混凝土发展及前景

高性能混凝土（High performance concrete, 简称HPC ）是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，对下列性能重点予以保证:耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。为此，高性能混凝土在配置上的特点是采用低水胶比，选用优质原材料，且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。

绿色混凝土是大量采用工业废渣细掺料、水泥用量降低30％一50％的低水泥用量生态混凝土，新型高性能减水剂使超细矿物掺和料用量大大增加，实现了大掺量粉煤灰、大掺量矿渣等免振捣的自密实绿色高性能混凝土。与普通混凝土相比，水灰比极低的高强、超高强高性能混凝土强度更高，结构尺寸更小，稳定性更好，结构的维修和重建费用更少，在恶劣条件下使用寿命更长．即耐久性好；轻集料混凝土的抗震性能和耐久性能是其他高性能混凝土不可比拟的，随着建筑结构向大跨、高层发展，为缩小结构断面，减轻结构自重，发展轻质、高强、节能的轻集料混凝土也是一个大趋势。钢筋混凝土、聚合物改性砂浆和混凝土、聚合物纤维增强混凝土，都显著改善了混凝土材料的性能，在实际工程中的应用领域正在不断扩大。

摘要：研究高性能混凝土和绿色高性能混凝土的现状与发展箱势后可以得出结论：掺加高性能减水剂和超细矿物掺和料的高性能混凝土是现代高性能水泥基材料的发展基础，高流动性和高耐久性是高性能混凝土发展的自身特点，自密实混凝土和高强混凝土是混凝土发展的方向。

关键词：绿色混凝土；高性能混凝土；高性能减水剂；超细矿物掺和料

1高性能混凝土、绿色高性能混凝土性能混凝土以满足现代施工要求为条的内涵与实现途径混凝土是当今最大宗的建筑工程材料。混凝土的性能包括两方面的内涵，首先是新拌混凝土的施工性能；其次是硬化混凝土的使用性能；因此，高性能混凝土的定义一般也包括高流动性和长期使用的力学性能和耐久性能曲方面。事实上，这两种性能是相互联系、不可分割的。高性能混凝士首先必须解决施工问题，混凝土是否轻质、高强、多功能，是否有利于环保、经济、耐久实用等，都属于混凝土的使用性能。随着混凝土结构物向大型化、高层化方向发展，现代施工更趋于机械化，任何混凝土都应首先满足建筑施工要求，因此，现代混凝土具有高流动性是第一位的。另外，达到使用性能和耐久性要求为目的，包括其他一些水泥基复合材料在内的混凝土，如钢筋混凝土、预应力混凝土、纤维增强混凝土、聚合物混凝土、喷射混凝土等。高性能混凝土是高流动性的混凝土．同时也是高耐久性的混凝土。绿色高性能混凝土概念8则主要强调混凝土在节约能源、保护环境方面的作用，其特征表现在三个方面：(1)更多地节约水泥熟料，减少环境污染和能源消耗(2)更多地掺加工业废渣，改善环境，减少二次污染；(3)混凝土自身更高的流动性和更高的强度，减少施工噪声，减轻混凝土结构自重，节约人力物力资源，降低成本。高性能混凝土应该更多地掺加工业废渣掺和料+更多地节约水泥，提高混凝土的耐久性和在节约资源能源、保护环境方面的作用，绿色高性能混凝土是现代混凝土技术发展的必然结果。混凝土要实现高性能化，解决问题的关键在于组成材料和工艺过程。首先，在组成材料和配合比方面，通常使用高性能减水剂和超细物掺和料。高性能减水剂应是性能更好、更能满足实际需要的高效减水剂，即除具有高效减水、改善混凝土孔结构和密实程度等性能外，还能控制混凝土的坍落度损失，更好地解决混凝土的引气、缓凝、泌等问题。可以说，没有高性能减水剂和超细矿物掺和料就不可能实高性能混凝土。 2高性能混凝土研究 2．1矿物超细粉的研究

众所周知，在混凝土中加入矿物超细粉，有助于改善水泥和高效减水剂之间的相容性。超细粉部分替代水泥熟料或水泥本身，既可改善混凝土的流动性，叉能提高其强度与耐久性．成为高性能混凝土中不可缺少的组成。超细粉的作用除具有微观填充效应外，还可同时具有形态塑化效应或火山灰效应等⋯，不同超细粉的作用也有区别。在我国．矿物掺和料的资源丰富，研究也比较深入，已研究开发的矿物超细粉品种包括硅灰、超细矿渣、超细粉煤灰、超细天然沸石粉及多种材料复合超细粉等。硅灰在增进混凝土强度方面作用特别显著，原因在于它优异的火山灰活性。有的硅灰对改善混凝土混合料的粘聚性及流动性效果也很明显。硅灰混凝土各龄期的强度均高出粉煤灰或其他掺和料混凝土相应龄期的强度，但与掺某些复合超细粉的混凝土性能相近。例如粉煤灰与硅灰复合可以克服硅灰的资源较少问题，利用粉煤灰的资源丰富、价格低廉的特点；矿渣一般具有较好的化减水作用，可以节约减水剂的用量，影响混凝土的早期强度，但在混凝土硬化后期强度增长较快；

沸石粉

建筑技术第34卷

对增进混凝土强度和抑制混凝土碱一骨料反应教果明显。存研究超细粉过程中离不开使用减水剂，减水剂的性能直接决定了超细粉的使用效果，有的复合超细粉掺有一定数量的减水剂，实践证明，矿物超细粉与减水利的“双掺”技术在混凝土工程巾的实际应用效果较好，是实现绿色混凝1‘最根本的手段。

2．2 新型高性能减水荆的研究如果没有高性能减水剂良好的绿化作用．那么经济实用的绿色混凝土必定难L 』实现。一般来说，减水剂用于混凝{：I}|主要起二个不同的作用：(1)改善混凝士施丁工作性；(2)减小水灰比，提高混凝{：的强度和耐久性；(3)节约水泥，减少混凝土初始缺陷。在混凝土中掺人高效减水剂后，许多性能如微观结构、孔隙率、吸附性、硬化速度、强度等都将发生改变，水泥矿物水化和水泥奉身的一些性能也会受到影响。住混凝土中使用超细矿物掺和料必须加入减水剂，目前国内外常用的萘系、蜜胺系，木质索类减水剂都不同程度地存在较严重的坍落度损失问题。氨基磺酸系减水剂在一定程度上可以控制混凝t 的坍落度损失，但过度缓凝、混凝土容易泌水等问题影响了其使用。新型高性能减水剂是目前国内外高性能混凝t 技术发展的一个重要方面“。在结{勾特征上，聚羧酸系减水荆完全不同于传统的萘磺酸甲醛缩合物或磺化三聚氰胺甲醛缩合物类高效减水剂，其亲水性的官能团主要为羧基，而憎水性的聚合物主链则主要是脂肪族结构单元，在线形主链上还带有许多一定K 度的侧链，形成所谓的梳形结构。它的分散和分散保持性能与化合物的结构有密切关系，良好的结构特征可以

使得其在混凝土中作为减水剂使用时，在用量很小的情况下就会对水泥颗粒产生很强的分散作用，而且这种分散作用还彳：会随着时间的延跃而明显降低，即表现出较好的坍落度保持性能。聚羧酸系高性能减水剂是配制免振捣自密实高性能混凝土和高强超高强高性能混凝土的首外加剂，混凝土著改善，聚羧酸系高效减水剂可以在保持混凝土的工作性和高流动性的条件下，使混凝土的水灰比降至最低，但并非所有的聚羧酸系高效减水剂都是高性能减水剂，分子结构不良的聚援酸系高效减水剂很难适应现代水泥和混凝土技术的要求。如何从不同的结构出发，设计合适的合成途径和工艺条件，从而研究其结构和性能之间的关系，进而确定含羧基聚合物的最佳组成和结构是混凝土减水剂研究领域一个有重 要意义且有待于突破的大课题。目前我国用于制高性能混凝土的减水剂多为萘系高效减水剂与缓凝剂、引气剂复合的高性能减水剂，减水率偏低、混凝土流动性损失过快等现象较严重。许多单位都在积极研究聚羧酸系高效减水剂，但尚无自行研制的工业化聚羧酸类高性能减水剂产品。 2．3混凝土的耐久性研究

混凝土耐久性指混凝土住使用过程中抗大气环境作用的能力。关于耐久性研究的内容通常包括研究混凝土抗化学侵蚀性、碱一骨料反应、冻融循环性能、抗氯离子渗透性或钢筋锈蚀等方面，如果从材料结构与性能关系的角度来看，高性混凝土的耐久性研究内容还包括组成材料配合比对耐久性的影响研究和水泥基材料的物理化学变化研究等。

(1)混凝土配合比直接关系到混

凝土耐久性，控制混凝土单方用水量、降低混凝土的水胶比是提高混凝土耐久性最重要的途径。高性能混凝土的水胶比很低，掺和料用量大，故其耐久性比普通混凝土高。在日本，高性能混凝土的单方用水量控制在185 kg以下，对于免振捣自密实混凝土，单方用水量也控制在185k 左右。水胶比低于0．4，掺和料的用量一般超过水泥用量的20％，砂率在45％以上。在我国，可以选用的非萘系新型高性能减水剂品种很少，免振捣自密实混凝土的单方用水量偏高，对C100以上的高性能混凝土研究与应用也较少，混凝土配合比还需要进一步研究。

(2)低水灰比的水泥基材料物化

性能研究包括研究高性能混凝土自收缩与自膨胀问题161，这是与混凝土耐久性有关的课题。在水化凝结硬化初期，高性能混凝土内部大量未水化的水泥吸收毛细管中的水分，进一步水化使毛细管处于真空状态，导致水泥浆收缩。当混凝土的收缩应力大于抗拉强度时，混凝土表面开裂，即白收缩；混凝土硬化后，大量未水化水泥颗粒遇水后继续水化，产物使水泥石胀裂，即混凝土的自膨胀。研究主要通过研制收缩低减剂及密实剂来降低毛细孔内的表面张力，减小混凝土的收缩应力和提高混凝土抗渗透性，使其内部微孔处于缺水状态而不能继续水化。 (3)我国在混凝土的碱一骨料反

应方面进行过大量的研究工作，其主要办法是尽量减小混凝土的碱含量和避免使用高活性骨料。另外，通过掺加复合矿物超细粉的办法来抑制碱一骨料反应n ，这也是高性能混凝土耐久性研究的一项重要内容。

(4) 混凝土的冻融循环、氯离子渗透性等研究试验可直观地反映混凝士耐久性的实际情况。高性能混凝土主要通过降低混凝土的水灰比和使用

超细掺和料增加混凝土密实度，通过引入大小均匀封闭的微小气泡及使用短切纤维等，改善混凝土粘聚性及抗裂性能。高性能混凝土由于孔结构和界面结构得到改善，混凝土的抗渗性好，水及其他侵蚀性介质难以渗入内部，所以高性能混凝土的抗冻融性能远高于普通混凝土。对几乎不透水的高性能混凝土而言，过去检验普通混凝土抗渗性的一些传统方法已不适用，通过电化学方法 快速测定Cl_在高性能混凝土中的扩散系数，可以检测和评定高性能混凝土中的钢筋锈蚀，以及对钢筋的电化学保护等情况；因此，电化学技术在高性能混凝土耐久性的研究方面8已受到国内外研究人员的普遍关注。

3高性能混凝土在建筑工程中的应用

我国建筑：I ．程使用的混凝土强度等级一般都在C50以下，C30左右的混凝土最为普遍，在经济发达的城市或地区高性能混凝土的推广应用较为普及。随着现代混凝土技术发展，混凝土各种化学外加剂包括泵送剂、防水剂、防冻剂等性要求均发生变化。各次标准修订均反映了技术水平的提高，但国内大多使用萘系复合型的减水剂，混凝土坍

落度损失的问题没有得到根本解决，各体中具有一定的残余浓度，包括物理和混凝土相比，水灰比极低的高强、超高

地的技术水平差异和原材料变化较大， 往往达不到技术要求。中低强度等级的 高性能混凝土，包括免振捣自密实混凝 土，在实际F 程应用过程中出现问题较 多，C50以上的高强及C80以上超高强 高性能混凝土尚未完全普及推广使用。 在国外．免振捣自密实混凝土和高强高

性能混凝土在工程中应用较为普遍。通常聚援酸系减水剂较萘系减水剂的减水率高，与水泥的相容性更好，用聚羧酸系减水刺配制高性能混凝土，水胶比可以降至很低，混凝土的流动性很大。由于减水剂与不同水泥存在相容性问题，混凝土容易出现流动性损失问题；另外．高性能混凝士在硬化过程中容易出现裂缝，致使混凝土耐久性降低。通过高性能减水剂与大掺量活性细掺料两者的复合作用使混凝土的性能得到改善和提高，夫大减小了水泥用量和水胶比，提高了T 程质量，降低了工程造价。我国现行的混凝土配合比设计、施J 。质壁标准，包括原材料的检验标准，主要都是针对高水灰比的普通混凝土特点制定的，如《混凝土外加剂》(GB 8076一1997) ，不能准确检验出丙酸基高效减水剂的减水率．所测结果与施工配合比中反应出的减水率之间存在较大差异M 。高性能混凝土配合比设计的有关参数和耐久性检测方法与普通混凝土有所不同，其方法特点应主要突出新拌混凝卜的流动性和硬化混凝土的耐久性检测，在我国，高性能减水剂的质量与国外产品有一定差距，随着对化学外加剂的深入研究，差距将会缩小，免振捣自密实混凝土及高强超高强高性能混凝士也将得到进一步发展；因此，及时开展高性能混凝土的基础研究非常必要。4高性能混凝土应用中存在的问题及解决途径

4．1混凝土流动性损失问题控制

混凝上流动性损失问题主要是由高效减水剂与水泥之间的相容性不好造成的。由于水泥颗粒表面对减水剂有吸附作用，当水泥浆体中残余减水剂浓度降低至不足以起到分散作用时，随着水泥水化，水泥浆体的流动性损失很快。解决的办法是保持减水剂在混凝土的水泥浆化学两种途径。物理途径包括减水剂的后掺法、多次添加法、矿物载体缓慢释放方法等，但在工程应用过程中不太方便，影响混凝土的质量；化学途径较多，复合缓凝剂在一定程度上可以减缓混凝土流动性损失．防止混凝土凝结过快，但也可能造成混凝土过度缓凝，影响水泥水化等问题。目高性能减水剂控制坍落度损失的主要成分，包括具有分散性保持性的成分和具有分散性保持特点的分散性成分，通过复合或合成的高性能减水剂．可以较好地控制混凝士坍落度损失，对混凝土硬化影响较小。

4．2混凝土旱期裂缝问题

高性能混凝土，尤其是高强度的商性能混凝土，混凝土早期收缩较大，易造成混凝土的早期开裂，使渗透性降低，严重危害混凝土的耐久性。目前．有效地抑制混凝土早期千缩微裂及离析裂纹产生的主要途径包括：降低混凝土的单方用水量；增加矿物超细粉用量，减小水泥胶凝材料用量，在混凝土中引入微小气孔，减小混凝土总收缩值；在混凝土中掺入纤维，避免连通毛细孔的形成；加强混凝土的早期湿养护等。5高性能混凝土的发展趋势绿色混凝土是大量采用工业废渣细掺料、水泥用量降低30％一50％的低水泥用量生态混凝土，新型高性能减水剂使超细矿物掺和料用量大大增加，实现了大掺量粉煤灰、大掺量矿渣等免振捣的自密实绿色高性能混凝土。与普通强高性能混凝土强度更高，结构尺寸更小，稳定性更好，结构的维修和重建费用更少，在恶劣条件下使用寿命更长．即耐久性好；轻集料混凝土的抗震性能和耐久性能是其他高性能混凝土不可比拟的，随着建筑结构向大跨、高层发展，为缩小结构断面，减轻结构自重，发展轻质、高强、节能的轻集料混凝土也是一个大趋势。钢筋混凝

土、聚合物改性砂浆和混凝土、聚合物纤维增强混凝土，都显著改善了混凝土材料的性能，在实际工程中的应用领域正在不断扩大。 参考文献

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现代高性能混凝土的研究与发展