高性能混凝土的研究与发展现状1Word下载.docx

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重点有七大部分：

一、绪论，介绍了文章的选题背景，总结了相关国内外文献综述；

二、主要介绍高性能混凝土的性能研究和应用分析；

三、介绍高性能混凝土的质量与施工控制；

四、结合具体的工程分析了高性能混凝土在实际应用过程中应该注意的各种问题；

五，绿色混凝土的发展；

六、展望了高性能混凝土的发展前景；

七、总结。

本文的总体思路是“介绍原理——提出问题——分析问题——解决问题”，本文着重笔墨将重点放在“分析问题”和“解决问题”上。

思路为“分析现状——提出问题——解决问题”，对高性能混凝土在具体工程中的应用做了了分析，提出了其应用应该注意的事项和技术措施。

中文摘要

摘要：

随着我国改革开放和现代化进程的加快，我国的建设规模正日益增大，如何在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，日益受到各级政府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工程项目中，那就是高性能混凝土。

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。

本文主要介绍了高性能混凝土的研究、应用概况及目前国内外的研究现状，阐明了高性能混凝土的特性，列举了高性能混凝土在国内外研究应用中的重要成果，并结合具体的工程对高性能混凝土的应用给出了具体的技术措施、注意事项和要点，最后对其发展趋势作出展望。

随着我国建筑向高层化、大型化、现代化的发展，高性能混凝土必将成为新世纪的重要建筑工程材料。

关键词：

高性能混凝土；

耐久性；

体积稳定性

1绪论

1.1选题背景

当代大跨、高层、海洋、军事工程结构的发展对混凝土提出的更高的要求;

处在恶劣环境下既有建筑不断劣化、退化导致过早失效、退役甚至出现恶性事故造成巨大损失的严重后果;

原材料生产、开采造成的生态环境恶化以及砂石料枯竭、资源短缺严重影响进一步发展的严酷现实。

这就要求混凝土不断提高以耐久性为重点的各项性能,多使用天然材料及工业废渣保护环境,走可持续发展的道路,高性能混凝土就是在这种背景下出现并逐步完善与发展的。

混凝土作为用量最大的人造材料，不能不考虑它的使用对生态环境的影响。

传统混凝土的原材料都来自天然资源。

每用1t水泥，大概需要0.6t以上的洁净水，2t砂、3t以上的石子；

每生产1t硅酸盐水泥约需1.5t石灰石和大量燃煤与电能，并排放1tCO2，而大气中CO2浓度增加是造成地球温室效应的原因之一。

尽管与钢材、铝材、塑料等其它建筑材料相比，生产混凝土所消耗的能源和造成的污染相对较小或小得多，混凝土本身也是一种洁净材料，但由于它的用量庞大，过度开采矿石和砂、石骨料已在不少地方造成资源破坏并严重影响环境和天然景观。

有些大城市现已难以获得质量合格的砂石。

另一方面，由于混凝土过早劣化，如何处置费旧工程拆除后的混凝土垃圾也给环境带来威胁。

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。

1.2选题的目的与意义

1.3国内外研究现状

1.3.1国内研究现状

1.3.2国外研究现状

1.4研究方案

重点有六大部分：

2高性能混凝土的性能研究和应用分析

2.1高性能混凝土的概念

高性能混凝土是近20余年发展起来的一种新型混凝土。

不同国家、不同学者按照各自的认识、实践、应用范围和目的要求，对高性能混凝土给出了不同的定义和解释。

（1）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5月在马里兰州Gaithersburg城召开的讨论会上指出：

高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土，必须采用严格的施工工艺，采用优质材料配制的，便于浇捣，不离析，力学性能稳定，早期强度高，具有韧性和体积稳定性等性能的耐久的混凝土，特别适用于高层建筑、桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑结构。

（2）美国的P.K.Mehta认为：

高性能混凝土不仅要求高强度，还应具有高耐久性，且耐久性应当放在高性能混凝土的首位，同时具有高体积稳定性（高弹性模量、低干缩率、低徐变和低的温度应变）、高抗渗性及高工作性。

（3）法国的Malier认为：

高性能混凝土的特点在于有良好的工作性、高的强度和早期强度、工程经济性高和高耐久性，特别适用于桥梁、港工、核反应堆以及高速公路等重要的混凝土建筑结构中。

（4）日本的小泽一雅和冈村甫认为：

高性能混凝土应具有高工作性（高的流动性、粘聚性与可浇注性）、低温升、低干缩率、高抗渗性和足够的强度。

他们强调高性能混凝土首先应具备高工作性，甚至要达到免振捣，即自流平的状态。

（5）我国的吴中伟院士给出高性能混凝土的如下定义：

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，选用优质材料，在严格质量管理条件下制成的；

除了水泥、水、骨料外，必须掺加足够数量的掺合料和高效外加剂，且水胶比较低；

针对不同用途要求，高性能混凝土对下列性能有重点地予以保证：

耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性及经济性，但应以耐久性作为设计的主要指标。

（6）黄大能教授认为：

高性能混凝土应具有适当的高强性能，但必须有良好的耐久性，能抵抗各种化学侵蚀作用，体积稳定性好。

综合以上观点，我们可以看出，大家公认高性能混凝土应具有高耐久性。

高性能混凝土不仅是对传统混凝土的重大突破，而且在节能、节料、工程经济、劳动保护以及环境保护等方面都具有重要意义，是一种环保型、集约型的新型材料。

2.2高性能混凝土的性能

与普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下独特的性能：

（1）耐久性。

高效减水剂和矿物质超细粉的配合使用，能够有效的减少用水量，减少混凝土内部的空隙，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。

（2）工作性。

坍落度是评价混凝土工作性的主要指标，HPC的坍落度控制功能好，在振捣的过程中，高性能混凝土粘性大，粗骨料的下沉速度慢，在相同振动时间内，下沉距离短，稳定性和均匀性好。

同时，由于高性能混凝土的水灰比低，自由水少，且掺入超细粉，基本上无泌水，其水泥浆的粘性大，很少产生离析的现象。

（3）力学性能。

由于混凝土是一种非均质材料，强度受诸多因素的影响，水灰比是影响混凝土强度的主要因素，对于普通混凝土，随着水灰比的降低，混凝土的抗压强度增大，高性能混凝土中的高效减水剂对水泥的分散能力强、减水率高，可大幅度降低混凝土单方用水量。

在高性能混凝土中掺入矿物超细粉可以填充水泥颗粒之间的空隙，改善界面结构，提高混凝土的密实度，提高强度。

（4）体积稳定性。

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。

（5）经济性。

高性能混凝土较高的强度、良好的耐久性和工艺性都能使其具有良好的经济性。

高性能混凝土良好的耐久性可以减少结构的维修费用，延长结构的使用寿命，收到良好的经济效益；

高性能混凝土的高强度可以减少构件尺寸，减小自重，增加使用空间；

HPC良好的工作性可以减少工人工作强度，加快施工速度，减少成本。

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。

2.3当前高性能混凝土应用中存在的问题

在高性能混凝土的应用过程中也存在一些问题，在高性能混凝土的原材料方面，我国水泥质量不稳定，离散性大；

在骨料方面，粗骨料质量低劣，含泥量大，级配较差，细骨料细度模数不合要求；

在外加剂和外掺料的选择上，尚缺乏充分的适用性的研究。

在高性能混凝土的施工过程中，施工人员的技术水平有限，养护措施不到位，使HPC的密实性和质量不稳定；

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发与凝聚而产生的收缩，使混凝土表面产生裂缝，这对HPC的抗碳化、抗冻融循环作用以及抗氯离子扩散等都是不利的，高性能混凝土的水泥用量高，水灰比低，硬化后长期处于水中时，水分通过微管扩散到内部，未水化的水泥粒子进一步水化，产生微膨胀也会使混凝土表面产生裂缝，为各种有害介质渗透提供通道，给氯离子侵入、碱骨料反应的发生和钢筋锈蚀创造可能；

在高性能混凝土的设计方面，由于高性能混凝土的后期强度增长不及普通混凝土，而且脆性大，需要特别注意。

同时，在高性能混凝土的研究方面，现在的研究以实验室研究为主，但是实验室的情况与实际工况相差较大，这不利于今后高性能混凝土的推广应用。

3高性能混凝土质量与施工控制

3.1高性能混凝土原材料及其选用

（1）细集料。

细集料宜选用质地坚硬、洁净、

级配良好的天然中、粗河砂，其质量要求应符合GB/T14684《建筑用砂》的规定。

砂的粗细程度对混凝土强度有明显的影响，一般情况下，砂子越粗，混凝土的强度越高。

配制C50～C80的混凝土用砂宜选用细度模数大于2.3的中砂，对于C80～C100的混凝土用砂宜选用细度模数大于2.6的中砂或粗砂。

（2）粗集料。

高性能混凝土必须选用强度高、吸水率低、级配良好的粗集料。

宜选择表面粗糙、外形有棱角、针片状含量低的硬质石灰岩、花岗岩、玄武岩碎石，级配符合规范要求。

由于高性能混凝土要求强度较高，就必须使粗集料具有足够高的强度，一般粗集料强度应为混凝土强度的115～210倍或控制压碎指标值＜10%。

最大粒径不应大于25mm，以10～20mm为佳，这是因为，较小粒径的粗集料，其内部产生缺陷的几率减小，与砂浆的粘结面积增大，且界面受力较均匀。

另外，粗集料还应注意集料的粒型、级配和岩石种类，一般采取连续级配，其中尤以级配良好、表面粗糙的石灰岩碎石为最好。

粗集料的线膨胀系数要尽可能小，这样能大大减小温度应力，从而提高混凝土的体积稳定性。

（3）细掺合料。

配制高性能混凝土时，掺入活性细掺合料可以使水泥浆的流动性大为改善，空隙得到充分填充，使硬化后的水泥石强度有所提高。

更重要的是，加入活性细掺合料改善了混凝土中水泥石与骨料的界面结构，使混凝土的强度、抗渗性与耐久性均得到提高。

活性细掺合料是高性能混凝土必用的组成材料。

在高性能混凝土中常用的活性细掺合料有硅粉（SF）、磨细矿渣粉（BFS）、粉煤灰（FA）、天然沸石粉（NZ）等。

粉煤灰是火电厂燃煤锅炉排出的烟道灰，它能有效提高混凝土的抗渗性，显著改善混凝土拌和物的工作性，大掺量粉煤灰混凝土还对环境保护和节约资源有重要意义。

配制高性能混凝土的粉煤灰宜用含碳量低、细度低、需水量低的优质粉煤灰。

矿渣是高炉炼铁排出的熔融矿渣在高温状态下迅速水淬冷却而成的，用于高性能混凝土的磨细矿渣细度大于水泥，能提高混凝土的工作性和耐久性。

硅粉是电炉法生产硅铁合金所排放的烟道灰，SiO2含量大于90%，平均粒径极小，比表面积＞20000m2/kg，借助大剂量高效减水剂和强力搅拌作用，可以填充到水泥或其他掺合料的间隙中去，并且具有很高的活性，在各种掺合料中对混凝土的增强作用最为显著，是国际上制备超高强混凝土最通用的超细活性掺合料。

（4）减水剂及缓凝剂。

由于高性能混凝土具有较高的强度，且一般混凝土拌和物的坍落度较大（15～20cm左右），在低水胶比（一般＜0.35）一般的情况下，要使混凝土具有较大的坍落度，就必须使用高效减水剂，且其减水率宜在20﹪以上。

有时为减少混凝土坍落度的损失，在减水剂内还宜掺有缓凝的成份。

此外，由于高性能混凝土水胶比低，水泥颗粒间距小，能进人溶液的离子数量也少，因此减水剂对水泥的适应性表现更为敏感。

因大部分高性能混凝土施工时采用泵送，故掺减水剂后混凝土拌和物的坍落度损失不能太快太大，否则影响泵送。

3.2配合比设计控制要点

（1）设计思路有很大区别

在以往的配合比设计方法中，是按混凝土的强度等级要求计算水灰比，而现在则是按耐久性的要求，首先根据环境作用等级确定电通量指标，由此来选择水胶比、控制胶凝材料最小用量以及掺和料的比例。

为实现混凝土的高性能，混凝土的配合比设计应遵循下述原则：

①低水胶比对高性能混凝土很重要，依靠高效减水剂和优质矿物细粉掺合料实现混凝土的低水胶比。

②不能过分的提高胶凝材料的用量。

胶凝材料过多，不仅成本高，混凝土的体积稳定性也差，同时，对获得高的强度意义不大。

应该通过合理调整粗细骨料用量及砂率控制空隙率，实现较低水胶比下的的良好和易性。

③在混凝土中应该掺加一定量的引气剂，使混凝土的含气量在3%～4%。

④尽可能使用聚羧酸高性能减水剂，以提高工作性，减少收缩。

（2）胶凝材料用量及粉煤灰所占比例

在进行配合比参数设计时，为保证混凝土的耐久性，混凝土中胶凝材料总量应处在一个适宜范围内，不仅有最低限要求，同时，对于C40以下混凝土，胶凝材料总量不宜高于400kg/m3，C40～C50不宜高于450kg/m3。

使用粉煤灰等矿物掺和料，并不是单纯地考虑降低混凝土成本，首先是为了混凝土耐久性的需要，特别是可以有效改善混凝土抵抗化学侵蚀的能力（包括氯化物侵蚀、硫酸盐侵蚀、碱骨料反应等）。

国内外的大量研究表明，粉煤灰的掺量在20%以上时，改善混凝土耐久性的效果较佳。

在《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50－2011）中明确规定，一般情况下，矿物掺和料掺量不宜小于胶凝材料总量的20%，当大于30%时，混凝土的水胶比不得大于0.45。

3.3高性能混凝土配制技术要点

（1）选用优质的水泥和砂石料。

（2）掺加优质化学外加剂、引气剂、聚羧酸减水剂。

（3）掺加矿物掺合料粉煤灰、矿渣粉。

（4）低水胶比（一般小于0.40）。

（5）限制胶凝材料总量和水泥用量其中：

采用高效减水剂主要是为了减少混凝土用水量，降低水泥石孔隙率，改善孔结构，从而改善混凝土施工工作性能，提高混凝土的密实性和强度，改善混凝土的耐久性能。

目前使用的高效减水剂主要是聚羧酸系减水剂，

优点有以下6点：

（1）掺量少（1.0%以下），减水率高（25%～45%）。

（2）混凝土工作性好，坍落度损失小。

（3）混凝土收缩小。

（4）碱含量很少。

早强、缓凝、引气性可根据需要复配调节，起到多功能的功效。

（5）无污染的环保产品。

（6）采用矿物掺合料（粉煤灰、矿粉等）主要是可以提高水泥石界面强度，降低混凝土的碱性，改善混凝土的和易性（滚珠效应），减小水泥石孔隙率（颗粒互相填充），降低混凝土内部温度，提高耐久性。

3.4高性能混凝土的施工控制

（1）搅拌。

混凝土原材料应严格按照施工配合比要求进行准确称量，称量最大允许偏差应符合下列规定（按重量计）：

胶凝材料（水泥、掺合料等）±

1%；

外加剂±

骨料±

2%；

拌和用水±

1%。

应采用卧轴式、行星式或逆流式强制搅拌机搅拌混凝土，采用电子计量系统计量原材料。

搅拌时间不宜少于2min，也不宜超过3min。

炎热季节或寒冷季节搅拌混凝土时，必须采取有效措施控制原材料温度，以保证混凝土的入模温度满足规定。

（2）运输。

应采取有效措施，保证混凝土在运输过程中保持均匀性及各项工作性能指标不发生明显波动。

应对运输设备采取保温隔热措施，防止局部混凝土温度升高（夏季）或受冻（冬季）。

应采取适当措施防止水分进入运输容器或蒸发。

（3）浇注。

①混凝土入模前，应采用专用设备测定混凝土的温度、坍落度、含气量、水胶比及泌水率等工作性能；

只有拌和物性能符合设计或配合比要求的混凝土方可入模浇注。

混凝土的入模温度一般宜控制在5～30℃。

②混凝土浇注时的自由倾落高度不得大于2m。

当大于2m时，应采用滑槽、串筒、漏斗等器具辅助输送混凝土，保证混凝土不出现分层离析现象。

③混凝土的浇注应采用分层连续推移的方式进行，间隙时间不得超过90min，不得随意留置施工缝。

④新浇混凝土与邻接的己硬化混凝土或岩土介质间浇注时的温差不得大于15℃。

（4）振捣。

可采用插入式振动棒、附着式平板振捣器、表面平板振捣器等振捣设备振捣混凝土。

振捣时应避免碰撞模板、钢筋及预埋件。

采用插入式振捣器振捣混凝土时，宜采用垂直点振方式振捣。

每点的振捣时间以表面泛浆或不冒大气泡为准，一般不宜超过30s，避免过振。

若需变换振捣棒在混凝土拌和物中的水平位置，应首先竖向缓慢将振捣棒拔出，然后再将振捣棒移至新的位置，不得将振捣棒放在拌和物内平拖。

（5）养护。

高性能混凝土早期强度增长较快，一般3天达到设计强度的60%，7天达到设计强度的80%，因而混凝土早期养护特别重要。

通常在混凝土浇注完毕后采取以带模养护为主，浇水养护为辅，使混凝土表面保持湿润。

养护时间不少于14天。

（6）质量检验控制。

除施工前严格进行原材料质量检查外，在