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高性能混凝土的研究与发展现状
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内容提示： 阐述了高性能混凝土产生的背景和国内外学者对高性能混凝土的认识与定义，并详细介绍了高性能混凝土的国内外的研究与发展现状，同时，还针对高性能混凝土研究与发展中的一些问题进行了探讨。
摘 要： 阐述了高性能混凝土产生的背景和国内外学者对高性能混凝土的认识与定义，并详细介绍了高性能混凝土的国内外的研究与发展现状，同时，还针对高性能混凝土研究与发展中的一些问题进行了探讨。
关键词： 高性能混凝土； 定义； 耐久性； 存在问题
高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC)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，这种混凝土有可能为基础设施工程提供100年以上的使用寿命。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。（参考《建筑中文网》）
1 高性能混凝土产生的背景
传统的混凝土虽然已有近200年的历史，也经历了几次大的飞跃，但今天却面临着前所未有的严峻挑战：
(1)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、核反应堆、有毒有害废物处置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。
(2)进入20世纪70年代以来，不少工业发达国家正面临一些钢筋混凝土结构，特别是早年修建的桥梁等基础设施老化问题，需要投入巨资进行维修或更新。1987年美国国家材料咨询局的一份政府报告指出：在美国当时的57.5万座桥梁中，大约有25.3万座处于不同程度的破坏状态，有的使用期不到20年，而且受损的桥梁每年还增加3.5万座。1991年在提交美国国会的报告“国家公路和桥梁现状”中指出，为修复或更换现存有缺陷桥梁的费用需投资910亿美元；如拖延修复进程，费用将增至1 310亿美元。美国现存的全部混凝土工程的价值约6万亿美元，每年用于维修的费用高达300亿美元。
在加拿大，为修复劣化损坏的全部基础设施工程估计要耗费5 000亿美元。在英国，调查统计了271个工程劣化破坏实例，其中碳化锈蚀占17%，环境氯盐锈蚀占33%，内部氯盐锈蚀占5%，混凝土冻蚀10%，混凝土磨蚀10%，混凝土碱—骨料反应破坏9%，硫酸盐化学腐蚀4%，其他各种不常发生的腐蚀破坏7%。
我国结构工程中混凝土耐久性问题也非常严重。建设部于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，处于有害介质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病害状况更为严重。据2000年全国公路普查，到2000年底我国已有各式公路桥梁278 809座，公路危桥9 597座，每年实际需要维修费用38亿元，而实际到位仅8亿元。
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。1980年交通部四航局等单位对华南地区18座码头调查的结果，有80%以上均发生严重或较严重的钢筋锈蚀破坏，出现破坏的时间有的距建成仅5—10年。
(3)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1 t硅酸盐水泥约需1.5 t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?昆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。
2 高性能混凝土的定义与性能
对高性能混凝土的定义或含义，国际上迄今为止尚没有一个统一的理解，各个国家不同人群有不同的理解。一般说来，高性能混凝土是指高强、高耐久性、高工作性。一些美国学者更强调高强度和尺寸稳定性(北美型)，欧洲学者更注重耐久性(欧，洲型)，而日本学者偏重于高工作性(日本型)，这可能由于日本更重视混凝土振捣工艺对工人听力的不利作
用，而推广不需振捣的自密实混凝土。在我国，对高性能混凝土的含义也有争论，冯乃谦在其1996年出版的《高性能混凝土》著作中开宗明义地指出了：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，同时他认为高性能混凝土发展的物质基础是现在有了好的掺合料和减水剂，因此高性能混凝土必须掺掺合料。冯乃谦的这些观点代表了当时我国大多数混凝土学者对高性能混凝土的认识。吴中伟针对当时科研界过度追求高强度的趋向，及
时提出“有人认为高强度必须高耐久性，这是不全面的，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。吴中伟高度重视耐久性，并早在1986年就提出高强未必一定高耐久，低强也不一定就不耐久的观点是非常有前瞻性的，而且今天他的这个观点也是正确的。
1990年5月由美国国家标准与技术研究所(NIST)与美国?昆凝土协会(ACl)主办了第一届高性能混凝土的讨论会，定义高性能混凝土为具有所需，陛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。大多数承认单纯高强不一定耐久，而提出高性能则希望既高强又耐久。可能是由于发现强调高强后的弊端，1998年美国ACI又发表了一个定义为：“高性能混凝土是符合特殊性能组合和匀质性要求的混凝土，如果采用传统的原材料组分和一般的拌和、浇筑与养护方法，未必总能大量地生产出这种混凝土。”ACI对该定义所作的解释是：“当混凝土的某些特性是为某一特定的用途和环境而制定时，这就是高性能混凝土。例如下面所举的这些特性对某一用途来说可能是非常关键的：易于浇筑，振捣时不离析，早强，长期的力学性能，抗渗性，密实性，水化热，韧性，体积稳定性，恶劣环境下的较长寿命。因为高性能混凝土的许多特性是相互联系的，改变其中之一常会使其它的特性发生变化，当混凝土为某一用途生产而必须考虑若干特性时，则每一个特性都必须清楚地规定在合同文件中”。1998年ACI定义与1990年ACI、NIST定义的区别是：前者把早
强列入“特殊性能组合”可选性能之一，而不作为必要的规定而强调。
而欧洲混凝土学会和国际预应力混凝土协会则将高性能混凝土定义为水胶比低于0.40的混凝土小在日本，将高流态的自密实混凝土(即免振混凝土)称为高性能混凝土，‘强度一般为40—45 MPa，混凝土中除水泥外，还有矿渣粉、粉煤灰及膨胀剂。也有一些部门根据其专业的特点对高性能混凝土提出具体的要求，如1995年美国联邦公路管理局(FHWA)
将高性能混凝土分成4级，每级在与强度和耐久性有关的8个参数上都规定了定量的指标。美国战略公路研究计划(SHRP)提出高性能混凝土用于公路工程应满足：(1)水胶比≤0.35；(2)300次冻融循环，相对动弹模≥侣0%；(3)抗压强度4 h≥17.2MPa，或24≥34.5 MPa，或28d≥68.9MPa。该定义偏重于早强，定义了一个特定的高性能混凝土，缺乏普遍适用性。用于桥梁尤其是大跨度桥梁的高性能混凝土应满足：(1)水胶比≤0.40；(2)强度≥41.4 MPa；(3)徐变率低。
我国著名的混凝土科学家吴中伟教授定义高性能混凝土为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，对下列性能有重点的予以保证；耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性以及经济合理性。为此，高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比，选用优质原材料，并除水泥、集料外，必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。1997年3月吴中伟教授在高强高性能混凝土会议上又指出，高性能混凝土应更多地掺加以工业废渣为主的掺合料，更多地节约水泥熟料，提出了绿色高性能混凝土(GHPC)的概念。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200610/6726.htm
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