摘要：高性能砼具有高耐久性、高工作性、高強度和高體積穩定性等許多特性，被認為是目前全世界性能最為全面的砼，至今已在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程普遍使用。
　　論文主要介紹高性能砼發展的歷史背景及目前國內外的研究現狀，闡述高性能砼的特性，列舉高性能砼在國內外研究應用中的重要成果，并對其發展趨勢作出展望。
　　關鍵詞：高性能砼；耐久性；體積穩定性
　　中圖分類號：[TQ178]文獻標識碼：A文章編號：
　　1高性能砼產生的原因和研究成果
　　1．1 原因
　　
　　當今大跨度、高建筑層、海洋設施、軍事工程結構的發展對砼提出了更高的要求；處于惡劣環境下既有建筑不斷劣化、退化導致過早失效、退役甚至出現惡性事故造成巨大損失的嚴重后果；原材料生產、開采造成的生態環境惡化以及砂石料枯竭、資源短缺嚴重影響進一步發展的嚴酷現實。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廢渣保護環境，走可持續發展的道路，高性能砼就是在這種背景下出現并逐步完善與發展的。
　　未來的砼必須從根本上減少水泥用量，必須更多的利用各種工業廢渣作為原材料，必須充分考慮廢棄混凝土的再生利用，未來的砼必須是高性能的，尤其是耐久性的。耐久性和高強都意味著節約資源。“高性能砼”正是在這種原因下產生的。
　　
　　1．2 發展方向
　　
　　目前，高性能砼的發展有以下幾個方向；
　　⑴ 環保高性能砼
　　砼是當代最大的人造材料之一，對資源、能源的消耗和對環境的破壞十分巨大，與可持續發展的要求不相符合。綠色高性能砼研究和應用較多的是粉煤灰砼，粉煤灰砼與基準砼相比，大大提高了新拌砼的工作性能，明顯降低砼硬化階段的水化熱，提高砼強度，特別是后期強度。而且，節約水泥，減少環境污染，成為綠色高性能砼的代表性材料。
　　⑵ 超高性能砼
　　超高性能砼，如活性粉末砼，其特點的高強度，且具有高密實性，已在軍事、核電站等特殊工程中成功應用。
　　⑶ 智能砼
　　智能砼是在砼原有的組分基礎上復合智能型組分，使砼材料具有自感知、自適應。自修復特性的多功能材料，對環境變化具有感知和控制的功能。隨著損傷自診斷砼、溫度自調節砼、仿生自愈合砼等一系列機敏砼的出現，為智能砼的研究、發展和智能砼結構的研究應用奠定的基礎。
　　
　　2高性能砼的性能和應用
　　2.1高性能砼的概念
　　
　　西方（歐洲）砼學會和國際預應力砼協會將HPC定義為水膠比低于0.40的砼；在亞洲發達國家（如日本），將高流態的自密實（即免振砼）稱為HPC；中國土木工程學會高強與高性能砼委員會將HPC定義為以耐久性和可持續發展為基本要求并適合工業化生產與施工的砼。
　　
　　2.2高性能砼的性能
　　與普通砼相比,高性能砼具有如下獨特的性能：
　　1.耐久性：高效減水劑和礦物質超細粉的配合使用，能夠有效的減少用水量，減少砼內部的空隙，能夠使砼結構安全可靠地工作50～100年以上，是高性能砼應用的主要目的。
　　2.工作性：坍落度是評價砼工作性的主要指標,HPC的坍落度控制功能好,在振搗的過程中,高性能砼粘性大,粗骨料的下沉速度慢,在相同振動時間內,下沉距離短,穩定性和均勻性好.同時,由于高性能砼的水灰比低,自由水少,且摻入超細粉,基本上無泌水,其水泥漿的粘性大,很少產生離析的現象.
　　3.密實性能：由于砼是一種非均質材料,強度受諸多因素的影響,水灰比是影響砼強度的主要因素,對于普通砼,隨著水灰比的降低,砼的抗壓強度增大,高性能砼中的高效減水劑對水泥的分散能力強、減水率高，可大幅度降低砼單方用水量。在高性能砼中摻入礦物超細粉可以填充水泥顆粒之間的空隙，改善界面結構，提高砼的密實度和強度。
　　4.體積穩定性：高性能砼具有較高的體積穩定性，即砼在硬化早期應具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變形。
　　5.經濟型：高性能砼較高的強度、良好的耐久性和工藝性都能使其具有良好的經濟性。高性能砼良好的耐久性可以減少結構的維修費用，延長結構的使用壽命，收到良好的經濟效益；高性能砼的高強度可以減少構件尺寸，減少自重，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，提高效益。
　　
　　2.3高性能砼發展前和應用中的問題
　　在高性能砼的應用過程中也存在問題，在高性能砼的原材料方面，離散性大；在骨料方面，粗骨料質量低劣，含泥量大，級配較差，細骨料細度模數不合要求；在外加劑和外摻料的選擇上，尚缺乏充分的適用性的研究。在高性能砼的施工過程中，施工人員的技術水平有限，養護措施不到位，使HPC的密實性和質量不穩定；在高性能砼的耐久性方面，由于高性能砼微管中水分的蒸發與凝聚而產生的收縮，使砼表面產生裂縫，這對HPC的抗碳化、抗凍融循環作用以及抗氯離子擴散等都是不利的，硬化后長期處于水中時，水分通過微管擴散到內部，產生微膨脹會使砼表面產生裂縫，為各種有害介質滲透提供通道，給氯離子侵入、堿骨料反應的發生和鋼筋銹蝕創造可能；由于高性能砼的后期強度增長不及普通砼，而且脆性大。同時，在高性能砼的研究方面，實驗室的情況與實際情況相差比較大，這些因素都不利于高性能砼的推廣和應用。
　　
　　3高性能砼的質量與施工中如何控制
　　
　　3.1高性能砼的原材料控制
　　
　　3.1.1細集料
　　細集料宜選用質地均勻堅固、吸水率低、級配良好、空隙率小的潔凈天然中粗河砂，也可選用專門機組生產的人工砂。不宜使用山砂。不得使用海砂。其質量要求應符合普通砼用砂標準中的規定。配制高性能砼時宜選用優先選用中級細骨料。當采用粗級細骨料時，應提高砂率，并保持足夠的水泥或膠凝材料用量，以滿足砼的和易性；當采用細級細骨料時，宜適當降低砂率。
　　
　　3.1.2粗集料
　　高性能砼必須選用粒行良好、質地均勻堅固、線膨脹系數小、級配良好的潔凈碎石。宜選擇表面粗糙、外形有棱角、針片狀含量低的硬質砂巖、石灰巖、花崗巖、玄武巖碎石，級配符合規范要求。由于高性能砼要求強度較高，就必須使粗集料具有足夠高的強度，巖石的抗壓強度與高性能砼的抗壓強度等級之比應大于1.5倍，骨料的顆粒形狀應選擇三維長度相等或相近的球體或立方體顆粒，減少骨料空隙的角度，提高砼的強度。粗骨料的最大粒徑需要控制，粒徑過大容易造成砼離析，成型后的砼強度均質性差。粒徑越小與砂漿粘結面積越大，界面受力均勻，砼抗壓強度越高，但骨料粒徑減小，包裹其表面所需的砂漿用量增多。
　　另外，粗集料還應注意集料的類型、級配和巖石種類，一般采取連續級配，其中尤以級配良好、表面粗糙的石灰巖碎片為最好。粗集料的線膨脹系數要盡可能小，這樣能大大減小溫度應力，從而提高砼的體積穩定性。
　　
　　3.1.3礦物摻合料
　　我國目前常用的高性能砼摻合料主要有：微硅粉、粉煤灰、磨細礦渣粉、天然沸石粉等，摻入活性細摻合料可以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砼中水泥石與骨料的界面結構，使配制出的砼具有高強度、大流動性、高耐久性等特點。配制高性能砼的粉煤灰宜選用含碳量低、細度低、需水量低的優質粉煤灰。磨細礦渣能提高砼的工作性和耐久性。硅粉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。
　　
　　3.1.4外加劑
　　用于生產高性能砼的外加劑應采用減水率高、坍落度損失小、適量引氣、能明顯提高砼耐久性且質量穩定的產品。高性能砼必須摻入與所用水泥具有相容性的高效減水劑來解決低水膠比與砼拌合物高工作性能之間的矛盾。
　　
　　3.1.5水泥
　　高性能砼在選用水泥時，一般宜選用不低于42.5強度等級的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥，盡量避免使用鋁酸三鈣含量過高的水泥，比表面積一般在300～400m2/Kg。有耐硫酸鹽侵蝕要求的砼，可選用中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥或高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥；有堿集料反應控制要求的砼還需注意水泥的堿含量，當集料具有堿—硅酸反應活性時，水泥的堿含量不應超過0.60﹪，必要時應根據減水劑的種類，通過試驗來確定水泥的最低含堿量。
　　
　　3.2配合比與控制要點
　　
　　3.2.1設計理念有較大區別
　　在以往的配合比設計方法中，是按砼的強度等級要求計算水灰比，而現在則是按耐久性的要求，首先根據環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合料的比列。
　　
　　3.2.2膠凝材料使用量及粉煤灰配比
　　在進行配合比參數設計時，為保證砼的耐久性，砼中膠凝材料總量應處在一個適宜范圍內，對于C30及以下砼膠凝材料總量不宜高于400Kg/m3，C35～C40砼不宜高于450Kg/m3，C50及以上砼不宜高于500Kg/m3。使用粉煤灰等礦物摻合料，并不是單純地考慮降低砼成本，首先是為了砼耐久性的需要，特別是可以有效改善砼抵抗化學侵蝕的能力（包括氯化物侵蝕、硫酸鹽侵蝕、堿骨料反應等）。
　　
　　3.2.3含氣量要求
　　砼中適量的引氣，不僅能改善抗凍性，同事可顯著減輕砼的泌水性，使水在拌合物中的懸浮狀態更加穩定，從而提高砼材料的均勻性和穩定性。鐵路客運專線規定，即使配制非抗凍砼時，含氣量也應不小于2﹪，并且作為施工質量控制的必檢項目之一。
　　
　　3.2.3電通量的指標
　　該指標是客運專線對砼耐久性最重要、最具體的指標。其所測指標可以最大程度的區分和評價砼的密實度，而密實度正是影響砼耐久性最為關鍵的因素。
　　
　　3.3高性能砼的施工控制
　　
　　3.3.1攪拌
　　砼原材料應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符合下列規定（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﹪。應采用臥軸式、行星式或逆流式強制攪拌機攪拌砼，采用電子計量系統計量原材料。攪拌時間不宜少于2min，也不宜超過3min。炎熱季節或寒冷季節攪拌砼時，必須采取有效措施控制原材料溫度，以保證砼的入模溫度滿足規定。
　　
　　3.3.2運輸
　　應采取有效措施，保證砼在運輸過程中保持均勻性及各項工作性能不發生明顯波動。應對運輸設備采取保溫隔熱措施，防止局部砼溫度升高（夏季）或受凍（冬季）。應采取適當措施防止水分進入運輸容器或蒸發，嚴禁在運輸過程中向砼內加水。
　　
　　3.3.3澆筑
　　⑴砼入模前，應采用專用設備測定砼的溫度、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計要求或配合比要求的砼方可入模澆筑。⑵新澆砼與臨接的已硬化砼或巖土介質間澆筑時的溫差不得大于15℃。砼的入模溫度宜控制在5～30℃。⑶砼澆筑時的自由傾落高度不得大于2m；當大于2m時，應采用滑槽、串筒、漏斗等器具輔助輸送砼，保證砼不出現分層離析現象。⑷砼的澆筑應采用分層連續推移的方式進行，間隙時間不得超過90min，不得隨意留置施工縫。
　　
　　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備振搗砼。振搗時應避免碰撞模板、鋼筋及預埋件。采用插入式高頻振搗器振搗砼時，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。若需變換振搗棒在砼拌合物中的水平位置，應首先豎向緩慢將振搗棒拔出，然后在將振搗棒移至新的位置，不得將振搗棒放在拌合物內平拖，也不得用插入式振搗棒平拖驅趕下料口處堆積的砼拌合物。
　　
　　3.3.5養護
　　砼振搗完成后，應及時對砼暴露面進行緊密覆蓋（可采用篷布、塑料布等進行覆蓋），盡量減少暴露時間，防止表面水分蒸發。
　　
　　3.3.6質量檢驗控制
　　除施工前嚴格進行原材料質量檢查外，在砼施工中，應對砼的以下指標進行檢查控制：砼拌合物：水膠比、坍落度、含氣量、入模溫度、泌水率、勻質性。硬化砼：標準養護試件抗壓強度、同條件養護試件抗壓強度、抗滲性、電通量等。
　　
　　4高性能砼的發展與前景
　　
　　隨著HPC的開發和應用，建筑對生態環境的影響正引起社會的關注。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，并對環境產生不同程度的影響。作為建筑工業主要原料的水泥，實際上是一種不可持續發展的產品。因此，高性能砼的技術核心是在限制水泥用量以獲得砼高性能的同時，堅持其可持續性的發展原則。21世紀前后，吳中偉等提出的環保砼的概念，在高性能砼的基礎上增加了三個含義：⑴節約資源、能源；⑵不破壞環境，更有利于環境；⑶可持續發展，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。大力開展環保砼的研究和應用高性能砼具有普通砼無法比擬的優良性能，對砼的發展將起非常重要的作用，并為HPC指明了非常明確的發展方向。
　　
　　結論
　　
　　在研究和探討了高性能砼配合比設計的基本要求和技術途徑，主要從原材料的選擇、配合比參數的合理確定等方面進行了闡述。通過摻入礦物細粉和高性能化學外加劑的技術途徑來配制高性能砼，既可改善砼的性能，又能降低生產成本，有利于高性能砼的推廣使用。文中提出的設計方法具有準確、簡捷、適用范圍廣及程序化的特點，采用此方法配制的砼具有良好的施工效益性、工作性、力學性及耐久性。如今我國HPC發展趨勢一片良好，但要使HPC在建筑工程中推廣使用還需一個認識和實踐的過程。隨著我國建筑基礎建設的不斷增強，HPC必將成為新世紀的重要建筑工程材料。綜上所述之特點，高性能砼成為我國近期砼技術的主要發展方向。
　　
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