高性能混凝土的研究现状和前景展望

高性能混凝土的研究现状和前景展望

高梦芫

摘要：本文介绍了高性能混凝土的定义，提出了对高性能混凝土的新的认识；从掺合料和外加剂两方面介绍了高性能混凝土的研究现状；提出绿色高性能混凝土是未来的高性能混凝土的发展方向。

关键词：高性能混凝土掺合料外加剂绿色高性能混凝土

Abstract：This paper introduces the definition of high performance concrete and puts forward the new understanding of the High Performance Concrete ; Introducing the current research status of high performance concrete from two aspects of material admixtures and agents ; The opinion of Green High Performance Concrete is the development direction of high performance concrete in the future is put forward .

Keywords：High Performance Concrete ; material admixtures ; agents ; Green High Performance Concrete

一概述

伴随着混凝土技术的发展，新的问题也随之出现了。在混凝土材质的劣化和环境侵蚀作用两方面的影响下，混凝土建筑结构过早破坏现象日趋明显，造成了经济上的大量浪费。在这种情况下，1990年5月美国国家标准与技术研究院(NIST)和美国混凝土协会(ACI)首次提出以耐久性为主要设计指标的高性能混凝土，世界各国迅速开始研究和应用，高性能混凝土已成为当前国内外建筑材料界和工程界的研究热点。

1.1 高性能混凝土的定义

不同的国家，不同的学科依据各自的认识、实践、应用范围和目的等要求的差异，对高性能混凝土定义的侧重点也不尽相同。美国和加拿大的学者认为高性能混凝土应该高耐久性，日本的学者更注重混凝土的工作性，而英国和北美则更注重混凝土的强度。

自1992年吴中伟教授首次将高性能混凝土这一概念引进国内以来，各个专家对此也有不同的看法。冯乃谦教授认为：“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。”而吴中伟教授则反对这一看法，他针对当时科研界过度追求高强度的趋向，提出高强度必然高耐久性的看法是不全面的，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。

1.2 对高性能混凝土的新认识

高性能，顾名思义，就是要比常规混凝土的性能要好。混凝土的性能有很多，例如流动性，工作性，强度，自密性，耐久性，体积稳定性等等，如果要使每一种性能都比普通混凝土要好是不太容易实现的，也没那个必要，因为不同环境下的工程对混凝土的要求不一样，一味的追求所有方面的高性能化只会造成浪费。比如，对于低层或高层建筑的上层结构，以及海工，水工中的结构物所使用的大体积混凝土，对耐久性的要求要比对强度的要求要高，因此，在这种环境中制作和使用高性能混凝土应主要考虑如何使它更耐久，而不是更高强。根据对上述的理解，我认为高性能混凝土应该是以耐久性作为基本指标，根据不同的工程和不同的性能指标要求发展相应的混凝土。如高流态自密实性高性能混凝土，泵送高性能混凝土，大掺量高性能混凝土，纤维增强高性能混凝土，水下不分散高性能混凝土，轻骨料高性能混凝土等。

二高性能混凝土的研究现状

随着混凝土应用技术的进步，高性能混凝土应运而生，鉴于其优良的性能，其在实际工程中尤其在严酷环境中的应用越来越多，如跨海桥梁、海上采油平台、矿井工程、海港码头、核反应堆、电站大坝等工程。

为了获得较高的耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性等性能，相关的研究人员做了大量的试验，除了降低水胶比，选用优质的原材料外，必须掺加足够的矿物掺合料和高性能外加剂。目前在掺合料方面主要是通过掺加粉煤灰，硅灰，磨细矿渣三种掺合料来实现混凝土的高性能化。在外加剂方面主要是掺加高效减水剂来提高其性能。

2.1 矿物掺合料对混凝土性能的影响

混凝土的水化热主要是由水泥引起的，用矿物掺合料代替部分水泥，不仅节约了水泥，降低了水化热，还减少了用水量，改善了混凝土拌合物的和易性，增加了混凝土的可泵性；减少了混凝土的徐变；提高了混凝土的抗渗性。

粉煤灰是近几年研究的热点，它能显著地提高混凝土的抗渗性能。这取决于

粉煤灰的三种效应。①形态效应：粉煤灰中含有大量的具有活性的颗粒状玻璃微珠，它能填充到水泥浆体中，提高混凝土的抗渗性。②活性效应：粉煤灰中的二氧化硅，三氧化二铝能与水泥的水化产物起反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，降低了混凝土的孔隙率，改善了孔结构，提高了混凝土的抗渗性。③微集料效应：粉煤灰中的微细颗粒分布于水泥颗粒之间，有利于混合物的水化反应的进行，增加了混凝土的密实度，提高了混凝土的抗渗性。

硅灰是一种非常细的矿物掺合料，它能够与水化产物生成凝胶体，填充水泥颗粒间的孔隙，改善界面结构，提高混凝土的密实度，提高强度。

矿渣在二次反应时能消耗大量的氢氧化钙，使混凝土的碱性降低，稳定性增强，因而大大地提高了混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。同时，由于矿渣水化速度较慢，使得水化热较容易地散去，从而减少温度裂缝，改善了抗硫酸侵蚀性能，这一点对大体积工程尤为重要。

2.2 外加剂对混凝土性能的影响

掺减水剂的混凝土与未掺减水剂基准混凝土相比，具有如下效果：

①在保证混凝土混合物和易性和水泥用量不变的条件下，可减少用水量，降低水灰比，从而提高混凝土的强度和耐久性。

②在保持混凝土强度（水灰比不变）和坍落度不变的条件下，可节约用水量。

③在保持水灰比与水泥用量不变的条件下，可大大提高混凝土混合物的流动性，从而方便施工。

外加剂有很多种，减水剂、泵送剂、保水剂、缓凝剂、早强剂、速凝剂等等。其中减水剂是配制高性能混凝土必不可少的一种外加剂。减水剂根据其化学成分的不同，又分为萘系、密胺系、木质素系、聚羧酸系。萘系减水剂的应用已相当成熟，所遇见的技术难题已基本上从理论和实践方面得到解决，虽然聚羧酸系的减水效果比萘系减水剂好，但是在应用中出现了很多的问题，这些问题有些还没得到解决，这就大大限制了聚羧酸系的大量推广。此外，聚羧酸系要比萘系的成本高，因此，目前使用量最大的仍然是萘系。不过，聚羧酸系的用量也在逐年增长。

在选择外加剂时要考虑与水泥相容性是否好，这是配制高性能混凝土的关键之一。此外，水泥的矿物组成，水泥的细度，水泥的颗粒级配对外加剂的适应性

都有影响。

三高性能混凝土的发展前景

自高性能混凝土这一概念被提出到现在的十几年的时间里，高性能混凝土经历了较快的发展，人们也已经认识到优质工程必须要使用高性能混凝土。并且已经研制出了许多品种的高性能混凝土。在众多类型高性能混凝土中，绿色高性能混凝土受到了越来越多的关注。

在绿色环保日益深入人心的今天，混凝土能否长期作为主要的工程结构材料，关键在于能否成为绿色建筑材料。1997年，中国工程院院士吴中伟首先提出了绿色高性能混凝土（GHPC）这一概念。绿色高性能混凝土以不破坏环境为前提，并充分利用经过加工处理的工业废渣。如磨细矿渣、优质粉煤灰、硅灰等，以节约水泥，达到节省资源、能源，调节生态平衡、美化环境景观、实现人类与自然的协调发展的目的，并能够改善混凝土的耐久性。因此，研究和开发新型生态混凝土具有很大的现实意义。

绿色高性能混凝土是高性能混凝土的发展方向，也是混凝土的未来。

参考文献

[1] 覃维祖. 粉煤灰在混凝土中的应用[J]. 粉煤灰综合利用，2000，（3）：1—7.

[2] 刘连新，张伟勤. 高原环境建筑材料[M]. 北京：中国建材工业出版社，2010:45—55.

[3] 蔡希高. 高性能混凝土外加剂理论问题[J].混凝土，2003（09）：3—12.

[4] 刘崇熙，汪在芹，李珍. 高性能混凝土若干理论问题[J].混凝土，2003（06）：5—6，29.

[5] 冯黎娜. 高性能混凝土发展现状与展望综述[J].河南建材，2011，2:150—151.

[6] 蒋银岚，胡智伟. 高强及高性能混凝土的特征和研究现状[J].山西建筑，2010,36（24）：183—185.

[7] 徐源，周松. 高性能混凝土发展现状和前景[J].科技向导，2010（07）：64.

[8] 林申正，罗恒勇.浅谈高性能混凝土的发展现状与面临的问题[J].科技向导，2011（18）：119.

[9] 贾远东. 原材料对高性能混凝土耐久性的影响[J].廊坊师范学院学报（自然科学版），2011，11（3）：88—90 .

[10] 佟博，邓宗才，赵尚传. 外加剂掺和料对高性能混凝土的影响[J].桥隧工程，2010（06）：148—151.

[11] 马挺，张利萍，李玉花. 混凝土高性能外加剂的试验研究[J].河南建材，2010（01）：61—63.

[12] 王涛.高性能混凝土中聚羧酸外加剂相适应性探讨[J].山西建筑，2009，35（31）：164—165.

[13] 程朝霞，张自新，胡志超，杨健辉. 高性能混凝土外加剂对水泥砂浆力学性能的影响[J].河南理工大学学报（自然科学版），2011,30（06）：719—723. [14] 李洛风，索亚萍，高山. 高性能混凝土外加剂的研制[J].陕西建筑，2012，（200）：37—41.

[15] Liu Junlong，Ma Haiyan，Li Qiang，Chen Shudong，Zhang Yunqing. STUDY ON OPTIMIZATION OF HIGH PERFORMANCE CONCRETE ADMIXTURES[J]. Transactions o f Nanjing University o f Aeronautics & Astronautics，2011，28（02）：206—210.

[16] 崔东霞，费治华，姚海婷. 粉煤灰与化学外加剂对高性能混凝土开裂性能的影响[J].混凝土与水泥制品，2011（04）：6—9.

[17] 何聪，汪鹏飞. 高性能混凝土——高性能混凝土的研究状况[J].

[18] 牛永胜，韦庆东，沈骥，谷少东. 高强高性能混凝土经济效益分析[J].混凝土，2012,（01）：94—95，99.

[19] 乔德福，李春国，李大军. 粉煤灰高性能混凝土的生产与应用[J].吉林交通科技，2006，（01）：29—32.

[20] 张伟军，宋文博，彭春华. 高性能混凝土的应用于混凝土耐久性的发展[J].陕西建筑，2007，（140）：33—35.

[21] 张志建，马超刚，李永荃. 论高性能混凝土组成特点与其“高性能”[J].施工技术，2011，40：114—116.

[22] 李震. 绿色高性能混凝土在土木工程中的发展[J].建筑技术，2011，（21）：149.

[23] 浅谈绿色建筑与绿色高性能混凝土的发展[Z].中国建材资讯，53—54.

[24] 孙萍，高玉峰，曹钧，姚晓青，王宏博.谈高强混凝土与高性能混凝土之异

同[J].陕西建筑，2007，（142）：38—39，16.

[25] 杨帆，门创国. 怎样选择高性能混凝土用料[J].陕西建筑，2005，（121）:39—41.

[26] 谭均源. 探讨高性能混凝土配合比设计[J].建筑技术，2012，（01）：191.