝土(UIt ra High Performance concrete UHPC)，如活性混凝土(ReactivePowder concrete,RPC)。 其特點是高強(qiáng)度、高密實性，以大量纖維增強(qiáng)來克服混凝土材料的脆性。 這種超高性能混凝土造價高，首先用于一些特殊工程，如軍事工程、核電站中。 加拿大已將RPC-200 用在了一座橋上，法國準(zhǔn)備在一個核廢料罐中研究應(yīng)用RPC。

4.3 智能混凝土

智能混凝土是在混凝土原有的組份基礎(chǔ)上復(fù)合智能型組份，使混凝土材料具有自感知、自適應(yīng)、自修復(fù)特性的多功能材料。 80年代末【8】，日本土木工程界的研究人員著手開發(fā)構(gòu)筑高智能結(jié)構(gòu)的所謂“對環(huán)境變化具有感知和控制功能”的智能建筑材料。1993年，美國開辦了與土木建筑有關(guān)的智能材料與智能結(jié)構(gòu)的工廠。 隨著損傷自診斷混凝土、溫度自調(diào)節(jié)混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列機(jī)敏混凝土的出現(xiàn)，為智能混凝土的研究和發(fā)展打下了基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

HPC 誕生時間雖短、各國研究有限，尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)論，但因其自身優(yōu)異的性能，已得到迅速發(fā)展和一定范圍的應(yīng)用。今后，必須加強(qiáng)對HPC 及其結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，完善理論體系，制定相關(guān)規(guī)范和文件，總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗，優(yōu)化使用方法，提高使用的有效性和可靠性。 那么，HPC 定能克服現(xiàn)存不足和問題，向更加高效、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展，走優(yōu)質(zhì)、低耗、高效、可持續(xù)發(fā)展之路，必將成為混凝土工程的主導(dǎo)材料，在工程實踐中得到更為廣泛的應(yīng)用。

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[3]唐建華等.高性能混凝土的研究與發(fā)展現(xiàn)狀[J].國外建材科技，2006，27（3）：11-15

[4]王子英，張盼吉.高性能混凝土的耐久性[J].山西建筑，2008，34（2）：183-184

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[7]馮乃謙.高性能混凝土與超高性能混凝土的發(fā)展和應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2009，38（4）：1-6

[8]劉斌.高性能混凝土的研究應(yīng)用與發(fā)展[J].荊門職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2003，18（6）：93-95