【導(dǎo)讀】Keywordsconcrete;performance;engineering;application

　　

【正文】 定義：滿足工程特殊要求的各種性能，可包括易澆搗而不離析，高長期力學(xué)性能、高早期強度、高堅韌性與高體積穩(wěn)定性，或在嚴酷環(huán)境中使用壽命長久，并且勻質(zhì)性 良好的混凝土。近年來，美國混凝土學(xué)會又給出一個文字上較精練的定義： “ 高性能混凝土是一種要能符合特殊性能綜合與均勻性要求的混凝土，此種混凝土往往不能用常規(guī)的混凝土組分材料和通常的攪拌、澆搗和養(yǎng)護的習(xí)慣做法所獲得。 ” 高性能混凝土，開始是用于表征具有高工作度、高強度和高耐久性的混凝土。這種混凝土必須設(shè)計成具備高度體積穩(wěn)定性。為了減少混凝土由于溫度收縮和干縮產(chǎn)生的開裂，必須限制混凝土拌合物中的水泥漿含量。 Mehta 和 Actcin 提出的高性能混凝土配合比設(shè)計方法限定總水泥漿量為混凝土體積的 1/3；允許部分硅酸鹽水泥用 火山灰或有膠凝性的摻合料來代替。 Actcin 曾預(yù)言：摻礦渣、粉煤灰、硅粉、亞粘土、稻殼灰和石灰石粉的三元混合水泥除了可以使高性能混凝土的制備更 經(jīng)濟 外，還能發(fā)揮它們的超疊作用，改善其新拌與硬化時的性質(zhì)。 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計外文文獻及譯文 10 高性能混凝土在現(xiàn)代工程中的應(yīng)用 高性能混凝土技術(shù)正在世界各地成功地用于很多離岸結(jié)構(gòu)物和長大跨橋梁的建造，Langley 等人敘述了幾種加拿大一長大跨橋梁所用的拌合物。它們用于主梁、墩部和墩基，硅粉混合水泥用量為 450 Kg/m3，水 153L/ m3，引氣劑 160mL/ m3和高效減水劑 3L/ m3。其坍 落度大約在 200mm；含氣量 %； 1d、 3d、 28d 抗壓強度分別為 3 52和 82 MPa；基礎(chǔ)和其他大塊混凝土的混合水泥用量為 307 Kg/m3，粉煤灰 133 Kg/m3，用水量接近，但引氣劑和高效減水劑摻量大幅度減小，坍落度約在 185mm；含氣量 7%； 1d、 3d、 28d 和 90d抗壓強度分別為 50和 76 MPa。根據(jù)加拿大和美國的透水性與氯離子快速滲透標準方法實驗結(jié)果表明：兩部分混凝土都呈現(xiàn)非常低的滲透性。對高性能混凝土結(jié)構(gòu)的施工，需要非常強調(diào)加強現(xiàn)場實驗室試驗和質(zhì)量驗收。 高性能混凝土發(fā) 展的另一領(lǐng)域是高性能輕混凝土，相對于鋼材，普通混凝土的強度/自重比很低，摻有高效減水劑的高強混凝土則大大提高了該比例；用有大量微孔的輕骨料代替部分普通骨料，就能進一步提高這個比例。由于骨料的質(zhì)量不同，密度為 2020 Kg/m抗壓強度在 70~80 MPa 的高性能輕混凝土在一些國家已經(jīng)商品化并用于構(gòu)件生產(chǎn)。在澳大利亞、加拿大、日本、挪威和美國，高性能輕混凝土已用于固定式和漂浮式鉆井平臺；因為水泥漿和骨料之間的界面粘結(jié)強度高，它可以不透水，所以在侵蝕環(huán)境中能夠很耐久。 采用摻 10~15%硅粉甚至更高的混合水 泥配制的超塑化混凝土，具有優(yōu)良的粘附力，因此適用于濕噴的噴射混凝土進行結(jié)構(gòu)修補，這也是高性能混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域之一 . 高性能混凝土在高層建筑中的應(yīng)用 高性能混凝土（ 40MPa）首先用于 30層以上高層建筑物的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因為這種建筑物下部三分之一的柱子，在用普通混凝土?xí)r斷面很大。除節(jié)省材料費用外，與鋼結(jié)構(gòu)相比，加快施工速度也是采用混凝土結(jié)構(gòu)的重要特點，自美國芝加哥在 1965年以 50 MPa 混凝土澆注 Lake Point Tower 的一些柱子以來，北美和其他國家到處都在用高性能混凝 土建 造高層建筑。 芝加哥 79層的 Water Tower Place 大樓柱子采用了 60MPa 混凝土；多倫多的 Scotia Plaza Building 和西雅圖的 Two union Square Building 兩座建筑物則分別有 90 和 120MPa 強度的高性能混凝土柱子。 應(yīng)用實例： a 高性能混凝土應(yīng)用 C80高強與高性能混凝土在沈陽方園大廈、 大西電業(yè)園等多項高層建筑鋼管混凝土柱中應(yīng)用。 b 上海高性能混凝土研究領(lǐng)域中取得一大批可喜的成果，其中具有代表性的成果有：中華第一高樓 —— 88層金茂大廈的 C40一次泵送到 ；明 天廣場礦渣微粉 C80泵送混凝土；在上海 教育 電視臺綜合樓大體積基礎(chǔ)混凝土，水泥用量只占膠凝材料總量濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計外文文獻及譯文 11 的 46%，配制的混凝土漿量飽滿，混凝土工作性、粘聚性和抗離析 性能都十分優(yōu)異，強度達到 C40的高性能混凝土。 高性能道面混凝土 隨著對 交通 運輸要求的日益提高，發(fā)展 “ 長壽命低維護路面 ” ， 采用高性能道面混凝土，提高混凝土的抗折強度與耐久性是當前道面混凝土的發(fā)展趨勢。 1997年召開的第十六屆國際混凝土路面會議，提出路面設(shè)計不僅要提出平均強度要求，還應(yīng)提出耐久性要求。在未來發(fā)展方向中提出抗拉強度達 17MPa 的超高強混凝土，用于鋪筑連續(xù)的混凝土路面。提高混凝土道面表面的致密性、抗?jié)B性都是很重要的，而這是需要通過高性能混凝土來實現(xiàn)的。 高性能道面混凝土的重要特征是具有 高抗折強度。使用高性能道面混凝土可以顯著提高道面的承載能力，延長使用壽命或減薄道面的厚度以降低 工程 造價。 高性能道面混凝土的主要特征是具有足夠的耐久性，能夠抵抗氣候和環(huán)境的長期破壞作用，保證在道面的設(shè)計使用期限內(nèi)，混凝土能夠正常工作。 (1) 干縮 道面板表面積很大，蒸發(fā)量大，干縮有可能引起道面板表面產(chǎn)生收縮裂縫，需加強養(yǎng)護。 (2) 抗折彈性模量 高性能道面混凝土的抗折彈性模量 E，經(jīng)實測 ， 1級為 ， 2級為， 3級為 。強度 3級的高性能道面混凝土的配合比中，骨料用量較少，粗骨料最大粒徑較小。 應(yīng)用高性能道面混凝土產(chǎn)生顯著的效益： (1) 提高道面承載力； 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計外文文獻及譯文 12 (2) 延長道面使用壽命； (3) 降低 工程造價 ； g. 應(yīng)用實例 (1)在美國大約有 70%的公路采用高性能道面混凝土：其中北達科他州， 1988和 1989年夏天，用 20200m3混凝土鋪筑厚為 200 mm 的路面，其水膠比為 ，水泥用量 100 Kg/m粉煤灰 220 Kg/m3；德克薩斯州的路 面示范工程也成功地采用了這一新材料。 (2) 青藏鐵路建設(shè)工程中全面推廣使用 三個強度級別的高性能道面混凝土具有極其優(yōu)良的品質(zhì)，材料費用基本不增加或增加不多，可供不同要求的工程選擇使用，建造長壽命低維護的道面、路面，其社會、 經(jīng)濟 效益是巨大的，值得大力推廣和不斷研究，促進我國機場水泥混凝土道面工程和公路路面工程步入新的發(fā)展階段，以適應(yīng)日益增長的對 航空 和 交通 運輸?shù)男?要。 海洋混凝土結(jié)構(gòu) —— 提高港口水工建筑物耐久性研究研究提出技術(shù)經(jīng)濟合理、便于推廣應(yīng)用的新型海工高性能混凝土 大跨橋梁、海底隧道和離岸采油平臺，是這種應(yīng)用的實例。 如： a 汕頭港外深水航道治理工程； b 珠江口伶仃洋深水航道治理工程； c 青島、寧波北侖等港口建成了能靠泊二十萬噸級油輪和礦石船的深水泊位 免振自密實混凝土 由于免振自密實混凝土具有十分良好的工作性，使混凝土的填充性、密實性、均勻性得到顯著的提高，成為混凝土技術(shù)的一項新的進展而被列為高性能混凝土一族。 免振自密實混凝土是近十多年來由日 本首先研究開發(fā)并付諸工程應(yīng)用的一項近代混凝土技術(shù)。由于免振自密實混凝土在工程上應(yīng)用可以取得提高混凝土質(zhì)量、改善混凝土施工操作、養(yǎng)活施工噪音以及提高勞動生產(chǎn)率、加快施工進度降低工程費用等技術(shù)經(jīng)濟效果，近年來世界各國對此給予很大的重視與關(guān)注。日本預(yù)期到 2020年將有 1/2的混凝土工程將用免振自密實混凝土澆注。 顧名思義，免振自密實混凝土是在澆筑時僅靠混凝土自身的重力而不需要任何搗實外力而達到自密實、自流平的一種混凝土。免振自密實混凝土應(yīng)具有三個特性： （ 1）流動性； （ 2）良好的穩(wěn)定性 —— 不離析； 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計外文文獻及譯文 13 （ 3）鋼筋和 模板中的任何間隙，具有良好的通過能力，不產(chǎn)生阻塞。 根據(jù)上述三個特性的要求，免振自密實混凝土配制的原理與方法 描 述如下： 新拌混凝土的物相屬粒子懸浮體，其連續(xù)介質(zhì)是水泥漿體，也就是液相而混凝土中的集料則為固相。在所有粒子懸浮體中，流動性與粒子離析間的平衡是必需的。新拌免振自密實混凝土要在沒有外力作用下充分填實混凝土模板中的一切空隙并達到密實，更是要兼具良好的流動性與穩(wěn)定性。 為獲得高流動性，首先要減小顆粒間的磨擦阻力。摻入超塑化劑以減小顆粒的表面張力固然十分必要，但從免振自密實的性能要求看，僅靠摻超塑化劑還難 以達到，還需摻入一定數(shù)量的超細物料。 為得到良好的穩(wěn)定性，使物料不離析，其液相必需具有適當?shù)牧髯冃?，才能既不產(chǎn)生泌水又防止顆粒的離析。為達到此要求，同樣也需摻入適量的顆粒尺寸＜ 的細填料，有時還需摻入粘度改性劑（增粘劑）。 為使混凝土能流暢地通過鋼筋和模板中的任何間隙而不產(chǎn)生阻塞，除需根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計選定合適的集料粒徑和形貌外，液相的體積量及其流變性質(zhì)也是重要的參數(shù)。其流變性質(zhì)是按流變學(xué)的賓漢姆型用粘度計來評定的，應(yīng)具有低的屈服應(yīng)力和適當?shù)乃苄哉扯取? 按流變學(xué)的觀點，免振自密實混凝土的基體是自由 流動的超細漿體，該漿體是由水泥與超細物料共同組成的，其流動性隨環(huán)繞固體粒子的漿膜層厚度的增大而提高，而漿膜層的厚度只有在漿體已充滿固體顆粒間的空隙后才能形成，因此，漿體的厚度受到固體顆粒的形貌影響。對于漿體而言，除了要求具有高流動性外，還需具有足夠的高粘度，必須成為高粘性的牛頓液體，才能防止離析。 免振自密實混凝土的配制工藝流程如圖所示。 水 泥 ↓ 超細摻和料 水 超塑化劑 ↓ ↓ ↓ 自 由 流 動 的 漿 體 細集料 ↓ ↓ 自 由 流 動 的 砂 漿 粗集料 ↓ ↓ 自 密 實 混 凝 土 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計外文文獻及譯文 14 免振自密實混凝土的配合比設(shè)計，首先要確定根據(jù)集料的空隙含量所需要的液相體積。該液體的組成包括水泥、水、外加劑和＜ 的超細物料。超大型細物料與總集料體積之比（ S/A）是免振自密實混凝土配合比設(shè)計中的一項重要參數(shù)。 免 振自密實混凝土的流動性將隨 S/A 的增大而增大，而對彈性模量無明顯的影響。水灰比基本上按所需的混凝土抗壓強度來確定。由于免振自密實混凝土的流變行為與組分材料的體積有十分密切的關(guān)系，因此，免 振自密實混凝土的配合比設(shè)計建議采用體積比而不用重量比。 高性能混凝土在性能上尚存在的問題及其改善的途徑 配制高性能混凝土的特點是低水膠比并摻有足夠數(shù)量的礦物細摻合料和高效減水劑，從而使混凝土具有綜合的優(yōu)異的技術(shù)特性，但由此也產(chǎn)生了兩個值得重視的性能缺陷：（ 1）自干燥引起的自收縮；（ 2）脆性。 結(jié) 束 語 高性能混凝土的研究與開發(fā)應(yīng)用，對傳統(tǒng)混凝土的技術(shù)性能有了重大的突破，對節(jié)能、 工程 質(zhì)量、工程 經(jīng)濟 、環(huán)境與勞動保護等方面都具有重大的意義?？梢灶A(yù)期，高性能混凝土在工程上的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒀杆贁U大，并取得更大、 更多的技術(shù)經(jīng)濟效益。