超高延性混凝土未来的发展

高性能混凝土的发展现状及趋势

　　【摘 要】高性能混凝土由于其优良的性能已成功地推广应用到三峡工程、青藏铁路、南水北调、首都机场新航站楼等多个重点国家工程中，受到了人们的特别关注。本文阐述了高性能混凝土的概念和配制特点，介绍了高性能混凝土的优越性能，并分析了目前高性能混凝土的发展应用现状及存在的问题，预测了高性能混凝土的发展趋势。
　　【关键词】高性能混凝土；耐久性；水灰比
　　引言
　　混凝土是当今世界上用量最大的建筑材料，广泛地应用于建工、铁路、公路、水利、港口等行业的重要工程和基础设施，它给人类带来了巨大的物质文明，为人类社会的发展立下了汗马功劳。但随着社会的发展，建筑工程的结构越来越复杂，所承受的荷载越来越大，工程所处的环境越来越严酷，传统的普通混凝土由于耐久性不足、维修费用高、使用寿命短等原因已越来越不能满足要求，而且传统混凝土的生产和使用都要大量的消耗资源和能源，环境污染也很严重，因此，研究和应用高性能混凝土势在必行。
　　1.高性能混凝土的概念及配制特点
　　1.1高性能混凝土的概念
　　“高性能混凝土”一词最初是由美国国家标准与技术研究所（NIST）与美国混凝土协会（ACI）于1990年在美国马里兰州召开的混凝土讨论会上提出。我国著名水泥混凝土专家、中国工程院院士吴中伟教授提出：高性能混凝土是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。它以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对下列性能重点予以保证：耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性[1] 。
　　1.2高性能混凝土的配制特点
　　由于高性能混凝土在耐久性、工作型、体积稳定性等诸多方面的要求都要优于普通混凝土[2]，因此在高性能混凝土的配制方法上也与普通混凝土有着较为明显的区别，其突出的特点主要有以下几点：
　　1）大量活性矿物掺料的掺入。常掺入的活性矿物细粉有粉煤灰，硅灰和磨细的矿渣。这些超细矿物掺料，其平均粒径小于水泥粒子的平均粒径，能填充于水泥粒子之间的空隙中，使水泥石结构更为致密，并阻断可能形成的渗透路。
　　2）低水灰比（水胶比）在混凝土能充分密实条件下，水灰比低，混凝土单位用水量少了，混凝土在凝结硬化时由于水分蒸发和泌水形成的孔隙少，渗水通道也少，混凝土的密实度提高，强度和抗渗性都能大大提高，从而可使混凝土有良好的耐久性。
　　3）高效外加剂的加入 外加剂的主要功能是改善新拌混凝土和硬化混凝土的性能。用于高性能混凝土的外加剂有减水剂、缓凝剂、引气剂等，其中高效减水剂使得混凝土的水灰比能降得很低却仍可有很好的工作性[3]。在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减小水灰比，使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后，会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中，包裹着许多拌和水，从而降低了新拌混凝土的工作性。
　　2.高性能混凝土的发展应用现状
　　关于高性能混凝土的研究早在上世纪90年代就开始了，其中美国、日本等国家在高性能混凝土配制方法、耐久性能检验方法和提高混凝土耐久性技术途径方面进行了大量的研究，并在桥梁、码头等易腐蚀结构中成功地应用了外掺活性掺合料的高性能混凝土。我国高性能混凝土的研究发展也较快。清华大学于1992年开始进行有关高性能混凝土的研究，并得到各部门的重视与支持，1994年～1997年由国家自然科学基金委员会、国家建设部、国家铁道部及国家建材局联合资助一项国家自然科学基金重点项目“高强与高性能混凝土材料的结构与力学性态研究”，项目由清华大学主持，有铁道科学研究院、中国建材科学研究院、原重庆建筑大学、东南大学共同承担，成果卓著。在“九五”期间，国家计委、国家科技部安排了重点科技攻关项目“重点工程混凝土安全性的研究”，一大批专家对该项目进行了跨行业、跨部门的联合攻关，重点对混凝土耐久性及高性能混凝土进行了系统研究，取得了大量成果。近年来，我国许多重大工程中都不同程度应用了高性能混凝土。2000～2003年期间，由中国工程院土木建筑学部国家建设部科技司组织，清华大学陈肇元教授主持下，国内有关专家讨论制定了“混凝土结构耐久性设计与施工指南”拟将对高性能混凝土应用与发展起到不小的推动作用。1995年～1997年，中国最高、世界第三高的上海金茂大厦（总高420.5m），采用了C40、C50、C60高性能混凝土，采用泵送施工，并创下一次泵送到382.5m高度的世界纪录。目前，高性能混凝土技术已推广应用到三峡工程、青藏铁路、南水北调、田湾核电站、首都机场新航站楼、煤矿建井等多个重点国家工程中，并取得了显著成绩。例如位于上海深水港的东海大桥南起浙江崎岖列岛小洋山岛的深水港区，北至上海南汇芦潮港的海港新城，跨越杭州湾北部海域，全长31公里，是我国较为罕见的大型海洋工程，它连接港区和大陆的集装箱物流输送动脉，对上海深水港的正常运转起到不可或缺的支撑保障作用，为保证东海大桥混凝土结构的耐久性，工程采取了以高性能混凝土技术为核心的综合耐久性技术方案。工程采用采用高性能海工混凝土，由于高性能海工混凝土较高的抗氯离子渗透性为特征，其优异的耐久性和性能价格比已受到国际上研究和工程界的认同。其技术途径是以优质混凝土矿物掺和料和新型高效减水剂复合，配以与之相适应的水泥和级配良好的粗细骨料，形成低水胶比，低缺陷，高密实、高耐久的混凝土材料。
　　3.高性能混凝土应用存在的问题及发展趋势
　　3.1 存在的问题

　　1）坍落度损失大 高性能混凝土的坍落度在掺加超塑化剂后的流动度可大大提高，可以由初始坍落度5 cm 增加到20 cm ，但这种大坍落度只能保持十几分钟，此后坍落度逐渐减少，至1 h 左右便可能减少到初始坍落度，这种超塑化剂只能在工地添加拌制成流动混凝土，否则会因坍落度减少给工程施工带来困难并影响工程质量。 　　2）早期收缩大 由于当前的高性能混凝土具有水胶比低、胶凝材料用量大、粗骨料用量较少、粉体含量多、且掺加了各种类型外加剂等原因，高性能混凝土的凝结硬化过程有所不同，使得其早期收缩比较大，且抗裂性差。在水灰比（水胶比）降低、泌水减少的同时，混凝土表面向外蒸发的水分得不到补充，塑性收缩开裂的现象随之加剧，因此及早开始覆盖和湿养护非常必要。
　　3）评价方法不足 高性能混凝土以耐久性为主进行配合比设计，为了保证其向高工作性、高体积稳定性、高强和高耐久性的方向均衡发展由此产生了许多先进技术，如掺加合成纤维技术、复合掺合料技术、减缩外加剂技术等.但是关于高性能混凝土的耐久性测试和评价技术还不能满足要求，同时缺乏配套的设计、试验、施工和应用标准规范，致使高性能混凝土的推广应用受到了一定限制。
　　3.2 高性能混凝土的发展趋势
　　高性能混凝土由于具有高工作性能、高体积稳定性、高强、高耐久性和安全性等优良性能，发展前景十分广阔，是未来混凝土产业发展的方向和必然趋势[5]。目前高性能混凝土技术已推广应用到三峡工程、青藏铁路、南水北调、田湾核电站、首都机场新航站楼、煤矿建井等多个国家重点工程中，并取得了显著成绩。综合高性能混凝土发展的现状及存在的问题，笔者认为高性能混凝土将向以下几个方面发展：
　　1）提高混凝土拌合物的早期抗裂性能、降低混凝土的早期收缩。
　　2）进一步完善高性能混凝土耐久性的评价技术和方法。
　　3）复合矿物掺合料的量将加大
　　参考文献：
　　[1]吴中伟， 廉慧珍. 高性能混凝土. 北京：中国铁道出版社，1999.
　　[2]冷发光，田冠飞，张仁瑜，丁威 . 绿色高性能混凝土现状和发展趋势. 第三届国际智能、绿色建筑与建筑节能大会智能与绿色建筑文集 ，2007.
　　[3]刘玉仙 张新华. 高性能混凝土应用发展及配制技术[J]. 港工技术与管理， 2004（6）.
　　[4]杨善勤. 浅谈高性能混凝土耐久性的特点以及应用[J]. 现代商贸工业，2007（7）.
　　[5]陈远春. 建筑工程施工工艺与新技术、新标准实用手册[M]北京：电子工业出版社，2000.[6] 冷发光， 邢锋. 绿色建材和绿色高性能混凝土的开发. 建筑技术开发，