摘要：高性能砼具有高耐久性、高工作性、高強(qiáng)度和高體積穩(wěn)定性等許多特性，被認(rèn)為是目前全世界性能最為全面的砼，至今已在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程普遍使用。
　　論文主要介紹高性能砼發(fā)展的歷史背景及目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，闡述高性能砼的特性，列舉高性能砼在國內(nèi)外研究應(yīng)用中的重要成果，并對(duì)其發(fā)展趨勢作出展望。
　　關(guān)鍵詞：高性能砼；耐久性；體積穩(wěn)定性
　　中圖分類號(hào)：[TQ178]文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：
　　1高性能砼產(chǎn)生的原因和研究成果
　　1．1 原因
　　
　　當(dāng)今大跨度、高建筑層、海洋設(shè)施、軍事工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展對(duì)砼提出了更高的要求；處于惡劣環(huán)境下既有建筑不斷劣化、退化導(dǎo)致過早失效、退役甚至出現(xiàn)惡性事故造成巨大損失的嚴(yán)重后果；原材料生產(chǎn)、開采造成的生態(tài)環(huán)境惡化以及砂石料枯竭、資源短缺嚴(yán)重影響進(jìn)一步發(fā)展的嚴(yán)酷現(xiàn)實(shí)。這就要求混凝土不斷提高以耐久性為重點(diǎn)的各項(xiàng)性能，多使用天然材料及工業(yè)廢渣保護(hù)環(huán)境，走可持續(xù)發(fā)展的道路，高性能砼就是在這種背景下出現(xiàn)并逐步完善與發(fā)展的。
　　未來的砼必須從根本上減少水泥用量，必須更多的利用各種工業(yè)廢渣作為原材料，必須充分考慮廢棄混凝土的再生利用，未來的砼必須是高性能的，尤其是耐久性的。耐久性和高強(qiáng)都意味著節(jié)約資源。“高性能砼”正是在這種原因下產(chǎn)生的。
　　
　　1．2 發(fā)展方向
　　
　　目前，高性能砼的發(fā)展有以下幾個(gè)方向；
　　⑴ 環(huán)保高性能砼
　　砼是當(dāng)代最大的人造材料之一，對(duì)資源、能源的消耗和對(duì)環(huán)境的破壞十分巨大，與可持續(xù)發(fā)展的要求不相符合。綠色高性能砼研究和應(yīng)用較多的是粉煤灰砼，粉煤灰砼與基準(zhǔn)砼相比，大大提高了新拌砼的工作性能，明顯降低砼硬化階段的水化熱，提高砼強(qiáng)度，特別是后期強(qiáng)度。而且，節(jié)約水泥，減少環(huán)境污染，成為綠色高性能砼的代表性材料。
　　⑵ 超高性能砼
　　超高性能砼，如活性粉末砼，其特點(diǎn)的高強(qiáng)度，且具有高密實(shí)性，已在軍事、核電站等特殊工程中成功應(yīng)用。
　　⑶ 智能砼
　　智能砼是在砼原有的組分基礎(chǔ)上復(fù)合智能型組分，使砼材料具有自感知、自適應(yīng)。自修復(fù)特性的多功能材料，對(duì)環(huán)境變化具有感知和控制的功能。隨著損傷自診斷砼、溫度自調(diào)節(jié)砼、仿生自愈合砼等一系列機(jī)敏砼的出現(xiàn)，為智能砼的研究、發(fā)展和智能砼結(jié)構(gòu)的研究應(yīng)用奠定的基礎(chǔ)。
　　
　　2高性能砼的性能和應(yīng)用
　　2.1高性能砼的概念
　　
　　西方（歐洲）砼學(xué)會(huì)和國際預(yù)應(yīng)力砼協(xié)會(huì)將HPC定義為水膠比低于0.40的砼；在亞洲發(fā)達(dá)國家（如日本），將高流態(tài)的自密實(shí)（即免振砼）稱為HPC；中國土木工程學(xué)會(huì)高強(qiáng)與高性能砼委員會(huì)將HPC定義為以耐久性和可持續(xù)發(fā)展為基本要求并適合工業(yè)化生產(chǎn)與施工的砼。
　　
　　2.2高性能砼的性能
　　與普通砼相比,高性能砼具有如下獨(dú)特的性能：
　　1.耐久性：高效減水劑和礦物質(zhì)超細(xì)粉的配合使用，能夠有效的減少用水量，減少砼內(nèi)部的空隙，能夠使砼結(jié)構(gòu)安全可靠地工作50～100年以上，是高性能砼應(yīng)用的主要目的。
　　2.工作性：坍落度是評(píng)價(jià)砼工作性的主要指標(biāo),HPC的坍落度控制功能好,在振搗的過程中,高性能砼粘性大,粗骨料的下沉速度慢,在相同振動(dòng)時(shí)間內(nèi),下沉距離短,穩(wěn)定性和均勻性好.同時(shí),由于高性能砼的水灰比低,自由水少,且摻入超細(xì)粉,基本上無泌水,其水泥漿的粘性大,很少產(chǎn)生離析的現(xiàn)象.
　　3.密實(shí)性能：由于砼是一種非均質(zhì)材料,強(qiáng)度受諸多因素的影響,水灰比是影響砼強(qiáng)度的主要因素,對(duì)于普通砼,隨著水灰比的降低,砼的抗壓強(qiáng)度增大,高性能砼中的高效減水劑對(duì)水泥的分散能力強(qiáng)、減水率高，可大幅度降低砼單方用水量。在高性能砼中摻入礦物超細(xì)粉可以填充水泥顆粒之間的空隙，改善界面結(jié)構(gòu)，提高砼的密實(shí)度和強(qiáng)度。
　　4.體積穩(wěn)定性：高性能砼具有較高的體積穩(wěn)定性，即砼在硬化早期應(yīng)具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變形。
　　5.經(jīng)濟(jì)型：高性能砼較高的強(qiáng)度、良好的耐久性和工藝性都能使其具有良好的經(jīng)濟(jì)性。高性能砼良好的耐久性可以減少結(jié)構(gòu)的維修費(fèi)用，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，收到良好的經(jīng)濟(jì)效益；高性能砼的高強(qiáng)度可以減少構(gòu)件尺寸，減少自重，增加使用空間；HPC良好的工作性可以減少工人工作強(qiáng)度，加快施工速度，減少成本，提高效益。
　　
　　2.3高性能砼發(fā)展前和應(yīng)用中的問題
　　在高性能砼的應(yīng)用過程中也存在問題，在高性能砼的原材料方面，離散性大；在骨料方面，粗骨料質(zhì)量低劣，含泥量大，級(jí)配較差，細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)不合要求；在外加劑和外摻料的選擇上，尚缺乏充分的適用性的研究。在高性能砼的施工過程中，施工人員的技術(shù)水平有限，養(yǎng)護(hù)措施不到位，使HPC的密實(shí)性和質(zhì)量不穩(wěn)定；在高性能砼的耐久性方面，由于高性能砼微管中水分的蒸發(fā)與凝聚而產(chǎn)生的收縮，使砼表面產(chǎn)生裂縫，這對(duì)HPC的抗碳化、抗凍融循環(huán)作用以及抗氯離子擴(kuò)散等都是不利的，硬化后長期處于水中時(shí)，水分通過微管擴(kuò)散到內(nèi)部，產(chǎn)生微膨脹會(huì)使砼表面產(chǎn)生裂縫，為各種有害介質(zhì)滲透提供通道，給氯離子侵入、堿骨料反應(yīng)的發(fā)生和鋼筋銹蝕創(chuàng)造可能；由于高性能砼的后期強(qiáng)度增長不及普通砼，而且脆性大。同時(shí)，在高性能砼的研究方面，實(shí)驗(yàn)室的情況與實(shí)際情況相差比較大，這些因素都不利于高性能砼的推廣和應(yīng)用。
　　
　　3高性能砼的質(zhì)量與施工中如何控制
　　
　　3.1高性能砼的原材料控制
　　
　　3.1.1細(xì)集料
　　細(xì)集料宜選用質(zhì)地均勻堅(jiān)固、吸水率低、級(jí)配良好、空隙率小的潔凈天然中粗河砂，也可選用專門機(jī)組生產(chǎn)的人工砂。不宜使用山砂。不得使用海砂。其質(zhì)量要求應(yīng)符合普通砼用砂標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。配制高性能砼時(shí)宜選用優(yōu)先選用中級(jí)細(xì)骨料。當(dāng)采用粗級(jí)細(xì)骨料時(shí)，應(yīng)提高砂率，并保持足夠的水泥或膠凝材料用量，以滿足砼的和易性；當(dāng)采用細(xì)級(jí)細(xì)骨料時(shí)，宜適當(dāng)降低砂率。
　　
　　3.1.2粗集料
　　高性能砼必須選用粒行良好、質(zhì)地均勻堅(jiān)固、線膨脹系數(shù)小、級(jí)配良好的潔凈碎石。宜選擇表面粗糙、外形有棱角、針片狀含量低的硬質(zhì)砂巖、石灰?guī)r、花崗巖、玄武巖碎石，級(jí)配符合規(guī)范要求。由于高性能砼要求強(qiáng)度較高，就必須使粗集料具有足夠高的強(qiáng)度，巖石的抗壓強(qiáng)度與高性能砼的抗壓強(qiáng)度等級(jí)之比應(yīng)大于1.5倍，骨料的顆粒形狀應(yīng)選擇三維長度相等或相近的球體或立方體顆粒，減少骨料空隙的角度，提高砼的強(qiáng)度。粗骨料的最大粒徑需要控制，粒徑過大容易造成砼離析，成型后的砼強(qiáng)度均質(zhì)性差。粒徑越小與砂漿粘結(jié)面積越大，界面受力均勻，砼抗壓強(qiáng)度越高，但骨料粒徑減小，包裹其表面所需的砂漿用量增多。
　　另外，粗集料還應(yīng)注意集料的類型、級(jí)配和巖石種類，一般采取連續(xù)級(jí)配，其中尤以級(jí)配良好、表面粗糙的石灰?guī)r碎片為最好。粗集料的線膨脹系數(shù)要盡可能小，這樣能大大減小溫度應(yīng)力，從而提高砼的體積穩(wěn)定性。
　　
　　3.1.3礦物摻合料
　　我國目前常用的高性能砼摻合料主要有：微硅粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉、天然沸石粉等，摻入活性細(xì)摻合料可以使硬化后的水泥石強(qiáng)度有所提高。更重要的是，加入活性細(xì)摻合料改善了砼中水泥石與骨料的界面結(jié)構(gòu)，使配制出的砼具有高強(qiáng)度、大流動(dòng)性、高耐久性等特點(diǎn)。配制高性能砼的粉煤灰宜選用含碳量低、細(xì)度低、需水量低的優(yōu)質(zhì)粉煤灰。磨細(xì)礦渣能提高砼的工作性和耐久性。硅粉借助大劑量高效減水劑和強(qiáng)力攪拌作用，可以填充到水泥或其他摻合料的間隙中去，并且具有很高的活性。
　　
　　3.1.4外加劑
　　用于生產(chǎn)高性能砼的外加劑應(yīng)采用減水率高、坍落度損失小、適量引氣、能明顯提高砼耐久性且質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。高性能砼必須摻入與所用水泥具有相容性的高效減水劑來解決低水膠比與砼拌合物高工作性能之間的矛盾。
　　
　　3.1.5水泥
　　高性能砼在選用水泥時(shí)，一般宜選用不低于42.5強(qiáng)度等級(jí)的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥，盡量避免使用鋁酸三鈣含量過高的水泥，比表面積一般在300～400m2/Kg。有耐硫酸鹽侵蝕要求的砼，可選用中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥或高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥；有堿集料反應(yīng)控制要求的砼還需注意水泥的堿含量，當(dāng)集料具有堿—硅酸反應(yīng)活性時(shí)，水泥的堿含量不應(yīng)超過0.60﹪，必要時(shí)應(yīng)根據(jù)減水劑的種類，通過試驗(yàn)來確定水泥的最低含堿量。
　　
　　3.2配合比與控制要點(diǎn)
　　
　　3.2.1設(shè)計(jì)理念有較大區(qū)別
　　在以往的配合比設(shè)計(jì)方法中，是按砼的強(qiáng)度等級(jí)要求計(jì)算水灰比，而現(xiàn)在則是按耐久性的要求，首先根據(jù)環(huán)境作用等級(jí)確定電通量指標(biāo)，由此來選擇水膠比、控制膠凝材料最小用量以及摻合料的比列。
　　
　　3.2.2膠凝材料使用量及粉煤灰配比
　　在進(jìn)行配合比參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，為保證砼的耐久性，砼中膠凝材料總量應(yīng)處在一個(gè)適宜范圍內(nèi)，對(duì)于C30及以下砼膠凝材料總量不宜高于400Kg/m3，C35～C40砼不宜高于450Kg/m3，C50及以上砼不宜高于500Kg/m3。使用粉煤灰等礦物摻合料，并不是單純地考慮降低砼成本，首先是為了砼耐久性的需要，特別是可以有效改善砼抵抗化學(xué)侵蝕的能力（包括氯化物侵蝕、硫酸鹽侵蝕、堿骨料反應(yīng)等）。
　　
　　3.2.3含氣量要求
　　砼中適量的引氣，不僅能改善抗凍性，同事可顯著減輕砼的泌水性，使水在拌合物中的懸浮狀態(tài)更加穩(wěn)定，從而提高砼材料的均勻性和穩(wěn)定性。鐵路客運(yùn)專線規(guī)定，即使配制非抗凍砼時(shí)，含氣量也應(yīng)不小于2﹪，并且作為施工質(zhì)量控制的必檢項(xiàng)目之一。
　　
　　3.2.3電通量的指標(biāo)
　　該指標(biāo)是客運(yùn)專線對(duì)砼耐久性最重要、最具體的指標(biāo)。其所測指標(biāo)可以最大程度的區(qū)分和評(píng)價(jià)砼的密實(shí)度，而密實(shí)度正是影響砼耐久性最為關(guān)鍵的因素。
　　
　　3.3高性能砼的施工控制
　　
　　3.3.1攪拌
　　砼原材料應(yīng)嚴(yán)格按照施工配合比要求進(jìn)行準(zhǔn)確稱量，稱量最大允許偏差應(yīng)符合下列規(guī)定（按重量計(jì)）：膠凝材料（水泥、摻合料等）±1﹪；外加劑±1﹪；骨料±2﹪；拌合用水±1﹪。應(yīng)采用臥軸式、行星式或逆流式強(qiáng)制攪拌機(jī)攪拌砼，采用電子計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量原材料。攪拌時(shí)間不宜少于2min，也不宜超過3min。炎熱季節(jié)或寒冷季節(jié)攪拌砼時(shí)，必須采取有效措施控制原材料溫度，以保證砼的入模溫度滿足規(guī)定。
　　
　　3.3.2運(yùn)輸
　　應(yīng)采取有效措施，保證砼在運(yùn)輸過程中保持均勻性及各項(xiàng)工作性能不發(fā)生明顯波動(dòng)。應(yīng)對(duì)運(yùn)輸設(shè)備采取保溫隔熱措施，防止局部砼溫度升高（夏季）或受凍（冬季）。應(yīng)采取適當(dāng)措施防止水分進(jìn)入運(yùn)輸容器或蒸發(fā)，嚴(yán)禁在運(yùn)輸過程中向砼內(nèi)加水。
　　
　　3.3.3澆筑
　　⑴砼入模前，應(yīng)采用專用設(shè)備測定砼的溫度、坍落度、含氣量、水膠比及泌水率等工作性能，只有拌合物性能符合設(shè)計(jì)要求或配合比要求的砼方可入模澆筑。⑵新澆砼與臨接的已硬化砼或巖土介質(zhì)間澆筑時(shí)的溫差不得大于15℃。砼的入模溫度宜控制在5～30℃。⑶砼澆筑時(shí)的自由傾落高度不得大于2m；當(dāng)大于2m時(shí)，應(yīng)采用滑槽、串筒、漏斗等器具輔助輸送砼，保證砼不出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象。⑷砼的澆筑應(yīng)采用分層連續(xù)推移的方式進(jìn)行，間隙時(shí)間不得超過90min，不得隨意留置施工縫。
　　
　　3.3.4振搗
　　可采用插入式振動(dòng)棒、附著式平板振搗器、表面平板振搗器等振搗設(shè)備振搗砼。振搗時(shí)應(yīng)避免碰撞模板、鋼筋及預(yù)埋件。采用插入式高頻振搗器振搗砼時(shí)，宜采用垂直點(diǎn)振方式振搗。每點(diǎn)的振搗時(shí)間以表面泛漿或不冒大氣泡為準(zhǔn)，一般不宜超過30s，避免過振。若需變換振搗棒在砼拌合物中的水平位置，應(yīng)首先豎向緩慢將振搗棒拔出，然后在將振搗棒移至新的位置，不得將振搗棒放在拌合物內(nèi)平拖，也不得用插入式振搗棒平拖驅(qū)趕下料口處堆積的砼拌合物。
　　
　　3.3.5養(yǎng)護(hù)
　　砼振搗完成后，應(yīng)及時(shí)對(duì)砼暴露面進(jìn)行緊密覆蓋（可采用篷布、塑料布等進(jìn)行覆蓋），盡量減少暴露時(shí)間，防止表面水分蒸發(fā)。
　　
　　3.3.6質(zhì)量檢驗(yàn)控制
　　除施工前嚴(yán)格進(jìn)行原材料質(zhì)量檢查外，在砼施工中，應(yīng)對(duì)砼的以下指標(biāo)進(jìn)行檢查控制：砼拌合物：水膠比、坍落度、含氣量、入模溫度、泌水率、勻質(zhì)性。硬化砼：標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度、同條件養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性、電通量等。
　　
　　4高性能砼的發(fā)展與前景
　　
　　隨著HPC的開發(fā)和應(yīng)用，建筑對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響正引起社會(huì)的關(guān)注。建筑物在建造和運(yùn)行的過程中需消耗大量的自然資源和能源，并對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響。作為建筑工業(yè)主要原料的水泥，實(shí)際上是一種不可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)品。因此，高性能砼的技術(shù)核心是在限制水泥用量以獲得砼高性能的同時(shí)，堅(jiān)持其可持續(xù)性的發(fā)展原則。21世紀(jì)前后，吳中偉等提出的環(huán)保砼的概念，在高性能砼的基礎(chǔ)上增加了三個(gè)含義：⑴節(jié)約資源、能源；⑵不破壞環(huán)境，更有利于環(huán)境；⑶可持續(xù)發(fā)展，既要滿足當(dāng)代人的需求，又不危害后代人滿足其需要的能力。大力開展環(huán)保砼的研究和應(yīng)用高性能砼具有普通砼無法比擬的優(yōu)良性能，對(duì)砼的發(fā)展將起非常重要的作用，并為HPC指明了非常明確的發(fā)展方向。
　　
　　結(jié)論
　　
　　在研究和探討了高性能砼配合比設(shè)計(jì)的基本要求和技術(shù)途徑，主要從原材料的選擇、配合比參數(shù)的合理確定等方面進(jìn)行了闡述。通過摻入礦物細(xì)粉和高性能化學(xué)外加劑的技術(shù)途徑來配制高性能砼，既可改善砼的性能，又能降低生產(chǎn)成本，有利于高性能砼的推廣使用。文中提出的設(shè)計(jì)方法具有準(zhǔn)確、簡捷、適用范圍廣及程序化的特點(diǎn)，采用此方法配制的砼具有良好的施工效益性、工作性、力學(xué)性及耐久性。如今我國HPC發(fā)展趨勢一片良好，但要使HPC在建筑工程中推廣使用還需一個(gè)認(rèn)識(shí)和實(shí)踐的過程。隨著我國建筑基礎(chǔ)建設(shè)的不斷增強(qiáng)，HPC必將成為新世紀(jì)的重要建筑工程材料。綜上所述之特點(diǎn)，高性能砼成為我國近期砼技術(shù)的主要發(fā)展方向。
　　
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