高性能砼的研发与应用
摘 要
随着我国改革开放和经济的高速发展，现代化进程的加快，我国的建设规模正日益增大，如何保证建筑工程质量的同时也能使工程能长久、安全的使用下去，正日益受到各级政府和社会各界的广泛关注。在众多的土木工程建设中，砼的应用面之广，使用次数之多是罕见的。近些年来，一种较新的砼技术正在快速发展并且使用到诸多工程项目中，那就是高性能砼。
高性能砼具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多特性，被认为是目前全世界性能最为全面的砼，至今已在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程普遍使用。
论文主要介绍高性能砼发展的历史背景及目前国内外的研究现状，阐述高性能砼的特性，列举高性能砼在国内外研究应用中的重要成果，并对其发展趋势作出展望。随着我国经济的长足发展，建筑业向高层化、大型化、现代化的发展，高性能砼必将成为新世纪的重要建筑工程材料。
关键词： 高性能砼； 耐久性； 体积稳定性
目录
摘 要 ………………………………………………………………………………………...I
目 录 ……………………………………………………………………………………….Ⅱ
前言 1
1 高性能砼产生的原因和研究成果 1
1.1 原因 1
1.2 研究现状和发展方向 2
2 高性能砼的性能和应用 2
2.1 高性能砼的理念 2
2.2 高性能砼的性能 3
2.3 高性能砼发展前和应用中的问题 3
3 高性能砼土的质量与施工中如何控制 4
3.1 高性能砼的原材料及选用 4
3.2 配合比与控制要点 5
3.3 高性能砼的施工控制 6
4 高性能砼的特点 7
4.1 高耐久性能 7
4.2 高工作性能 8
4.3 其它性能 8
5 环保高性能砼 8
5.1 研究和发展环保高性能砼的必要性 8
5.2 环保高性能砼的可行性 9
5.3 环保高性能砼的发展 9
6 高性能砼的发展与前景 10
结论 10
参考文献资料 11
致 谢 12
前 言
砼材料至今已有100多年的历史，以水泥为胶结材的砼也取得了巨大的发展，由普通砼向高性能砼发展。从上世纪以来，砼就己成为房屋建筑、桥梁、公路等现代工程结构首选材料，砼作为土木工程中最主要的人造材料，其用量非常巨大，随着我国近年来工业化、城市化进程的加快，其用量将继续快速增长。进入21世纪后，随着科学技术的快速发展，各种新型砼涌现出来。砼能否长期作为最主要的建筑结构材料之一，其本身必须具有高强度、高工作性、高耐久性等性能，因此高性能砼是现代砼技术发展的必然结果，是砼的发展趋势。
高性能砼是20世纪80、90年代，一些发达国家基于砼结构耐久性设计提出的一种全新概念的砼，它以耐久性为首要设计指标，这种砼有可能为基础设施工程提供100年以上的使用寿命。区别于传统砼，高性能砼由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多特性，被认为是目前全世界性能最为全面的砼，至今已在建设工程中被广泛应用，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，被认为是今后砼技术的发展方向。
1 高性能砼产生的原因和研究成果
1.1 原因
当今大跨度、高建筑层、海洋设施、军事工程结构的发展对砼提出了更高的要求;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, 高性能砼就是在这种背景下出现并逐步完善与发展的。
砼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。传统砼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，生产砼所消耗的能源和造成的污染相对较小或小得多，砼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，由于砼过早劣化，如何处置费旧工程拆除后的砼垃圾也给环境带来威胁。
因此，未来的砼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，未来的砼必须是高性能的，尤其是耐久的。耐久和高强都意味着节约资源。“高性能砼”正是在这种原因下产生的。
1.2 研究成果和发展方向
关于砼的过早老化、劣化问题，发达国家在20世纪80年代中期掀起了一个以改善砼材料耐久性为主要目标的“高性能砼”开发研究的高潮，并得到了各国政府的重视。从20世纪80年代开始，各国砼结构设计中逐渐突出耐久性设计的考虑，从只重视强度设计向强度与耐久性并重。进入20世纪90后代以后，砼结构耐久性设计方法成为土木工程领域中的研究重点。针对不同环境类别的侵蚀作用，提出材料性能劣化的理论或经验模式，并据此估算结构的使用寿命，成为发展和研究耐久性设计方法的主流。目前，高性能砼的发展有以下几个方向：
(1)环保高性能砼
砼是当代最大的人造材料之一，对资源、能源的消耗和对环境的破坏十分巨大，与可持续发展的要求不相符合。绿色高性能砼研究和应用较多的是粉煤灰砼，粉煤灰砼与基准砼相比，大大提高了新拌砼的工作性能，明显降低砼硬化阶段的水化热，提高砼强度，特别是后期强度。而且，节约水泥，减少环境污染，成为绿色高性能砼的代表性材料。
(2)超高性能砼
超高性能砼，如活性粉末砼, 其特点是高强度，抗压强度高达300MPa，且具有高密实性，已在军事、核电站等特殊工程中成功应用。
(3)智能砼
智能砼是在砼原有的组分基础上复合智能型组分，使砼材料具有自感知、自适应、自修复特性的多功能材料，对环境变化具有感知和控制的功能。随着损伤自诊断砼、温度自调节砼、仿生自愈合砼等一系列机敏砼的出现，为智能砼的研究、发展和智能砼结构的研究应用奠定了基础。
2 高性能砼的性能和应用
2.1 高性能砼的理念
高性能砼是近些年发展起来的一种新型砼。西方（欧洲）砼学会和国际预应力砼协会将HPC定义为水胶比低于0.40的砼；在亚洲发达国家（如日本），将高流态的自密实砼（即免振砼）称为HPC；中国土木工程学会高强与高性能砼委员会将HPC定义为以耐久性和可持续发展为基本要求并适合工业化生产与施工的砼。虽然在不同的国家，不同的学者或工程技术人员，对HPC的理解有所不同。比如美国学者更强调高强度和尺寸稳定性，欧洲学者更注重耐久性，而日本学者偏重于高工作性。但是他们的基本点都是高耐久性，这方面的认识是一致的。
2.2 高性能砼的性能
与普通砼相比，高性能砼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，能够使砼结构安全可靠地工作50～100年以上，是高性能砼应用的主要目的。
2.工作性：坍落度是评价砼工作性的主要指标，HPC的坍落度控制功能好，在振捣的过程中，高性能砼粘性大，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，由于高性能砼的水灰比低，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.性能：由于砼是一种非均质材料,强度受诸多因素的影响，水灰比是影响砼强度的主要因素，对于普通砼，随着水灰比的降低，砼的抗压强度增大，高性能砼中的高效减水剂对水泥的分散能力强、减水率高，可大幅度降低砼单方用水量。在高性能砼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，提高砼的密实度和强度。
4.体积稳定性：高性能砼具有较高的体积稳定性，即砼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：高性能砼较高的强度、良好的耐久性和工艺性都能使其具有良好的经济性。高性能砼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；高性能砼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，提高效应。
发现用C110~C137的高性能砼替代C40~C60的砼，可以节约15%~25%的钢材和30%~70%的水泥。虽然HPC本身的价格偏高，但是其优异的性能使其具有了良好的经济性。概括起来说，高性能砼就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的砼，能最大限度地延长砼结构的使用年限，并能降低工程成本。
2.3 高性能砼发展前和应用中的问题
在高性能砼的应用过程中也存在问题，在高性能砼的原材料方面，我国水定，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。在高性能砼的施工过程中，施工人员的技术水平有限，养护措施不到位，使HPC的密
