高性能混凝土性能与应用初探

高性能混凝土性能与应用初探

洪晨

武警警官学院训练基地, 广东 广州 510000

摘要：本文首先介绍高性能混凝土与传统混凝土的本质区别，重点突出高性能混凝土的优势及实用性；其次，梳理高性能混凝土在发展中存在的问题并阐明原因；最后，结合高性能混凝土的性能特点探索其工程应用价值，并就其未来发展做出展望。本文在众多文献调研的基础上,总结归纳国内外现有研究成果，探讨高性能混凝土的性能、面临的问题及应用前景，是一篇有关高性能混凝土特性及应用的综述型论文，为后续相关领域发展及研究提供一定的参考价值。

关键词：高性能混凝土；工作性；耐久性；体积稳定性；

中图分类号：O324,TU311                               文献标志码：A

1引言

随着建（构）筑物所处环境不断变换，高等级公路、超长桥梁等大型复杂工程对混凝土材料的性能提出了更高的要求；尤其是地处高难险峻环境下的建（构）筑物，具有不断劣化、退化导致过早失效、退役的风险，随时可能出现恶性事故，造成严重后果。传统的混凝土材料已不能完全满足现在工程建设的需求，在此背景下，高性能混凝土开始逐步发展。

高性能混凝土是一种新型高技术混凝土。《高性能混凝土应用技术规程》（CECS207-2006）对其定义为：采用常规材料和工艺生产，具有混凝土结构所要求各项力学性能，具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。它以耐久性作为设计的主要指标，可以更好地满足结构功能需求和施工工艺要求，能最大限度地延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。为了更好的发挥高性能混凝土的优点，我们有必要深入了解其主要性能，并针对其中出现的问题，采取有效缓解措施。

本文首先介绍高性能混凝土与传统混凝土的区别，重点突出高性能混凝土的优势及实用性；其次，梳理高性能混凝土在发展中存在的问题并阐明原因；最后，结合高性能混凝土的性能特点探索其工程应用价值，并就其未来发展做出展望。

2高性能混凝土的性能

2.1工作性

高性能混凝土的工作性比传统的混凝土更加优良。它既包括传统混凝土拌合物工作性中的流动性、粘聚性（抗离析性）和泌水性等特性，又满足现代混凝土的适应泵送、免振捣等施工要求，而且保有较大的流动性和较好的坍落度，具有较优异的填充性。配置高性能混凝土时，除了水泥之外，还需要加入1~2种矿物外加剂和高效减水剂，可以使其在较低的胶水比条件下获得更高的流动性，并确保硬化后的混凝土具有较高的强度和密实性。

2.2体积稳定性

高性能混凝土的体积稳定性较高。其具体表现为高弹性模量、低收缩与徐变、低温度变形。普通混凝土的弹性模量为20~25GPa；高性能混凝土采用高弹性模量、高强度的粗集料，结合适宜的材料与配合比，其弹性模量可达40~50GPa，90天龄期的干缩率低于0.04%。

2.3耐久性

混凝土的耐久性是指它暴露在使用环境下抵抗各种物理和化学作用破坏的能力，它包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化性、抗碱集料反应、抗氯离子渗透等特性。高性能混凝土除通常的抗冻性、抗渗性明显高于普通混凝土之外，而且其Clˉ渗透率也明显低于普通混凝土。由于具有较高的密实性和抗渗性，其抗化学腐蚀性能显著优于普通混凝土。

2.4力学特性

高性能混凝土的抗压强度已超过200MPa，28d平均强度介于100~120MPa，其早期强度发展较快，而后期强度的增长率却低于普通混凝土。而且其总收缩量与其强度成反比，强度越高总收缩量越小，早期收缩率随着早期强度的提高而增大。

3高性能混凝土的存在的问题

在配制高性能混凝土过程中，需要添加外加剂和高效减水剂，这会导致两个不可忽视的性能缺陷：自收缩和脆性。

3.1自收缩

由于低水胶比与矿物细粉掺和料的大量掺入使高性能混凝土的硬化结构与普通混凝土有很大不同，具体表现为混凝土早期体积自收缩较大，这是由于水泥石内部自干缩而产生的收缩。高性能混凝土的水胶比较低，当低于0.3时水泥石中的水泥将不能完全水化，在凝结硬化过程中，当未水化的水泥进一步水化时将会吸取水泥石中毛细孔中的水份，这使得毛细管产生自真空，引起毛细管内部产生负压，从而使硬化水泥石产生自收缩。当自收缩应力大于水泥石的抗拉应力时，混凝土会产生裂纹。水胶比越低，掺合料越细时，这种情况越严重。高性能混凝土由于自干缩并由此产生的自动收缩使混凝土产生早期裂纹。这种裂纹可以通过尽快地给混凝土提供附加水而得到缓解。

3.2脆性

脆性可以描述为混凝土无法防止的不稳定裂缝的扩展与增长。从混凝土承受轴向压荷载作用下的应力——应变曲线中可以看出，峰值后下降曲线段的陡斜程度可以反映出混凝土的脆性大小。众多试验已表明，混凝土的强度愈高，这意味着该混凝土的脆性愈大。高强高性能混凝土在水化过程中会不断提高集料与硬性水泥浆体的粘结，改善了界面过渡区，从而使得脆性有所增大，而且其早期收缩大、早期弹性模量增长快，抗拉强度并无显著提高，徐变变小等因素共同导致了高强高性能混凝土的早期抗裂性差，因此，其同样具有较大的脆性。这会给工程结构特别是有抗震要求的工程结构带来巨大的隐患。这种脆性可以

在高性能混凝土中掺加纤维后得到改善。

4高性能混凝土的应用

4.1桥梁工程中的应用

首先，其收缩徐变小，适合浇筑高效预应力构件，主要应用于桥梁的主梁，表现为跨径更长，主梁间距更大，构件更薄，耐久性增强，力学性能加强等优点。其次，由于高流动性、捣实而不离析，早期强度高、可长期保持其力学性能、韧性高、体积稳定性好和耐久性强的特点，可以应用于桥梁的墩部和墩基，从而延长桥梁的使用年限，减少因修补或拆除造成的浪费和污染，具有良好的经济效益。

4.2道路工程中的应用

高性能混凝土具有高施工性、高体积稳定性、高耐久性及足够的力学强度，为此它能相对长时间承受冲刷、磨耗、冰冻、水的渗入、侵蚀等恶劣环境，可以较好的应用于道路工程，一方面它可以提高路基施工质量，确保路基不下沉;另一方面可以解决公路混凝土水泥用量少与耐久性要求之间的矛盾。

5结论与展望

高性能混凝土具有良好的工作性，较高的流动性和可泵性，体积稳定性好，而且耐久性强，使用寿命长，相对普通混凝土能更好地满足结构功能需求和施工工艺要求，能最大限度地延长结构的使用年限，降低工程造价。虽然其诞生时间短、各国研究成果有限，尚无统一标准和结论，但因其自身优异的性能，已得到迅速发展和一定范围的应用。后续还要加强高性能混凝土的系统研究,完善理论体系，总结应用经验，优化使用方法，制定相应规范和技术规程，进一步提高其有效性和可靠性，向更加高效、环保和经济的方向发展。

参考文献

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作者介绍：洪晨（1991.11—），男，助教。电话：15360452742，邮箱：1554849128@qq.com

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