肖志強(qiáng) 齊幸寶

摘要：建筑工程結(jié)構(gòu)中混凝土可謂是最主要的材料，對(duì)混凝土的性能研究可以直接關(guān)系到建筑工程的質(zhì)量和壽命。本文介紹了新型高性能混凝土的概念及其應(yīng)用中所遇到的問題及改善措施，并對(duì)這種材料的應(yīng)用前景予以展望。

關(guān)鍵詞：建筑 土木工程 高性能混凝土

近些年來，我國改革開放和現(xiàn)代化建設(shè)的步程日漸加快，建設(shè)規(guī)模也日益增大，工程質(zhì)量與工程結(jié)構(gòu)的耐久性越來越受到人們的廣泛關(guān)注。在眾多的土木工程建設(shè)中，混凝土是最主要的建筑結(jié)構(gòu)工程材料，使用范圍之廣，應(yīng)用之多也體現(xiàn)出了其不可替代性。當(dāng)前，高性能混凝土得到了較為快速的發(fā)展并且逐漸運(yùn)用到各種工程項(xiàng)目。

一、高性能混凝土產(chǎn)生的背景

我國目前正處在高速發(fā)展時(shí)期，每年的混凝土用量逾30億立方米，一批重點(diǎn)工程正在興建和籌劃，跨海跨江的大型橋梁、飛速建設(shè)的高速鐵路、大型飛機(jī)場等都要求混凝土有良好的耐久性能，確保重點(diǎn)工程混凝土的安全性和長壽命。混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是國際工程界關(guān)心的重大課題，全世界因?yàn)榛炷恋哪途眯栽斐傻慕?jīng)濟(jì)和社會(huì)損失十分巨大。

當(dāng)代大跨、高層、海洋、軍事工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展對(duì)混凝土提出的更高的要求；處在惡劣環(huán)境下既有建筑不斷劣化、退化導(dǎo)致過早失效、退役甚至出現(xiàn)惡性事故造成巨大損失的嚴(yán)重后果；原材料生產(chǎn)、開采造成的生態(tài)環(huán)境惡化以及砂石料枯竭、資源短缺嚴(yán)重影響進(jìn)一步發(fā)展的嚴(yán)酷現(xiàn)實(shí)。這就要求混凝土不斷提高以耐久性為重點(diǎn)的各項(xiàng)性能，多使用天然材料及工業(yè)廢渣保護(hù)環(huán)境，走可持續(xù)發(fā)展的道路，高性能混凝土就是在這種背景下出現(xiàn)并逐步完善與發(fā)展的。

二、高性能混凝土的概念

高性能混凝土是近20余年發(fā)展起來的一種新型混凝土。高性能混凝土應(yīng)該有高耐久性、工作性、各種力學(xué)性能、體積穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)合理性 。歐洲混凝土學(xué)會(huì)和國際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)將HPC定義為水膠比低于0.40的混凝土；在日本，將高流態(tài)的自密實(shí)混凝土稱為HPC；中國土木工程學(xué)會(huì)高強(qiáng)與高性能混凝土委員會(huì)將HPC定義為以耐久性和可持續(xù)發(fā)展為基本要求并適合工業(yè)化生產(chǎn)與施工的混凝土。簡單地說，高性能混凝土就是能更好地滿足結(jié)構(gòu)功能要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限，降低工程造價(jià)。

三、高性能混凝土發(fā)展和應(yīng)用中所面臨的問題

在高性能混凝土的應(yīng)用過程中也存在一些問題，在高性能混凝土的原材料方面，我國水泥質(zhì)量不穩(wěn)定，離散性大；在骨料方面，粗骨料質(zhì)量低劣，含泥量大，級(jí)配較差，細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)不合要求；在外加劑和外摻料的選擇上，尚缺乏充分的適用性的研究。在高性能混凝土的施工過程中，施工人員的技術(shù)水平有限，養(yǎng)護(hù)措施不到位，使HPC的密實(shí)性和質(zhì)量不穩(wěn)定；在高性能混凝土的耐久性方面，由于高性能混凝土微管中水分的蒸發(fā)與凝聚而產(chǎn)生的收縮，使混凝土表面產(chǎn)生裂縫，這對(duì)HPC的抗碳化、抗凍融循環(huán)作用以及抗氯離子擴(kuò)散等都是不利的，高性能混凝土的水泥用量高，水灰比低，硬化后長期處于水中時(shí)，水分通過微管擴(kuò)散到內(nèi)部，未水化的水泥粒子進(jìn)一步水化，產(chǎn)生微膨脹也會(huì)使混凝土表面產(chǎn)生裂縫，為各種有害介質(zhì)滲透提供通道，給氯離子侵入、堿骨料反應(yīng)的發(fā)生和鋼筋銹蝕創(chuàng)造可能；在高性能混凝土的設(shè)計(jì)方面，由于高性能混凝土的后期強(qiáng)度增長不及普通混凝土，而且脆性大，需要特別注意。同時(shí)，在高性能混凝土的研究方面，現(xiàn)在的研究以實(shí)驗(yàn)室研究為主，但是實(shí)驗(yàn)室的情況與實(shí)際工況相差較大，這不利于今后高性能混凝土的推廣應(yīng)用。

四、高性能混凝土應(yīng)用改善對(duì)策分析

1.混凝土的自收縮改善措施

近年來，國外許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)混凝土、高性能混凝土存在早期收縮開裂的問題。其原因是由于在低水灰比或水膠比并摻入較多的具有相當(dāng)活性的礦物細(xì)摻合料的混凝土中會(huì)產(chǎn)生自干燥從而引起混凝土的自收縮，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到損傷而產(chǎn)生微裂縫。自收縮對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展造成的損傷是一個(gè)值得重視的問題。

由于硬化后高強(qiáng)或高性能混凝土的致密性高于普通混凝土，在減少了泌水的同時(shí)，也阻礙了外部養(yǎng)護(hù)水對(duì)混凝土的濕養(yǎng)護(hù)作用。因此，以適用于普通混凝土的傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)措施來改善此類混凝土的自干燥、自收縮并無明顯的效果。國內(nèi)外學(xué)者曾提出一些技術(shù)措施如：摻入一定量的膨脹劑；以部分粉煤灰等量取代水泥；配以高彈性模量的纖維：選用高C2S和低C3A、C4AF的硅酸鹽水泥等等，對(duì)降低混凝土的自收縮都有一定的作用效果。最近，國外學(xué)者提出了采用圍水養(yǎng)護(hù)即在混凝土澆注后仍處于塑性狀態(tài)時(shí)，盡快地立即進(jìn)行水霧養(yǎng)護(hù)，對(duì)減少或防止混凝土的自收縮具有較明顯的作用效果。

混凝土的自收縮一般發(fā)生在混凝土初凝之后。由于硬化后高強(qiáng)或高性能混凝土的致密性高于普通混凝土，在減少了泌水的同時(shí)，也阻礙了外部養(yǎng)護(hù)水對(duì)混凝土的濕養(yǎng)護(hù)作用。因此，以適用于普通混凝土的傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)措施來改善此類混凝土的自干燥、自收縮并無明顯的效果。國內(nèi)外學(xué)者曾提出一些技術(shù)措施如：摻入一定量的膨脹劑；以部分粉煤灰等量取代水泥；配以高彈性模量的纖維：選用高C2S和低C3A、C4AF的硅酸鹽水泥等等，對(duì)降低混凝土的自收縮都有一定的效果。最近，國外學(xué)者提出了采用圍水養(yǎng)護(hù)即在混凝土澆注后仍處于塑性狀態(tài)時(shí)，盡快地立即進(jìn)行水霧養(yǎng)護(hù)，對(duì)減少或防止混凝土的自收縮具有較明顯的效果。

2.高性能混凝土脆性改善措施

混凝土的脆性可以描述為混凝土無法防止的不穩(wěn)定裂縫的擴(kuò)展與增長。從混凝土承受軸向壓荷載作用下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，峰值后下降曲線段的陡斜程度可以反映出混凝土的脆性大小。眾多的試驗(yàn)已表明，混凝土的強(qiáng)度愈高，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線過峰值后的下降段曲線愈陡斜，意思就是該混凝土的脆性愈大。因此，高強(qiáng)混凝土的脆性已引起廣泛的重視，而高強(qiáng)的高性能混凝土也同樣呈較大的脆性。在高強(qiáng)度混凝土中的脆性破壞，其裂縫往往貫穿粗集料。由于高性能混凝土能提高集料與硬性水泥漿體的粘結(jié)，即改善了界面過渡區(qū)，也使脆性有所增大。中等強(qiáng)度的高性能混凝土，雖然脆性比高強(qiáng)混凝土有所降低，但是其脆性仍然是個(gè)問題。

混凝土脆性的增大會(huì)給工程結(jié)構(gòu)特別是有抗震要求的工程結(jié)構(gòu)帶來很大的危害。在高性能混凝土中摻加纖維是一種有效的措施。免振自密實(shí)混凝土是近十多年來由日本首先研究開發(fā)并付諸工程應(yīng)用的一項(xiàng)近代混凝土技術(shù)。由于免振自密實(shí)混凝土在工程上應(yīng)用可以取得提高混凝土質(zhì)量、改善混凝土施工操作、養(yǎng)活施工噪音以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、加快施工進(jìn)度降低工程費(fèi)用等技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，近年來世界各國對(duì)此給予很大的重視與關(guān)注。

五、高性能混凝土的未來

隨著高性能混凝土的開發(fā)和應(yīng)用，建筑對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響正引起社會(huì)的關(guān)注。建筑物在建造和運(yùn)行的過程中需消耗大量的自然資源和能源，并對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響。高性能混凝土的未來會(huì)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，逐漸形成用途多元化的發(fā)展方向。其中綠色混凝土、生態(tài)混凝土、導(dǎo)電混凝土、功能混凝土、智能混凝土等就是未來混凝土的主要發(fā)展方向。大力開展綠色高性能混凝土的研究和應(yīng)用高性能混凝土具有普通混凝土無法比擬的優(yōu)良性能，對(duì)混凝土的發(fā)展將起重要作用，并為HPC的發(fā)展指明了非常明確的方向。

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