高性能混凝土发展现状和趋势
混凝土是国内外应用最广泛的建筑工程材料，随着我国改革开放和现代化建设的进一步推进，我国基础建设工程正日新月异的壮大，2011年全国铁路安排基本建设投资 7000亿元人民币，铁路建设，尤其是高速铁路的建设，近年来在国内兴起。西部大开发，高铁的快速发展，也带动了工业产品在质量、技术上的 提升。如何保证建筑工程质量的同时也能使工程能长久的安全使用下去，日益受 到各级和社会各界的广泛关注。尤其是近年来，一种较新的混凝土技术正在快速发展并且运用到许多实际施工项目中，那就是高性能混凝土。一般来说，高性能混凝土是高工作性、高耐久性。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。为此，高性能混凝土在配置上的特点是采用低水胶比，选用 优质原材料，且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。 高性能混凝土是20世纪80年代末90年代初，一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计提出的一种全新概念的混凝土，它以耐久性为首要设计指标，这种混凝土可以为基础设施工程提供100 年的设计使用寿命。区别于传统混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被 采用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出其独特的优越性，在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益，因此被各国学者所接受被认为是今后混凝土技术的发展方向和趋势。
随着现代科学技术和生产的发展，各种超长、超高、超大型混凝土构筑物，以及在严酷环境下使用的重大混凝土结构，如高层建筑、跨海大桥、海底隧道、海上采油平台、预制箱梁工程等的建造需要在不断增加。这些混凝土工程施工难度大，使用环境恶劣、维修困难，因此要求混凝土不但施工性能要好，尽量在浇筑时不产生缺陷，更要耐久性好，使
用寿命长。1、高性能混凝土具有一定的强度和高抗渗能力，但不一定具有高强度，中、低强度亦可。 2、高性能混凝土具有良好的工作性，混凝土拌和物应具有较高的流动性，混凝土在成型过程中不分层、不离析，易充满模型；泵送混凝土、自密实混凝土还具有良好的可泵性、自密实性能。3、高性能混凝土的使用寿命长，对于一些特护工程的特殊部位，控制结构设计的不是混凝土的强度，而是耐久性。能够使混凝土结构安全可靠 地工作50～100年以上，是高性能混凝土应用的主要目的。4、高性能混凝土具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。概括起来说，高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。
我国结构工程中混凝土耐久性问题也非常严重。住建部于20世纪90年代组织了对国内混凝土结构的调查，发现大多数工业建筑及露天构筑物在使用25～30年后即需大修，处于不利环境中的建筑物使用寿命仅15～20年，民用建筑及公共建筑使用及维护条件较好，一般可维持50年。相对于房屋建筑来说，处于露天环境下的桥梁耐久性与破坏状况更为严重。据资料显示，到2000年底我国已有各式桥梁278809座，其中危桥9597座，每年实际需要维修费用高达38亿元。港口、码头、闸门等工程因处于海洋环境，氯离子侵蚀引发钢筋锈蚀，导致构件开裂、腐蚀情况最为严重。
因此，未来的混凝土必须从根本上减少水泥用量，必须更多地利用各种工业废渣作为其原材料； 必须充分考虑废弃混凝土的再生利用，未来的混凝土必须是高性能的，尤其是耐久的。 耐久和高强都意味着节约资源。“高性能混凝土”正是在这种背景下产生的。高性能混凝土中掺有高效减水剂和矿物细掺料（磨细矿粉和粉煤灰），高效减水剂能降低混凝土的水灰比、增加塌落度，即赋予混凝土高的密实度和优良的施工性能，矿物掺料能填充胶凝材料的空隙，参与胶凝材料的水化反应，提高混凝土的密实度，改善混凝土的结构，从而提高混凝土的耐久性和强度。为此，高性能混凝土在配置上的特点是低水灰比，选用
优质原材，并除了水泥、水、骨料外，必须掺加矿物掺料和高效外加剂。 高性能混凝土中的活性矿物细掺料是必要地成分之一，它可以降低温升，改善工作性能，增强后期强度，而且还可以改善混凝土的内部结构，提高混凝土的耐久性和抗侵蚀能力，尤其是矿物细掺料对碱—骨料反应能起到抑制作用。
1 粉煤灰。我国将粉煤灰分为Ⅰ、Ⅱ级。粉煤灰在混凝土中的作用可归结为化学和物理作用两个方面，化学作用指的是粉煤灰的火山效应，它可以使对混凝土不利的Ca（OH）2 转化为有利的C-S-H成分，这种潜在的活性效应是随着龄期的增长才会明显的表现出来的。而粉煤灰的物理作用是指粉煤灰的微集料效应与形态效应，它可以改善集料的级配、流动性，又可以增加混凝土的密实性。
2 矿粉。矿粉是高炉炼铁时产生的废渣，废渣磨细到比表面积400m /kg以上，则其活性大大加强，将磨细矿渣粉直接掺入混凝土中做掺合料时，可以大大改善混凝土的工作性能。（1）由于细掺合料的微观填充效应，使胶凝材料具有更好的级配，同时还 能减低标准稠度下的用水量，在保持相同用水量情况下又可以增加流动度，因此改善了混凝土的和易性，填充作用的另一个好处是增加了黏聚性，防止泌水，离析。（2）降低水化热，防止温升裂缝。众所周知，水泥水化时要释放出大量的水化热，因为矿物掺合料的掺入，代替了部分水泥，从而降低了水泥的含量；并且掺合料加入后由于它本身不能直接水化，只有在水泥水化的碱性条件下二次水化，因此它能延缓水化放热。（3）提高长期强度，对长期强度的发展非常有利。（4）提高混凝土的耐久性。矿物掺合料的掺入，通过改善级配，填充作用使混凝土增加了结构密实性。对初期水化反应的缓冲作用也使水化物生长更充分，结构更加紧密，可以减少一些结构缺陷。比如水化早期放热的减少，可以避免混凝土温升裂缝产生。
高效外加剂主要采用的是高效减水剂。高效减水剂就是在混凝土塌落度基本相同的条
件下，能大幅度减少拌合用水量。它的的作用主要有以下几点（1）能减少养护时间，或者预制厂缩短蒸养时间，可以提高拆模加速模板周转，进而加快施工进度。（2）能提高或改善混凝土质量，高效减水剂可以提高混凝土的强度，增加耐久性、密实性，增加抗冻性、抗渗性，改善拌合物的和易性，改善干燥收缩及流变性能，还能提高钢筋的耐蚀性等，只要掺用得当是不会减低混凝土的性能。（3）在采取一定措施的条件下，可适量的节约水泥的用量而不影响混凝土的质量。日本建成的世界最长的悬索桥-明石跨海大桥，它的三跨总长度是 3910m，在两个锚墩使用了40万m水下浇注的高性能混凝土，使用寿命为100年。连接英国和法国的英吉利海底隧道中使用的高性能混凝土，据相关报道其耐久性要求达到 200 年，高性能混凝土首先用于30层以上高层建筑物的钢筋混凝土结构，因为这种建筑物下部三分之一的柱子，在用普通混凝土时断面很大。
除节省材料费用外，与钢结构相比，加快施工速度也是采用混凝土结构的重要特点，自美国芝加哥在1965年以50MPa混凝土浇注Lake Point Tower的一些柱子以来，北美和其他国 家到处都在用高性能混凝土建造高层建筑。芝加哥79层的Water TowerPlace大楼柱子采用了60MPa混凝土；多伦多的Scotia Plaza Building和西雅图的Two union Square Building两座建筑物则分别有90和120MPa 强度的高性能混凝土柱子。应用实例：a 高性能混凝土应用C80高强与高性能混凝土在沈阳方园大厦、大西电业园等多项高层建筑钢筋混凝土柱中应用。b 上海高性能混凝土研究领域中取得一大批可喜的成果，其中具有代表性的成果有：中华第一高楼——88 层金茂大厦的C40一次泵送到382. 5m；明天广场矿渣微粉C80泵送混凝土；在上海教育电视台综合楼大体积基础混凝土，水泥用量只占胶凝材料总量的46%，配制的混凝土浆量饱满，混凝土工作性、粘聚性和抗离析性能都十分优异，强度达到C40的高性能混凝土。
国际领先高性能混凝土的使用在国内起步较晚， 但在最近几年高性能混凝土的研究与应用开始日益增多，比如已经运营的京津城际高铁，石太客专，武广客专，郑西高铁，福
厦高铁，成灌高铁，沪宁高铁，昌九城际高铁，沪杭高铁，宁杭高铁等以及许多在建项目。高性能混凝土的研究与开发应用， 对传统混凝土的技术性能有了重大的突破，对节能、工程质量、工程经济、环境与劳动保护等方面都具有重大的意义。可以预期，高性能混凝土在工程上的应用领域将迅速扩大，并取得更大、更多的技术经济效益。
12级土木（5）班
王新鹏
