高性能混凝土發(fā)展的歷史背景及目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀土木工程畢業(yè)論文

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1、摘 要 隨著我國改革開放和現(xiàn)代化進程的加快，我國的建設(shè)規(guī)模正日益增大，如何保證建筑工程質(zhì)量的同時也能使工程能長久的安全使用下去，日益受到各級政府和社會各界的廣泛關(guān)注。在眾多的土木工程建設(shè)中，混凝土的應(yīng)用面之廣，使用次數(shù)之多是很少見的。尤其中近年來，一種較新的混凝土技術(shù)正在快速發(fā)展并且運用到許多實際工程項目中，那就是高性能混凝土。 高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC) 由于具有高耐久性、高工作性、高強度和高體積穩(wěn)定性等許多優(yōu)良特性，被認為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程。 本文主要介

2、紹了高性能混凝土發(fā)展的歷史背景及目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，闡明了高性能混凝土的特性，列舉了高性能混凝土在國內(nèi)外研究應(yīng)用中的重要成果，并對其發(fā)展趨勢作出展望。隨著我國建筑向高層化、大型化、現(xiàn)代化的發(fā)展，HPC必將成為新世紀的重要建筑工程材料。 關(guān)鍵詞：高性能混凝土；耐久性；體積穩(wěn)定性 目 錄 摘 要 ………………………………………………………………………………………...I 目 錄 ……………………………………………………………………………………….Ⅱ 第一章 引 言 1 1 高性能混凝土產(chǎn)生的背景和研究現(xiàn)狀 1 1.1 背景 1

3、 1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向 2 2 高性能混凝土的性能研究和應(yīng)用分析 2 2.1 高性能混凝土的概念 2 2.2 高性能混凝土的性能 3 2.3 高性能混凝土發(fā)展和應(yīng)用中所面臨的問題 3 3 高性能混凝土質(zhì)量與施工控制 4 3.1 高性能混凝土原材料及其選用 4 3.2 配合比設(shè)計控制要點 5 3.2.1 設(shè)計思路有很大區(qū)別 5 3.2.2 膠凝材料用量及粉煤灰所占比例 6 3.2.3 含氣量的要求 6 3.2.4 電通量指標 6 3.3 高性能混凝土的施工控制 6 4 高性能混凝土的特點 7 4.1 高耐久性能 7 4.2 高工作性能 8 4.3 其它 8

4、 5 綠色高性能混凝土 8 5.1 研發(fā)綠色高性能混凝土的必要性 8 5.2 綠色高性能混凝土的可行性 9 5.3 綠色高性能混凝土的發(fā)展 9 6 高性能混凝土的發(fā)展前景 10 結(jié) 論 10 參考文獻 11 致 謝 12 ~ 12 ~ 第一章 引 言 從1824年波特蘭水泥發(fā)明開始，混凝土材料至今已有100多年的歷史，以水泥為膠結(jié)材的混凝土也取得了具大的發(fā)展，由普通混凝土向高性能混凝土發(fā)展。從20世紀以來，混凝土就己成為房屋建筑、橋梁、水利、公路等現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)首選材料，混凝土作為土木工程中最大宗的人造材料，其用量巨大。據(jù)統(tǒng)計，當今我國每年混凝土用量約10

5、9m3，并且隨著我國近年來工業(yè)化、城市化進程的加快，其用量將繼續(xù)快速增長。人類進入21世紀，隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，一種又一種新型混凝土涌現(xiàn)出來?；炷聊芊耖L期作為最主要的建筑結(jié)構(gòu)材料，其本身必須具有高強度、高工作性、高耐久性等性能，因此高性能混凝土是現(xiàn)代混凝土技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，是混凝土的發(fā)展方向。 高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC)是20世紀80年代末90年代初，一些發(fā)達國家基于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計提出的一種全新概念的混凝土，它以耐久性為首要設(shè)計指標，這種混凝土有可能為基礎(chǔ)設(shè)施工程提供100年以上的使用壽命。區(qū)別于傳統(tǒng)混凝土，高性能混凝土由于具有高

6、耐久性、高工作性、高強度和高體積穩(wěn)定性等許多優(yōu)良特性，被認為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程中顯示出其獨特的優(yōu)越性，在工程安全使用期、經(jīng)濟合理性、環(huán)境條件的適應(yīng)性等方面產(chǎn)生了明顯的效益，因此被各國學者所接受，被認為是今后混凝土技術(shù)的發(fā)展方向。 1 高性能混凝土產(chǎn)生的背景和研究現(xiàn)狀 1.1 背景 當代大跨、高層、海洋、軍事工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展對混凝土提出的更高的要求;處在惡劣環(huán)境下既有建筑不斷劣化、退化導致過早失效、退役甚至出現(xiàn)惡性事故造成巨大損失的嚴重后果;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

7、重影響進一步發(fā)展的嚴酷現(xiàn)實。這就要求混凝土不斷提高以耐久性為重點的各項性能, 多使用天然材料及工業(yè)廢渣保護環(huán)境, 走可持續(xù)發(fā)展的道路, 高性能混凝土就是在這種背景下出現(xiàn)并逐步完善與發(fā)展的。 混凝土作為用量最大的人造材料，不能不考慮它的使用對生態(tài)環(huán)境的影響。傳統(tǒng)混凝土的原材料都來自天然資源。每用1t水泥，大概需要0.6t以上的潔凈水，2t砂、3t以上的石子；每生產(chǎn)1t硅酸鹽水泥約需1.5t石灰石和大量燃煤與電能，并排放1tCO2，而大氣中CO2濃度增加是造成地球溫室效應(yīng)的原因之一。盡管與鋼材、鋁材、塑料等其它建筑材料相比，生產(chǎn)混凝土所消耗的能源和造成的污染相對較小或小得多，混凝土本身也是一種潔

8、凈材料，但由于它的用量龐大，過度開采礦石和砂、石骨料已在不少地方造成資源破壞并嚴重影響環(huán)境和天然景觀。有些大城市現(xiàn)已難以獲得質(zhì)量合格的砂石。另一方面，由于混凝土過早劣化，如何處置費舊工程拆除后的混凝土垃圾也給環(huán)境帶來威脅。 因此，未來的混凝土必須從根本上減少水泥用量，必須更多地利用各種工業(yè)廢渣作為其原材料；必須充分考慮廢棄混凝土的再生利用，未來的混凝土必須是高性能的，尤其是耐久的。耐久和高強都意味著節(jié)約資源。“高性能混凝土”正是在這種背景下產(chǎn)生的。 1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向 針對混凝土的過早劣化，發(fā)達國家在20世紀80年代中期掀起了一個以改善混凝土材料耐久性為主要目標的“高性能混凝

9、土”開發(fā)研究的高潮，并得到了各國政府的重視。從20世紀80年代開始，各國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中逐漸突出了耐久設(shè)計的考慮，從只重視強度設(shè)計向強度與耐久性并重。進入20世紀90后代以后，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計方法成為土木工程領(lǐng)域中的研究重點。針對不同環(huán)境類別的侵蝕作用，提出材料性能劣化的理論或經(jīng)驗?zāi)Ｊ剑?jù)此估算結(jié)構(gòu)的使用壽命，成為發(fā)展和研究耐久性設(shè)計方法的主流。目前，高性能混凝土的發(fā)展有以下幾個方向： (1)綠色高性能混凝土 水泥混凝土是當代最大宗的人造材料，對資源、能源的消耗和對環(huán)境的破壞十分巨大，與可持續(xù)發(fā)展的要求背道而馳。綠色高性能混凝土研究和應(yīng)用較多的是粉煤灰混凝土，粉煤灰混凝土與基準混

10、凝土相比，大大提高了新拌混凝土的工作性能，明顯降低混凝土硬化階段的水化熱，提高混凝土強度特別是后期強度。而且，節(jié)約水泥，減少環(huán)境污染，成為綠色高性能混凝土的代表性材料。 (2)超高性能混凝土 超高性能混凝土，如活性粉末混凝土（Reactive Powder con-crete,RPC）,其特點是高強度，抗壓強度高達300MPa，且具有高密實性，已在軍事、核電站等特殊工程中成功應(yīng)用。 (3)智能混凝土 智能混凝土是在混凝土原有的組分基礎(chǔ)上復合智能型組分，使混凝土材料具有自感知、自適應(yīng)、自修復特性的多功能材料，對環(huán)境變化具有感知和控制的功能。隨著損傷自診斷混凝土、溫度自調(diào)節(jié)混凝土、仿生自愈

11、合混凝土等一系列機敏混凝土的出現(xiàn)，為智能混凝土的研究、發(fā)展和智能混凝土結(jié)構(gòu)的研究應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 2 高性能混凝土的性能研究和應(yīng)用分析 2.1 高性能混凝土的概念 高性能混凝土是近20余年發(fā)展起來的一種新型混凝土。歐洲混凝土學會和國際預應(yīng)力混凝土協(xié)會將HPC定義為水膠比低于0.40的混凝土；在日本，將高流態(tài)的自密實混凝土（即免振混凝土）稱為HPC；中國土木工程學會高強與高性能混凝土委員會將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)與施工的混凝土。雖然在不同的國家，不同的學者或工程技術(shù)人員，對HPC的理解有所不同。比如美國學者更強調(diào)高強度和尺寸穩(wěn)定性，歐洲學者更注重

12、耐久性，而日本學者偏重于高工作性。但是他們的基本點都是高耐久性，這方面的認識是一致的。 2.2 高性能混凝土的性能 與普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下獨特的性能： 1.耐久性。高效減水劑和礦物質(zhì)超細粉的配合使用，能夠有效的減少用水量，減少混凝土內(nèi)部的空隙，能夠使混凝土結(jié)構(gòu)安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土應(yīng)用的主要目的。 2.工作性。坍落度是評價混凝土工作性的主要指標，HPC的坍落度控制功能好，在振搗的過程中，高性能混凝土粘性大，粗骨料的下沉速度慢，在相同振動時間內(nèi)，下沉距離短，穩(wěn)定性和均勻性好。同時，由于高性能混凝土的水灰比低，自由水少，且摻入超細粉，

13、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.力學性能。由于混凝土是一種非均質(zhì)材料,強度受諸多因素的影響，水灰比是影響混凝土強度的主要因素，對于普通混凝土，隨著水灰比的降低，混凝土的抗壓強度增大，高性能混凝土中的高效減水劑對水泥的分散能力強、減水率高，可大幅度降低混凝土單方用水量。在高性能混凝土中摻入礦物超細粉可以填充水泥顆粒之間的空隙，改善界面結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實度，提高強度。 4.體積穩(wěn)定性。高性能混凝土具有較高的體積穩(wěn)定性，即混凝土在硬化早期應(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)濟性。高性能混凝土較高的強度、良好的耐久性和工藝性都能使其具有良好的經(jīng)濟

14、性。高性能混凝土良好的耐久性可以減少結(jié)構(gòu)的維修費用，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，收到良好的經(jīng)濟效益；高性能混凝土的高強度可以減少構(gòu)件尺寸，減小自重，增加使用空間；HPC良好的工作性可以減少工人工作強度，加快施工速度，減少成本。前蘇聯(lián)學者研究 發(fā)現(xiàn)用C110~C137的高性能混凝土替代C40~C60的混凝土，可以節(jié)約15%~25%的鋼材和30%~70%的水泥。雖然HPC本身的價格偏高，但是其優(yōu)異的性能使其具有了良好的經(jīng)濟性。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。 2.3 高性能混凝土發(fā)展和應(yīng)用中所面臨的問題

15、 在高性能混凝土的應(yīng)用過程中也存在一些問題，在高性能混凝土的原材料方面，我國水泥質(zhì)量不穩(wěn)定，離散性大；在骨料方面，粗骨料質(zhì)量低劣，含泥量大，級配較差，細骨料細度模數(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。在高性能混凝土的施工過程中，施工人員的技術(shù)水平有限，養(yǎng)護措施不到位，使HPC的密實性和質(zhì)量不穩(wěn)定；在高性能混凝土的耐久性方面，由于高性能混凝土微管中水分的蒸發(fā)與凝聚而產(chǎn)生的收縮，使混凝土表面產(chǎn)生裂縫，這對HPC的抗碳化、抗凍融循環(huán)作用以及抗氯離子擴散等都是不利的，高性能混凝土的水泥用量高，水灰比低，硬化后長期處于水中時，水分通過微管擴散到內(nèi)部，未水化的水泥粒子進一步水化

16、，產(chǎn)生微膨脹也會使混凝土表面產(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；在高性能混凝土的設(shè)計方面，由于高性能混凝土的后期強度增長不及普通混凝土，而且脆性大，需要特別注意。同時，在高性能混凝土的研究方面，現(xiàn)在的研究以實驗室研究為主，但是實驗室的情況與實際工況相差較大，這不利于今后高性能混凝土的推廣應(yīng)用。 3 高性能混凝土質(zhì)量與施工控制 3.1 高性能混凝土原材料及其選用 3.1.1.細集料。細集料宜選用質(zhì)地堅硬、潔凈、級配良好的天然中、粗河砂,其質(zhì)量要求應(yīng)符合普通混凝土用砂石標準中的規(guī)定。砂的粗細程度對混凝土強度有明顯的影響,一般情況下,

17、砂子越粗,混凝土的強度越高。配制C50～C80的混凝土用砂宜選用細度模數(shù)大于2.3的中砂,對于C80～C100的混凝土用砂宜選用細度模數(shù)大于2.6的中砂或粗砂。 3.1.2.粗集料。高性能混凝土必須選用強度高、吸水率低、級配良好的粗集料。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,級配符合規(guī)范要求。由于高性能混凝土要求強度較高,就必須使粗集料具有足夠高的強度,一般粗集料強度應(yīng)為混凝土強度的115倍～210倍或控制壓碎指標值＞10﹪。最大粒徑不應(yīng)大于25mm,以10mm～20mm為佳,這是因為,較小粒徑的粗集料,其內(nèi)部產(chǎn)生缺陷的幾率減小,與砂漿的粘結(jié)面積增大

18、,且界面受力較均勻。另外,粗集料還應(yīng)注意集料的粒型、級配和巖石種類,一般采取連續(xù)級配,其中尤以級配良好、表面粗糙的石灰?guī)r碎石為最好。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,從而提高混凝土的體積穩(wěn)定性。 3.1.3.細摻合料。配制高性能混凝土時,摻入活性細摻合料可以使水泥漿的流動性大為改善,空隙得到充分填充,使硬化后的水泥石強度有所提高。更重要的是,加入活性細摻合料改善了混凝土中水泥石與骨料的界面結(jié)構(gòu),使混凝土的強度、抗?jié)B性與耐久性均得到提高。活性細摻合料是高性能混凝土必用的組成材料。在高性能混凝土中常用的活性細摻合料有硅粉(SF)、磨細礦渣粉(BFS)、粉煤灰(FA)、天然沸石

19、粉(NZ)等。粉煤灰是火電廠燃煤鍋爐排出的煙道灰,它能有效提高混凝土的抗?jié)B性,顯著改善混凝土拌合物的工作性,大摻量粉煤灰混凝土還對環(huán)境保護和節(jié)約資源有重要意義。配制高性能混凝土的粉煤灰宜用含碳量低、細度低、需水量低的優(yōu)質(zhì)粉煤灰。礦渣是高爐煉鐵排出的熔融礦渣在高溫狀態(tài)下迅速水淬冷卻而成的,用于高性能混凝土的磨細礦渣細度大于水泥,能提高混凝土的工作性和耐久性。硅粉是電爐法生產(chǎn)硅鐵合金所排放的煙道灰,SiO2含量大于90﹪,平均粒徑約011μm,比表面積>20000㎡/kg,借助大劑量高效減水劑和強力攪拌作用,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,在各種摻合料中對混凝土的增強作用

20、最為顯著,是國際上制備超高強混凝土最通用的超細活性摻合料。 3.1.4.減水劑及緩凝劑。由于高性能混凝土具有較高的強度,且一般混凝土拌合物的坍落度較大(15～20㎝左右),在低水膠比(一般＜0.35)一般的情況下,要使混凝土具有較大的坍落度,就必須使用高效減水劑,且其減水率宜在20﹪以上。有時為減少混凝土坍落度的損失,在減水劑內(nèi)還宜摻有緩凝的成份。此外,由于高性能混凝土水膠比低,水泥顆粒間距小,能進人溶液的離子數(shù)量也少,因此減水劑對水泥的適應(yīng)性表現(xiàn)更為敏感。因大部分高性能混凝土施工時采用泵送,故摻減水劑后混凝土拌合物的坍落度損失不能太快太大,否則影響泵送。 3.1.5.礦物摻合料。(1)粉

21、煤灰,粉煤灰是燃燒煤粉的鍋爐煙氣中收集到的細微粉末,又稱“飛灰”(Fly Ash),其顆粒多呈球形,表面光滑。大量的實踐證明:摻用粉煤灰的混凝土,其長期性能可得到大幅度的改善,對延長構(gòu)筑物的使用壽命有重要意義。粉煤灰在混凝土中的主要作用包括以下幾個方面:①填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤滑層,產(chǎn)生“滾珠潤滑”效應(yīng);②對水泥顆粒起物理分散作用,使其分布得更均勻;③粉煤灰和聚集在骨料顆粒周圍的氫氧化鈣結(jié)晶發(fā)生火山灰反應(yīng),生成具有膠凝性質(zhì)的產(chǎn)物,加強了薄弱的過渡區(qū),對改善混凝土的各項性能有顯著作用;④粉煤灰延緩了水化速度,減小混凝土因水化熱引起的溫升,對防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫十分有利;⑤可減小混凝

22、土溫度開裂的危險,同時由于加快了火山灰反應(yīng),還可提高28d強度。值得注意的是,粉煤灰的水泥取代率對強度影響顯著,較好的早期強度和后期強度的水泥取代率應(yīng)小于10%。當粉煤灰摻量較低時,只會對水泥早期水化熱有影響,但對7d齡期的水化熱幾乎沒有影響。(2)硅粉(Silica Fume,簡寫SF)又稱硅灰,是從生產(chǎn)硅鐵或硅鋼等合金所排放的煙氣中收集到的顆粒極細的煙塵。硅粉主要由非常微小、表面光滑的玻璃態(tài)球形顆粒組成，粒徑為0.1μm～1.0μm,是水泥粒徑的1/50～1/100,一般比表面積為18500㎡/kg～20000㎡/kg,主要化學成分為二氧化硅,其含量在90%以上。在混凝土中摻加少量硅粉或以

23、硅粉取代部分水泥,結(jié)合應(yīng)用減水劑,可使混凝土各方面的物理力學性能都得到顯著提高,硅粉的適宜摻量為水泥用量的5﹪～10﹪。硅粉的加入,對混凝土的性能的影響主要有:①改善了新拌混凝土的粘聚性、保水性,提高了需水量;②提高了混凝土的強度,增大了彈性模量和混凝土的干縮;③提高了混凝土的耐久性。另外,在配制硅粉混凝土時必須注意:①由于硅粉的需水量比水泥大,在配制硅粉混凝土時,一般要摻加減水劑。在選擇減水劑時,應(yīng)使之與所用的水泥具有相容性,否則,容易影響混凝土的工作性能。同時,根據(jù)減水劑性能及需求的減水需求來選擇合適的摻量。②比表面積和活性SiO2含量是硅粉的重要指標,硅粉比表面積越大、活性SiO2含量越

24、高,硅粉性能越好,配制硅粉混凝土需選擇具有良好性能的硅粉。③硅粉混凝土的干縮一般比普通混凝土大,配制高性能混凝土時應(yīng)采取補償收縮的措施,如摻加粉煤灰等。 3.2 配合比設(shè)計控制要點 3.2.1.設(shè)計思路有很大區(qū)別 在以往的配合比設(shè)計方法中，是按混凝土的強度等級要求計算水灰比，而現(xiàn)在則是按耐久性的要求，首先根據(jù)環(huán)境作用等級確定電通量指標，由此來選擇水膠比、控制膠凝材料最小用量以及摻和料的比例。由于客專隧道的襯砌和仰拱設(shè)計強度等級為C30或C35，一般來說，為滿足電通量要求和水膠比限值要求，混凝土的強度一般都是超強的。 3.2.2.膠凝材料用量及粉煤灰所占比例 在進行配合比參數(shù)設(shè)計時，為

25、保證混凝土的耐久性，混凝土中膠凝材料總量應(yīng)處在一個適宜范圍內(nèi)，不僅有最低限要求，同時，對于C30及以下混凝土，膠凝材料總量不宜高于400kg/m3，C35～C40不宜高于450kg/m3。鐵路客運專線大力提倡使用粉煤灰、礦渣粉等礦物摻和料，與普通硅酸鹽水泥一起作為膠凝材料。使用粉煤灰等礦物摻和料，并不是單純地考慮降低混凝土成本，首先是為了混凝土耐久性的需要，特別是可以有效改善混凝土抵抗化學侵蝕的能力（包括氯化物侵蝕、硫酸鹽侵蝕、堿骨料反應(yīng)等）。國內(nèi)外的大量研究表明，粉煤灰的摻量在20%以上時，改善混凝土耐久性的效果較佳，更有研究資料表明，粉煤灰的最大摻量可達到50%左右。在《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久

26、性設(shè)計暫行規(guī)定》中明確規(guī)定，一般情況下，礦物摻和料摻量不宜小于膠凝材料總量的20%，當大于30%時，混凝土的水膠比不得大于0.45。 3.2.3.含氣量的要求 含氣量的要求也是客運專線高性能混凝土與普通混凝土的重要區(qū)別之一。以往工程僅在有抗凍要求時才考慮適當提高混凝土的含氣量，這是對混凝土耐久性的規(guī)律認識不足的表現(xiàn)。實際上，混凝土中適量的引氣，不僅能改善抗凍性，同時可顯著減輕混凝土的泌水性，使水在拌合物中的懸浮狀態(tài)更加穩(wěn)定，從而提高混凝土材料的均勻性和穩(wěn)定性。因此，客運專線規(guī)定，即使配制非抗凍混凝土時，含氣量也應(yīng)不小于2%，并且作為施工質(zhì)量控制的必檢項目之一。為適當提高混凝土的含氣量，并獲

27、得較佳的減水和保塑效果，可使用新型聚羧酸鹽減水劑。 3.2.4.電通量指標 該指標是客運專線對混凝土耐久性最重要、最具體的指標。目前我國尚無電通量試驗的國家標準，鐵路行業(yè)電通量試驗方法是以美國ASTMC1202 快速電量測定方法為基礎(chǔ)制定的，其所測指標可以最大程度地區(qū)分和評價混凝土的密實度，而密實度正是影響混凝土耐久性最為關(guān)鍵的因素。以往多是以抗?jié)B性來評價混凝土的密實程度，但實踐證明，抗?jié)B試驗只適合于判定較低強度等級混凝土的密實性，當強度等級超過C30后，抗?jié)B等級幾乎都能達到P20以上，再往下試驗比較困難。這正是用電通量指標取代抗?jié)B標號作為混凝土耐久性控制的主要原因。混凝土的電通量主要取決

28、于水膠比，通過大量試驗得到規(guī)律，一般水膠比小于0.5時基本可滿足電通量小于2000 的要求，水膠比小于0.45時基本可滿足電通量小于1500的要求。 3.3 高性能混凝土的施工控制 3.3.1.攪拌。混凝土原材料應(yīng)嚴格按照施工配合比要求進行準確稱量,稱量最大允許偏差應(yīng)符合下列規(guī)定(按重量計):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、行星式或逆流式強制攪拌機攪拌混凝土,采用電子計量系統(tǒng)計量原材料。攪拌時間不宜少于2min,也不宜超過3min。炎熱季節(jié)或寒冷季節(jié)攪拌混凝土時,必須采取有效措施控制原材料溫度,以保證混凝土的入模溫度滿足規(guī)定。 3.3.2

29、.運輸。應(yīng)采取有效措施，保證混凝土在運輸過程中保持均勻性及各項工作性能指標不發(fā)生明顯波動。應(yīng)對運輸設(shè)備采取保溫隔熱措施,防止局部混凝土溫度升高(夏季)或受凍(冬季)。應(yīng)采取適當措施防止水分進入運輸容器或蒸發(fā)。 3.3.3.澆筑。(1)混凝土入模前,應(yīng)采用專用設(shè)備測定混凝土的溫度、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)計或配合比要求的混凝土方可入模澆筑。混凝土的入模溫度一般宜控制在5～30℃(2)混凝土澆筑時的自由傾落高度不得大于2m當大于2m時,應(yīng)采用滑槽、串筒、漏斗等器具輔助輸送混凝土,保證混凝土不出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象。（3）混凝土的澆筑應(yīng)采用分層連續(xù)推移的方式進行,間

30、隙時間不得超過90min,不得隨意留置施工縫。（4）新澆混凝土與鄰接的己硬化混凝土或巖土介質(zhì)間澆筑時的溫差不得大于15℃。 3.3.4．振搗。可采用插入式振動棒、附著式平板振搗器、表面平板振搗器等振搗設(shè)備振搗混凝土。振搗時應(yīng)避免碰撞模板、鋼筋及預埋件。采用插入式振搗器振搗混凝土時,宜采用垂直點振方式振搗。每點的振搗時間以表面泛漿或不冒大氣泡為準,一般不宜超過30s,避免過振。若需變換振搗棒在混凝土拌合物中的水平位置,應(yīng)首先豎向緩慢將振搗棒拔出,然后再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。 3.3.5.養(yǎng)護。高性能混凝土早期強度增長較快,一般3天達到設(shè)計強度的60%,7天達到設(shè)

31、計強度的80%,因而,混凝土早期養(yǎng)護特別重要。通常在混凝土澆注完畢后采取以帶模養(yǎng)護為主,澆水養(yǎng)護為輔,使混凝土表面保持濕潤。養(yǎng)護時間不少于14天。 3.3.6．質(zhì)量檢驗控制。除施工前嚴格進行原材料質(zhì)量檢查外，在混凝土施工過程中，應(yīng)對混凝土的以下指標進行檢查控制：混凝土拌合物：水膠比、坍落度、含氣量、入模溫度、泌水率、勻質(zhì)性。硬化混凝土：標準養(yǎng)護試件抗壓強度、同條件養(yǎng)護試件抗壓強度、抗?jié)B性、電通量等。 4 高性能混凝土的特點 4.1 高耐久性能 高性能混凝土的重要特點是具有高耐久性, 而耐久性則取決于抗?jié)B性;抗?jié)B性又與混凝土中的水泥石密實度和界面結(jié)構(gòu)有關(guān)。由于高性能混凝土摻加了高

32、效減水劑,其水膠比很低(≤0138),水泥全部水化后,混凝土沒有多余的毛細水,孔隙細化,最可幾孔徑很小, 總孔隙率低;再者高性能混凝土中摻加礦物質(zhì)超細粉后,混凝土中骨料與水泥石之間的界面過渡區(qū)孔隙能得到明顯的降低,而且礦物質(zhì)超細粉的摻加還能改善水泥石的孔結(jié)構(gòu), 使其≥100μm的孔含量得到明顯減少,礦物質(zhì)超細粉的摻加也使得混凝土的早期抗裂性能得到了大大的提高。以上這些措施對于混凝土的抗凍融、抗中性化、抗堿- 集料反應(yīng)、抗硫酸鹽腐蝕,以及其它酸性和鹽類侵蝕等性能都能得到有效的提高。 4.2 高工作性能 高性能混凝土具有良好的流變學性能, 高流動性,不泌水,不離析,能在正常施工條件下保證混

33、凝土結(jié)構(gòu)的密實性和均勻性,對于某些結(jié)構(gòu)的特殊部位(如梁柱接頭等鋼筋密集處)還可采用自流密實成型混凝土,從而保證該部位的密實性,這樣就可以減輕施工勞動強度,節(jié)約施工能耗。 4.3 其它 高性能混凝土具有較高的韌性、良好體積穩(wěn)定性和長期的力學性能穩(wěn)定性。高性能混凝土的高韌性要求其具有能較好地抵抗地震荷載、疲勞荷載及沖擊荷載的能力,混凝土的韌性可通過在混凝土摻加引氣劑或采用高性能纖維混凝土等措施得到提高。高性能混凝土的體積穩(wěn)定性表現(xiàn)在其優(yōu)良的抗初期開裂性, 低的溫度變形、低徐變及低的自收縮變形。雖然高性能混凝土的水灰比比較低, 但是如果將新型高效減水劑和增粘劑一起使用, 盡可能地降低單方用水

34、量, 防止離析,澆筑振實后立即用濕布或濕草簾加以覆蓋養(yǎng)護, 避免太陽光照射和風吹, 防止混凝土的水分蒸發(fā), 這樣高性能混凝土早期開裂就會得到有效的抑制。高性能混凝土摻加了粉的普通混凝土都得到了顯著降低, 這對于大體積混凝土的溫控和防裂十分有利。國內(nèi)已有研究表明,對于外摻加40%粉煤灰的高性能混凝土,不管是在標準養(yǎng)護還是在蒸壓養(yǎng)護條件下,其360d齡期的徐變度(單位徐變應(yīng)力的徐變值)均小于同強度等級的普通混凝土,高性能混凝土徐度度僅為普通混凝土的50%左右。高性能混凝土長期的力學穩(wěn)定性要求其在長期的荷載作用及惡劣環(huán)境侵蝕下抗壓強度、抗拉強度及彈性模量等力學性能保持穩(wěn)定。 5 綠色高性能混凝

35、土 5.1 研發(fā)綠色高性能混凝土的必要性 1990年美國首先提出了高性能混凝土,得到了世界各國和專家的認可,法國政府組織包括政府研究機構(gòu)、高等院校、建筑公司等單位開展了高性能混凝土的研究。1996年,法國公共工程部和教育與研究部又組織了為期4年的國家研究項目“高性能混凝土2000",投人了600萬美元作為研究經(jīng)費。1994年,美國聯(lián)邦政府16個機構(gòu)聯(lián)合提出了一個在基礎(chǔ)設(shè)施施工中應(yīng)用高性能混凝土的決議,并決定在10年投資2億美元進行研究。綠色是綠色環(huán)保,人類社會越發(fā)展,對綠色環(huán)保的要求越迫切。國外有位學者寫一篇綜述,題為“昨天和今天的水泥,明天的混凝土”,文中指出21世紀水泥工業(yè)應(yīng)改名為

36、水硬性膠凝材料工業(yè),而且應(yīng)是一種綠色工業(yè)。水泥和混凝土堪稱為世界上耗用量最大的材料,在我國尤其如此。我國人多地少,資源缺乏,同時也是世界上能源消耗的大國,以水泥和混凝土為例,我國水泥的年產(chǎn)量大約9億噸,占世界水泥產(chǎn)量的三分之一,混凝土產(chǎn)量約12億m3,世界混凝土年產(chǎn)量大約30億m3,混凝土的大量使用,需要大量水泥,水泥的生產(chǎn)又極大地影響了環(huán)境,直接影響子孫后代的生活,所以綠色高性能的發(fā)展是事在必行。綠色高性能混凝土的研究及使用,即保護了環(huán)境,又提高了混凝土的性能。以粉煤灰為例,現(xiàn)已研發(fā)與使用的綠色高性能混凝土,絕大部分把粉煤灰作主要摻料,粉煤灰是工業(yè)廢料,如不很好利用,會對環(huán)境造成二次污染,在

37、綠色高性能混凝土中采用粉煤灰,即解決了二次污染,又降低了混凝土的成本,同時提高了混凝土的性能,主要表現(xiàn)在提高了混凝土的耐久性和工作性?；炷恋脑u價已由高強度轉(zhuǎn)為高性能,高性能中耐久性是一個主要的評定標準,混凝土不是一勞永逸的材料,它也是隨時間的增長、環(huán)境的影響和使用情況直接影響其使用壽命,一些發(fā)達國家面臨這個問題, 我們國家也面臨同樣的問題。1991年美國在提交國會《國家公路與橋梁現(xiàn)狀》的報告中指出,為了修理或更換現(xiàn)已存在缺陷的橋梁,需投資91 億美元如拖延維護進程,費用將增至1310億美元,美國每年用于混凝土維修的費用大約300億美元。我國是發(fā)展中國家,在工程建設(shè)中基本沒有維修費用,工程費用

38、主要在新建工程,建國以來,五、六十年代的工程量大,經(jīng)過幾十年的使用,可以說需維修的工程量肯定也是巨大的,費用是驚人的,因此,站在歷史的角度,站在發(fā)展的角度,研究混凝土高性能的意義巨大。 5.2 綠色高性能混凝土的可行性 綠色高性能混凝土是混凝土發(fā)展的方向,是我國國情的需要,是建筑工程發(fā)展的需要,是為了子孫后代造福的需要, 2005年建設(shè)部發(fā)布了《關(guān)于進一步做好建筑業(yè)10項新技術(shù)推廣應(yīng)用的通知》(建質(zhì)〔2005〕)26號)文件中第2項既是“高性能混凝土技術(shù)”。建設(shè)部部長汪光熹在第2屆國際智能綠色節(jié)能大會上表示:中國將大力開展科技創(chuàng)新以支援和促進行業(yè)發(fā)展,將對既有建筑節(jié)能改造成套技術(shù),低能

39、耗大型公關(guān)建筑技術(shù)等加快技術(shù)公關(guān),推動以節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)保為核心的建筑技術(shù)發(fā)展,逐步提高綠色建筑比重。因此,研發(fā)綠色高性能混凝土體現(xiàn)科學發(fā)展觀,是利國利民,惠及子孫之事。上述這些都為綠色高性能混凝土的研究與應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。 5.3 綠色高性能混凝土的發(fā)展 1997年3月的“高強與高性能混凝土”會議上,吳中偉院士首次出“綠色高性能混凝土(GHPC) ”的概念,并指出: GHPC是混凝土的發(fā)展方向,更是混凝土的未來。提高混凝土的綠色度,可以節(jié)約更多的資源與能源,將對環(huán)境的破壞減到最小。人類已經(jīng)進入21世紀,混凝土應(yīng)該更多地摻加工業(yè)廢渣摻和料,更多地節(jié)約水泥,有更高的強度和耐

40、久性。高性能混凝土(HPC)具有下列特征:(1)更多地節(jié)約熟料水泥,降低能耗與環(huán)境污染;(2)更多地摻加工業(yè)廢料為主的細摻料;(3)更大地發(fā)揮混凝土的高性能優(yōu)勢,減少水泥與混凝土的用量。因此,高性能混凝土本身就可成為綠色混凝土。事實上,許多工程如大體積水工建筑、基礎(chǔ)等對強度要求不高,但對耐久性、工作性、體積穩(wěn)定性、低水化熱等有很高要求,都應(yīng)采用HPC。例如日本跨海明石大橋基墩混凝土(50萬m3)要求高耐久性、高抗沖刷性與低升溫,而強度只要求20MPa,使用的就是摻加了復合外加劑與復合細摻料的HPC。由此可見,高性能混凝土并不一定強調(diào)高強,我國目前也己完成了普通混凝土的高性能化的研究和應(yīng)用。因此

41、,傳統(tǒng)的GHPC的應(yīng)用范圍可以進一步擴大,可以將歐美對HPC強度的低限50MPa降低到C30左右,原則是只要不損害混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如孔結(jié)構(gòu)、水化物結(jié)構(gòu)與界面結(jié)構(gòu)等,保證混凝土具有良好的耐久性與體積穩(wěn)定性。納米混凝土、再生混凝土、免振搗自密實高性能混凝土等都是綠色高性能混凝土。綠色高性能混凝土已被廣泛應(yīng)用于市政工程、民用建筑和工業(yè)建筑,與普通混凝土相比,高性能混凝土具有更好的施工性能和耐久性,同時可以更多地利用工業(yè)廢渣及其它廢棄物,有良好的經(jīng)濟指標和環(huán)保意義,因此,綠色高性能混凝土是混凝土的發(fā)展方向。 6 高性能混凝土的發(fā)展前景 隨著HPC的開發(fā)和應(yīng)用, 建筑對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響正引

42、起社會的關(guān)注。建筑物在建造和運行的過程中需消耗大量的自然資源和能源,并對環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響。有專家指出, 作為建筑工業(yè)主要原料的水泥,實際上是一種不可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)品。因此,高性能混凝土的技術(shù)核心是在限制水泥用量以獲得混凝土高性能的同時,堅持其可持續(xù)性的發(fā)展原則。21世紀前后, 吳中偉等提出了綠色混凝土的概念,在高性能混凝土的基礎(chǔ)上增加了三個含義:1)節(jié)約資源、能源;2)不破壞環(huán)境,更有利于環(huán)境;3)可持續(xù)發(fā)展, 既要滿足當代人的需求,又不危害后代人滿足其需要的能力。大力開展綠色高性能混凝土的研究和應(yīng)用高性能混凝土具有普通混凝土無法比擬的優(yōu)良性能,對混凝土的發(fā)展將起重要作用, 并為HPC的發(fā)

43、展指明了非常明確的方向。 結(jié) 論 探討了高性能混凝土配合比設(shè)計的基本要求和技術(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行了闡述。通過摻入礦物微細粉和高性能化學外加劑的技術(shù)途徑來配制高性能混凝土，既可改善混凝土的性能，又能降低生產(chǎn)成本，有利于高性能混凝土的推廣應(yīng)用。文中提出的設(shè)計方法具有準確、簡捷、適用范圍廣及程序化的特點，采用此方法配制的混凝土具有良好的工作性、力學性及耐久性。通過對高性能混凝土抗凍性能試驗研究可得出以下結(jié)論,混凝土的抗凍性主要與所引入的空氣含量、氣泡的質(zhì)量、混凝土強度和水膠比等因素密切相關(guān)，高性能混凝土的含氣量宜為2%

44、～4%，這樣配制的混凝土具有200次以上的抗凍性能。高性能混凝土的抗凍性能與外加劑密切相關(guān)，外加劑的摻量存在一個最優(yōu)值，本試驗中最優(yōu)摻量在0.95%～1.00%之間。如今我國HPC發(fā)展形勢一片良好，但是要使HPC 在建筑工程中推廣使用還需一個認識和實踐的過程。隨著我國建筑基礎(chǔ)建設(shè)的不斷增強，HPC必將成為新世紀的重要建筑工程材料?；谏鲜鎏攸c,高性能混凝土成為我國近期混凝土技術(shù)的主要發(fā)展方向。 參考文獻 [1] 吳中偉.高性能混凝土[M].北京:中國鐵道出版社,1999. [2] 吳中偉,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中國鐵道出版社，1999. [3] 丁大鈞.高性能混凝土及其在工程中的應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007. [4] 俞瑞堂．高性能混凝土的發(fā)展與展望[M]．水利水電工程設(shè)計，1997. [5] 陳肇元.等.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004. [6] 卞春麗,梁曉平.高性能混凝土技術(shù)特點及應(yīng)用[J].山西建筑 2007 ,33 (2) :1822183. [7] 陳家輝.高性能混凝土應(yīng)用現(xiàn)狀及其前景[J]廣東土木與建筑, 2000,(05).