浅谈高性能混凝土的发展现状

关键词： 超长 已有近 超高 混凝土

1 高性能混凝土产生的背景

传统的混凝土虽然已有近200年的历史, 也经历了几次大的飞跃, 但今天却面临着前所未有的严峻挑战: (1) 随着现代科学技术和生产的发展, 各种超长、超高、超大型混凝土构筑物, 以及在严酷环境下使用的重大混凝土结构, 如高层建筑、跨海大桥、海底隧道、海上采油平台、核反应堆、有毒有害废物处置工程等的建造需要在不断增加。这些混凝土工程施工难度大, 使用环境恶劣、维修困难, 因此要求混凝土不但施工性能要好, 尽量在浇筑时不产生缺陷, 更要耐久性好, 使用寿命长。 (2) 进入20世纪70年代以来, 不少工业发达国家正面临一些钢筋混凝土结构, 特别是早年修建的桥梁等基础设施老化问题, 需要投入巨资进行维修或更新。1987年美国国家材料咨询局的一份政府报告指出:在美国当时的57.5万座桥梁中, 大约有25.3万座处于不同程度的破坏状态, 有的使用期不到20年, 而且受损的桥梁每年还增加3.5万座。港口、码头、闸门等工程因处于海洋环境, 氯离子侵蚀引发钢筋锈蚀, 导致构件开裂、腐蚀情况最为严重。1980年交通部四航局等单位对华南地区18座码头调查的结果, 有80%以上均发生严重或较严重的钢筋锈蚀破坏出现破坏的时间有的距建成仅5~10年。 (3混凝土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。传统混凝土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1t CO2, 而大气中CO2浓度增加是造成地球温室效应的原因之一。因此, 未来的混凝土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, 未来的混凝土必须是高性能的, 尤其是耐久的。耐久和高强都意味着节约资源。“高性能混凝土”正是在这种背景下产生的。

2 高性能混凝土的定义与性能

与普通混凝土相比, 高性能混凝土具有如下独特的性能。

(1) 高性能混凝土具有一定的强度和高抗渗能力, 但不一定具有高强度, 中、低强度亦可。 (2) 高性能混凝土具有良好的工作性, 混凝土拌和物应具有较高的流动性, 混凝土在成型过程中不分层、不离析, 易充满模型;泵送混凝土、自密实混凝土还具有良好的可泵性、自密实性能。 (3) 高性能混凝土的使用寿命长, 对于一些特护工程的特殊部位, 控制结构设计的不是混凝土的强度而是耐久性。能够使混凝土结构安全可靠地工作50~100年以上, 是高性能混凝土应用的主要目的。 (4) 高性能混凝土具有较高的体积稳定性, 即混凝土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。概括起来说, 高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土, 能最大限度地延长混凝土结构的使用年限, 降低工程造价。

3 高性能混凝土的开发现状

自从20世纪90年代初清华大学向国内介绍高性能混凝土以来, 高性能混凝土的研究与应用在我国得到了空前的重视。1993年国家自然科学基金会、建设部、铁道部和国家建材局联合资助了重点科研项目《高强与高性能混凝土材料的结构力学性态研究》, 随后许多省、市科委和建委也资助了高强、高性能混凝土方面的研究课题。1999年中国土木工程学会高强与高性能混凝土委员会 (HSCC) 编写了《高强混凝土结构设计与施工技术规程》 (中国工程建设协会标准CECS104:99) 。我国“九五”重点科技攻关项目《重点工程混凝土安全性研究》, 由中国建筑材料科学研究院牵头, 跨部门、跨行业地协作攻关, 取得了许多重大成果。四航局主持制定的《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》 (JTJ275—2000) 中, 规定用于海港工程的高性能混凝土, 磨细矿渣的掺量可达到50%~80%, 同时要求水胶比≤0.35, 坍落度≥120mm, 强度等级≥C45, 这也是我国首个对高性能混凝土技术要求进行具体规定的规范。中国工程院土木水利与建筑学部于2000年提出了一个名为“工程结构安全性与耐久性研究”的咨询项目, 并编写了《混凝土结构耐久性设计与施工指南》 (中国土木工程学会标准CCES 01—2004) 。

4 高性能混凝土发展中所面临的问题

4.1 高性能混凝土是否一定要高强

冯乃谦在其专著《高性能混凝土》中开宗明义的指出:“高性能混凝土必须是高强的, 因为一般情况下高强对耐久性有利。”吴中伟针对当时科研界过度追求高强度的趋向, 及时提出“有人认为高强度必然高耐久性, 这是不全面的, 因为高强混凝土会带来不利于耐久性的因素。高性能混凝土还应包括中等强度混凝土, 如C30混凝土。”但黄士元认为把包括30MPa的普通强度而耐久性好的混凝土也归人高性能混凝土范畴, 则很难划分普通混凝土与高性能混凝土的差别, 也难于与国际混凝土界沟通。因此, 如何界定高性能混凝土, 是需要混凝土界人士进一步探讨的问题。

4.2 高性能混凝土是否一定要高工作性

高性能混凝土又被人们称为3高混凝土, 其中一高就是高工作性。但是不是只有高工作性才是高性能混凝土呢?诚然混凝土拌合物的流动性从1 0年前普遍的70mm~90mm发展到现在大量预拌混凝土的180mm~200mm, 甚至已经有自密实的混凝土的浇筑, 这也是混凝土技术的一种进步:减轻了振捣的劳动量, 推动了预拌混凝土的发展, 并大大减少了“蜂窝”、“狗洞”等质量事故, 提高了混凝土的匀质性。但高的工作性一般是在提高混凝土浆体含量的情况下产生的, 浆体含量的提高也就意味着混凝土开裂的可能性增加, 同时, 高的流动性也将使混凝土浇筑时容易振捣离析。因此, 不能把流动性作为混凝土拌合物“高性能”的指标, 而应当根据不同工程特点, 注重拌合物的施工性能。坍落度的大小应服从于混凝土的匀质性和体积稳定性。

4.3 高性能混凝土的开裂问题

高性能混凝土的出现, 给土木工程界最直接的冲击是对混凝土耐久性的重视有所加强了, 粉煤灰、矿渣等掺合料的使用增多了, 预拌混凝土更普遍了。目前上海、北京、沈阳已能供应C80以上商品预拌混凝土, 实际上我国部分地区的混凝土企业目前已经具备了供应超高强商品混凝土的能力。但是, 近年来在国内外却发生较多“高性能混凝土”结构开裂, 特别是早期开裂的问题。由于高性能混凝土一般具有高胶凝材料用量、低水胶比与掺人大量活性掺合料等配制特点, 致使高性能混凝土的硬化特点与内部结构, 同传统的普通混凝土相比具有很大的差异, 随之带来了它的早期体积稳定性差、容易开裂等问题。而混凝土的裂缝正是在使用阶段环境侵蚀性介质侵入的通道, 进而削弱其耐久性。高性能混凝土在国内外的应用实践表明, 早期开裂问题已成为制约其在工程中应用的重要因素。因此, 改善高性能混凝土的抗裂性是高性能混凝土研究中急需解决的问题。

摘要：本文阐述了高性能混凝土产生的背景和国内外学者对高性能混凝土的认识与定义, 并详细介绍了高性能混凝土的国内外的研究与发展现状, 同时, 还针对高性能混凝土研究与发展中的一些问题进行了探讨。

关键词：高性能混凝土,定义,耐久性,存在问题