高性能混凝土簡介

高性能混凝土以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，針對(duì)不同用途要求，對(duì)下列性能重點(diǎn)予以保證:耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。為此，高性能混凝土在配置上的特點(diǎn)是采用低水膠比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，且必須摻加足夠數(shù)量的摻合料（礦物細(xì)摻料）和高效外加劑。

高性能混凝土自密實(shí)性

高性能混凝土的用水量較低，流動(dòng)性好，抗離析性高，從而具有較優(yōu)異的填充性。因此，配好恰當(dāng)?shù)拇罅鲃?dòng)性高性能混凝土有較好的自密實(shí)性。

高性能混凝土體積穩(wěn)定性

高性能混凝土的體積穩(wěn)定性較高，表現(xiàn)為具有高彈性模量、低收縮與徐變、低溫度變形。普通混凝土的彈性模量為20~25GPa，采用適宜的材料與配合比的高性能混凝土，其彈性?？蛇_(dá)40~50GPa。采用高彈性模量、高強(qiáng)度的粗集料并降低混凝土中水泥漿體的含量，選用合理的配合比配制的高性能混凝土，90天齡期的干縮值低于0.04%。

高性能混凝土強(qiáng)度

高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度已超過200MPa。28d平均強(qiáng)度介于100~120MPa的高性能混凝土，已在工程中應(yīng)用。高性能混凝土抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度值比較高強(qiáng)混凝土有明顯增加，高性能混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展加快，而后期強(qiáng)度的增長率卻低于普通強(qiáng)度混凝土。

高性能混凝土水化熱

由于高性能混凝土的水灰比較低，會(huì)較早的終止水化反應(yīng)，因此，水化熱相應(yīng)的降低。

高性能混凝土收縮和徐變

高性能混凝土的總收縮量與其強(qiáng)度成反比，強(qiáng)度越高總收縮量越小。但高性能混凝土的早期收縮率，隨著早期強(qiáng)度的提高而增大。相對(duì)濕度和環(huán)境溫度，仍然是影響高性能混凝土收縮性能的兩個(gè)主要因素。

高性能混凝土的徐變變形顯著低于普通混凝土，高性能混凝土與普通強(qiáng)度混凝土相比較，高性能混凝土的徐變總量（基本徐變與干燥徐變之和）有顯著減少。在徐變總量中，干燥徐變值的減少更為顯著，基本徐變僅略有一些降低。而干燥徐變與基本徐變的比值，則隨著混凝土強(qiáng)度的增加而降低。

高性能混凝土耐久性

高性能混凝土除通常的抗凍性、抗?jié)B性明顯高于普通混凝土之外，高性能混凝土的Clˉ滲透率，明顯低于普通混凝土。高性能混凝土由于具有較高的密實(shí)性和抗?jié)B性，因此，其抗化學(xué)腐蝕性能顯著優(yōu)于普通強(qiáng)度混凝土。

高性能混凝土耐火性

高性能混凝土在高溫作用下，會(huì)產(chǎn)生爆裂、剝落。由于混凝土的高密實(shí)度使自由水不易很快地從毛細(xì)孔中排出，再受高溫時(shí)其內(nèi)部形成的蒸汽壓力幾乎可達(dá)到飽和蒸汽壓力。在300°C溫度下，蒸汽壓力可達(dá)8MPa，而在350°C溫度下，蒸汽壓力可達(dá)17MPa，這樣的內(nèi)部壓力可使混凝土中產(chǎn)生5MPa拉伸應(yīng)力，使混凝土發(fā)生爆炸性剝蝕和脫落。因此高性能混凝土的耐高溫性能是一個(gè)值得重視的問題。為克服這一性能缺陷，可在高性能和高強(qiáng)度混凝土中摻入有機(jī)纖維，在高溫下混凝土中的纖維能熔解、揮發(fā)，形成許多連通的孔隙，使高溫作用產(chǎn)生的蒸汽壓力得以釋放，從而改善高性能混凝土的耐高溫性能。

概括起來說，高性能混凝土就是能更好地滿足結(jié)構(gòu)功能要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限，降低工程造價(jià)。

正確認(rèn)識(shí)

1、高性能混凝土的特性是針對(duì)具體應(yīng)用和環(huán)境而開發(fā)的。

2、高性能混凝土制備技術(shù)應(yīng)該注意克服追求高早強(qiáng)的傾向，這對(duì)混凝土的體積穩(wěn)定性意義重大。

3、流動(dòng)性不可作為高性能混凝土的指標(biāo)，需根據(jù)工程特點(diǎn)注意拌合物的工作性。

高性能混凝土應(yīng)加入足夠的礦物細(xì)摻料，且前提是水膠比較低，不可說只要加入“礦物細(xì)摻料”就是高性能混凝 土。

4、中國建筑材料科學(xué)研究總院對(duì)C30—C50中等強(qiáng)度混凝土提出“壽命優(yōu)先，強(qiáng)度適宜”的混凝土配合比設(shè)計(jì)思路。

5、混凝土高性能化的發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)該是：混凝土的長期性和耐久性。

HPC工作性能好，耐久性好，所以其成本與同級(jí)高強(qiáng)混凝土相比，直接節(jié)約32—58.8元/每平方米。這個(gè)概念就是說按1000萬平方米/年，HPC節(jié)約材料費(fèi)40元/每平方米，僅節(jié)約材料就達(dá)4億元/年。因此高性能混凝土的優(yōu)越性與經(jīng)濟(jì)，使其用途不斷擴(kuò)大，在不少工程中得以推廣應(yīng)用。

高性能混凝土的配合比應(yīng)根據(jù)原材料品質(zhì)、設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)、耐久性以及施工工藝對(duì)工作性能的要求，通過計(jì)算、試配、調(diào)整等步驟確定。進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)符合下列規(guī)定：

1、對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的膠凝材料總量應(yīng)進(jìn)行控制，C40 以下不宜大于400kg/m³；C40 ~ C50 不宜大于450kg/m³；C60 及以上的非泵送混凝土不宜大于500kg/m³，泵送混凝土不宜大于530kg/m³； 配有鋼筋的混凝土結(jié)構(gòu)，在不同環(huán)境條件下其最大水膠比和單方混凝土中膠凝材料的最小用最應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

2、混凝土中宜適量摻加優(yōu)質(zhì)的粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉或磁灰等礦物摻合料，用以提高其耐久性，改善其施工性能和抗裂性能，其摻量宜根據(jù)混凝土的性能要求通過試驗(yàn)確定，且不宜超過膠凝材料總量的20%。當(dāng)混凝土中粉煤灰摻最大于30% 時(shí)，混凝土的水膠比不得大于0.45；在預(yù)應(yīng)力混凝土及處于凍融環(huán)境的混凝土中，粉煤灰的摻量不宜大于20%，且粉煤灰的含碳量不宜大于2%。對(duì)暴露于空氣中的一般構(gòu)件混凝土，粉煤灰的摻量不宜大于20%，且單方混凝土膠凝材料中的硅酸鹽水泥用量不宜小于240kg。

3、對(duì)耐久性有較高要求的混凝土結(jié)構(gòu)，試配時(shí)應(yīng)進(jìn)行混凝土和膠凝材料抗裂性能的對(duì)比試驗(yàn)，并從中優(yōu)選抗裂性能良好的混凝土原材料和配合比。

4、混凝土中宜適量摻加外加劑，但宜選用質(zhì)量可靠、穩(wěn)定的多功能復(fù)合外加劑。

5、凍融環(huán)境下的混凝土宜采用引氣混凝土。凍融環(huán)境作用等級(jí)D級(jí)及以上的混凝土必須摻用引氣劑，并應(yīng)滿足相應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)中最大水膠比和膠凝材料最小用量的要求；對(duì)處于其他環(huán)境作用等級(jí)的混凝土，亦可通過摻加引氣劑(含氣量不小于4% )提高其耐久性?；炷量箖鲂缘哪途眯灾笖?shù)(DF) 應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》 (JTG/T B07-01 )的規(guī)定。引氣混凝土的適宜含氣量和氣泡間距系數(shù)應(yīng)符合規(guī)定。

6、對(duì)混凝土中總堿含量的控制，應(yīng)符合規(guī)定?；炷林械穆入x子總含量，對(duì)鋼筋混凝土不應(yīng)超過膠凝材料總質(zhì)量的0.10%；對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土不應(yīng)超過0.06%。

7、混凝土的塌落度宜根據(jù)施工工藝的要求確定，條件允許時(shí)宜選用低塌落度的混凝土施工。

高性能混凝土水泥

水泥應(yīng)選用硅酸鹽水泥或普硅酸鹽水泥。水泥中C₃A含量應(yīng)不大于8%，細(xì)度控制在10%以內(nèi)，堿含量小于0．8%，氯離子含量小于O．1%。水泥中的C₃A含量高、細(xì)度高，比表面積就會(huì)增大，混凝土的用水就會(huì)增加，從而造成混凝土落度損失過快，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)急凝和假凝現(xiàn)象，這不僅會(huì)影響混凝土的外觀質(zhì)量，同時(shí)也將直接影響其耐久性，為了更好地達(dá)到各項(xiàng)指標(biāo)，水泥的存放時(shí)間以3天為宜。

高性能混凝土礦物摻和料

礦物摻和料對(duì)混凝土具有減水、活化、致密、潤滑、免疫、填充的作用，它能延緩水泥水化過程中水化粒子的凝聚，減輕坍落度損失。礦物摻合料選用品質(zhì)穩(wěn)定的產(chǎn)品，礦物摻合料的品種宜為粉煤灰、磨細(xì)粉煤灰、礦渣粉或硅灰。其各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)滿足：粉煤灰的細(xì)度≤20%，燒矢量≤5%，含水量≤0%，氯離子含量≤0．02%。

高性能混凝土外加劑

外加劑與水泥相適應(yīng)性、減水率、流動(dòng)性、含氣量、摻量都將影響混凝土的工作性，高速鐵路外加劑宜采用聚羧酸系列產(chǎn)品，其技術(shù)指標(biāo)主要包括：減水率不應(yīng)低于20%，硫酸鈉含量小于10%，堿含量不得超過10%，硫酸鈉含量小于10%，外加劑中的氯離子含量不得大于0．2%，含氣量不小于3%。

高性能混凝土細(xì)骨料

含泥量、泥塊含量也是影響高性能混凝土各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的重要原因之一，含泥量、泥塊含量過高，不僅能降低混凝土強(qiáng)度，同時(shí)易造成內(nèi)部結(jié)構(gòu)的毛細(xì)通道不能有效的阻止有害物質(zhì)的侵蝕。對(duì)于高速鐵路工程來說，細(xì)骨料應(yīng)選用處于級(jí)配區(qū)的中粗河砂，砂的細(xì)度模數(shù)要求為2．3—3．O。

高性能混凝土粗骨料

粗骨料宣選用二級(jí)配、三級(jí)配碎石，保持良好的級(jí)配能增加混凝土強(qiáng)度。在選擇粗骨料時(shí)，一定要控制大骨科的含量，大骨料的含量超標(biāo)，將直接影響保護(hù)層外側(cè)混凝土的質(zhì)量，會(huì)導(dǎo)致混凝土的表面干裂紋，影響表觀質(zhì)量。碎石粒徑宜為5mm-20mm，最大粒徑不應(yīng)超過25mm，級(jí)配良好，壓碎指標(biāo)不大于8%，針片狀含量不大干10%，含泥量低于1.0%，骨料水溶性氯化物折合氯離子含量不超過集料質(zhì)量的0.02%。

1950年5月美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）和美國混凝土協(xié)會(huì)（ACI）首次提出高性能混凝土的概念。但是到目前為止，各國對(duì)高性能混凝土提出的要求和涵義完全不同。

美國的工程技術(shù)人員認(rèn)為：高性能混凝土是一種易于澆注、搗實(shí)、不離析，能長期保持高強(qiáng)、韌性與體積穩(wěn)定性，在嚴(yán)酷環(huán)境下使用壽命長的混凝土。美國混凝土協(xié)會(huì)認(rèn)為：此種混凝土并不一定需要很高的混凝土抗壓強(qiáng)度，但仍需達(dá)到55MPa以上，需要具有很高的抗化學(xué)腐蝕性或其他一些性能。

日本工程技術(shù)人員則認(rèn)為，高性能混凝土是一種具有高填充能力的的混凝土，在新拌階段不需要振搗就能完善澆注；在水化、硬化的早期階段很少產(chǎn)生有水化熱或干縮等因素而形成的裂縫；在硬化后具有足夠的強(qiáng)度和耐久性。

加拿大的工程技術(shù)人員認(rèn)為，高性能混凝土是一種具有高彈性模量、高密度、低滲透性和高抗腐蝕能力的混凝土。

綜合各國對(duì)高性能混凝土的要求，可以認(rèn)為，高性能混凝土具有高抗?jié)B性（高耐久性的關(guān)鍵性能）；高體積穩(wěn)定性（低干縮、低徐變、低溫度變形和高彈性模量）；適當(dāng)?shù)母呖箟簭?qiáng)度；良好的施工性（高流動(dòng)性、高粘聚性、自密實(shí)性）。

中國在《高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（CECS207-2006）對(duì)高性能混凝土定義為：采用常規(guī)材料和工藝生產(chǎn)，具有混凝土結(jié)構(gòu)所要求各項(xiàng)力學(xué)性能，具有高耐久性、高工作性和高體積穩(wěn)定性的混凝土。

高性能混凝土是由高強(qiáng)混凝土發(fā)展而來的，但高性能混凝土對(duì)混凝土技術(shù)性能的要求比高強(qiáng)混凝土更多、更廣乏，高性能混凝土的發(fā)展一般可分為三個(gè)階段：

（1）振動(dòng)加壓成型的的高強(qiáng)混凝土——工藝創(chuàng)新

在高效減水劑問世以前，為獲得高強(qiáng)混凝土，一般采用降低W/C（水灰比），強(qiáng)力振動(dòng)加壓成型。即將機(jī)械壓力加到混凝土上，擠出混凝土中的空氣和剩余水分，減少孔隙率。但該工藝不適合現(xiàn)場(chǎng)施工，難以推廣，只在混凝土預(yù)制板、預(yù)制樁的生產(chǎn)，廣泛采用，并與蒸壓養(yǎng)護(hù)共同使用。

（2）摻高效減水劑配置高效混凝土——第五組分創(chuàng)新

20世紀(jì)50年代末期出現(xiàn)高效減水劑是高強(qiáng)混凝土進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。代表性的有萘系、三聚氰胺系和改性木鈣系高效減水劑，這三個(gè)系類均是普遍使用的高效減水劑。

采用普通工藝，摻加高效減水劑，降低水灰比，可獲得高流動(dòng)性，抗壓強(qiáng)度為60~100MPa的高強(qiáng)混凝土，是高強(qiáng)混凝土獲得廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。但是，僅用高效減水劑配制的混凝土，具有坍落度損失較大的問題。

（3）采用礦物外加劑配制高性能混凝土——第六組分創(chuàng)新

20世紀(jì)80年代礦物外加劑異軍突起，發(fā)展成為高性能混凝土的第六組分，它與第五組分相得益彰，成為高性能混凝土不可缺少的部分。就現(xiàn)在而言，配制高性能混凝土的技術(shù)路線主要是在混凝土中同時(shí)摻入高效減水劑和礦物外加劑。

配制高性能混凝土的礦物外加劑，是具有高比表面積的微粉輔助膠凝材料。例如：硅灰、細(xì)磨礦渣微粉、超細(xì)粉煤灰等，它是利用微粉填隙作用形成細(xì)觀的緊密體系，并且改善界面結(jié)構(gòu)，提高界面粘結(jié)強(qiáng)度。

超高性能混凝土，簡稱UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，也稱作活性粉末混凝土(RPC，Reactive Powder Concrete)，是過去三十年中最具創(chuàng)新性的水泥基工程材料，實(shí)現(xiàn)工程材料性能的大跨越。

“超高性能混凝土”包含兩個(gè)方面‘超高’——超高的耐久性和超高的力學(xué)性能(詳見表1－普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土的性能對(duì)比)：