超高延性混凝土未來的發展

高性能混凝土的發展現狀及趨勢

　　【摘 要】高性能混凝土由于其優良的性能已成功地推廣應用到三峽工程、青藏鐵路、南水北調、首都機場新航站樓等多個重點國家工程中，受到了人們的特別關注。本文闡述了高性能混凝土的概念和配制特點，介紹了高性能混凝土的優越性能，并分析了目前高性能混凝土的發展應用現狀及存在的問題，預測了高性能混凝土的發展趨勢。
　　【關鍵詞】高性能混凝土；耐久性；水灰比
　　引言
　　混凝土是當今世界上用量最大的建筑材料，廣泛地應用于建工、鐵路、公路、水利、港口等行業的重要工程和基礎設施，它給人類帶來了巨大的物質文明，為人類社會的發展立下了汗馬功勞。但隨著社會的發展，建筑工程的結構越來越復雜，所承受的荷載越來越大，工程所處的環境越來越嚴酷，傳統的普通混凝土由于耐久性不足、維修費用高、使用壽命短等原因已越來越不能滿足要求，而且傳統混凝土的生產和使用都要大量的消耗資源和能源，環境污染也很嚴重，因此，研究和應用高性能混凝土勢在必行。
　　1.高性能混凝土的概念及配制特點
　　1.1高性能混凝土的概念
　　“高性能混凝土”一詞最初是由美國國家標準與技術研究所（NIST）與美國混凝土協會（ACI）于1990年在美國馬里蘭州召開的混凝土討論會上提出。我國著名水泥混凝土專家、中國工程院院士吳中偉教授提出：高性能混凝土是一種新型高技術混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作的混凝土。它以耐久性作為設計的主要指標，針對不同用途要求，對下列性能重點予以保證：耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩定性和經濟性[1] 。
　　1.2高性能混凝土的配制特點
　　由于高性能混凝土在耐久性、工作型、體積穩定性等諸多方面的要求都要優于普通混凝土[2]，因此在高性能混凝土的配制方法上也與普通混凝土有著較為明顯的區別，其突出的特點主要有以下幾點：
　　1）大量活性礦物摻料的摻入。常摻入的活性礦物細粉有粉煤灰，硅灰和磨細的礦渣。這些超細礦物摻料，其平均粒徑小于水泥粒子的平均粒徑，能填充于水泥粒子之間的空隙中，使水泥石結構更為致密，并阻斷可能形成的滲透路。
　　2）低水灰比（水膠比）在混凝土能充分密實條件下，水灰比低，混凝土單位用水量少了，混凝土在凝結硬化時由于水分蒸發和泌水形成的孔隙少，滲水通道也少，混凝土的密實度提高，強度和抗滲性都能大大提高，從而可使混凝土有良好的耐久性。
　　3）高效外加劑的加入 外加劑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劑有減水劑、緩凝劑、引氣劑等，其中高效減水劑使得混凝土的水灰比能降得很低卻仍可有很好的工作性[3]。在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，盡可能降低用水量，減小水灰比，使混凝土的總孔隙，特別是毛細管孔隙率大幅度降低。水泥在加水攪拌后，會產生一種絮凝狀結構。在這些絮凝狀結構中，包裹著許多拌和水，從而降低了新拌混凝土的工作性。
　　2.高性能混凝土的發展應用現狀
　　關于高性能混凝土的研究早在上世紀90年代就開始了，其中美國、日本等國家在高性能混凝土配制方法、耐久性能檢驗方法和提高混凝土耐久性技術途徑方面進行了大量的研究，并在橋梁、碼頭等易腐蝕結構中成功地應用了外摻活性摻合料的高性能混凝土。我國高性能混凝土的研究發展也較快。清華大學于1992年開始進行有關高性能混凝土的研究，并得到各部門的重視與支持，1994年～1997年由國家自然科學基金委員會、國家建設部、國家鐵道部及國家建材局聯合資助一項國家自然科學基金重點項目“高強與高性能混凝土材料的結構與力學性態研究”，項目由清華大學主持，有鐵道科學研究院、中國建材科學研究院、原重慶建筑大學、東南大學共同承擔，成果卓著。在“九五”期間，國家計委、國家科技部安排了重點科技攻關項目“重點工程混凝土安全性的研究”，一大批專家對該項目進行了跨行業、跨部門的聯合攻關，重點對混凝土耐久性及高性能混凝土進行了系統研究，取得了大量成果。近年來，我國許多重大工程中都不同程度應用了高性能混凝土。2000～2003年期間，由中國工程院土木建筑學部國家建設部科技司組織，清華大學陳肇元教授主持下，國內有關專家討論制定了“混凝土結構耐久性設計與施工指南”擬將對高性能混凝土應用與發展起到不小的推動作用。1995年～1997年，中國最高、世界第三高的上海金茂大廈（總高420.5m），采用了C40、C50、C60高性能混凝土，采用泵送施工，并創下一次泵送到382.5m高度的世界紀錄。目前，高性能混凝土技術已推廣應用到三峽工程、青藏鐵路、南水北調、田灣核電站、首都機場新航站樓、煤礦建井等多個重點國家工程中，并取得了顯著成績。例如位于上海深水港的東海大橋南起浙江崎嶇列島小洋山島的深水港區，北至上海南匯蘆潮港的海港新城，跨越杭州灣北部海域，全長31公里，是我國較為罕見的大型海洋工程，它連接港區和大陸的集裝箱物流輸送動脈，對上海深水港的正常運轉起到不可或缺的支撐保障作用，為保證東海大橋混凝土結構的耐久性，工程采取了以高性能混凝土技術為核心的綜合耐久性技術方案。工程采用采用高性能海工混凝土，由于高性能海工混凝土較高的抗氯離子滲透性為特征，其優異的耐久性和性能價格比已受到國際上研究和工程界的認同。其技術途徑是以優質混凝土礦物摻和料和新型高效減水劑復合，配以與之相適應的水泥和級配良好的粗細骨料，形成低水膠比，低缺陷，高密實、高耐久的混凝土材料。
　　3.高性能混凝土應用存在的問題及發展趨勢
　　3.1 存在的問題

　　1）坍落度損失大 高性能混凝土的坍落度在摻加超塑化劑后的流動度可大大提高，可以由初始坍落度5 cm 增加到20 cm ，但這種大坍落度只能保持十幾分鐘，此后坍落度逐漸減少，至1 h 左右便可能減少到初始坍落度，這種超塑化劑只能在工地添加拌制成流動混凝土，否則會因坍落度減少給工程施工帶來困難并影響工程質量。 　　2）早期收縮大 由于當前的高性能混凝土具有水膠比低、膠凝材料用量大、粗骨料用量較少、粉體含量多、且摻加了各種類型外加劑等原因，高性能混凝土的凝結硬化過程有所不同，使得其早期收縮比較大，且抗裂性差。在水灰比（水膠比）降低、泌水減少的同時，混凝土表面向外蒸發的水分得不到補充，塑性收縮開裂的現象隨之加劇，因此及早開始覆蓋和濕養護非常必要。
　　3）評價方法不足 高性能混凝土以耐久性為主進行配合比設計，為了保證其向高工作性、高體積穩定性、高強和高耐久性的方向均衡發展由此產生了許多先進技術，如摻加合成纖維技術、復合摻合料技術、減縮外加劑技術等.但是關于高性能混凝土的耐久性測試和評價技術還不能滿足要求，同時缺乏配套的設計、試驗、施工和應用標準規范，致使高性能混凝土的推廣應用受到了一定限制。
　　3.2 高性能混凝土的發展趨勢
　　高性能混凝土由于具有高工作性能、高體積穩定性、高強、高耐久性和安全性等優良性能，發展前景十分廣闊，是未來混凝土產業發展的方向和必然趨勢[5]。目前高性能混凝土技術已推廣應用到三峽工程、青藏鐵路、南水北調、田灣核電站、首都機場新航站樓、煤礦建井等多個國家重點工程中，并取得了顯著成績。綜合高性能混凝土發展的現狀及存在的問題，筆者認為高性能混凝土將向以下幾個方面發展：
　　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縮。
　　2）進一步完善高性能混凝土耐久性的評價技術和方法。
　　3）復合礦物摻合料的量將加大
　　參考文獻：
　　[1]吳中偉， 廉慧珍. 高性能混凝土. 北京：中國鐵道出版社，1999.
　　[2]冷發光，田冠飛，張仁瑜，丁威 . 綠色高性能混凝土現狀和發展趨勢. 第三屆國際智能、綠色建筑與建筑節能大會智能與綠色建筑文集 ，2007.
　　[3]劉玉仙 張新華. 高性能混凝土應用發展及配制技術[J]. 港工技術與管理， 2004（6）.
　　[4]楊善勤. 淺談高性能混凝土耐久性的特點以及應用[J]. 現代商貿工業，2007（7）.
　　[5]陳遠春. 建筑工程施工工藝與新技術、新標準實用手冊[M]北京：電子工業出版社，2000.[6] 冷發光， 邢鋒. 綠色建材和綠色高性能混凝土的開發. 建筑技術開發，