【正文】 良 中 及格 不及格 系主任簽字 年 月 日 摘 要 隨著我國改革開放和現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，我國的建設(shè)規(guī)模正日益增大，如何保證建筑工程質(zhì)量的同時也能使工程能長久的安全使用下去，日益受到各級政府和社會各界的廣泛關(guān)注。在眾多的土木工程建設(shè)中，混凝土的應(yīng)用面之廣，使用次數(shù)之多是很少見的。 高性能混凝土 (High Performance Concrete， HPC) 由于具有高耐久性、高工作性、高強(qiáng)度和高體積穩(wěn)定性等許多優(yōu) 良特性，被認(rèn)為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程。隨著我國建筑向高層化、大型化、現(xiàn)代化的發(fā)展， HPC 必將成為新世紀(jì)的重要建筑工程材料。從 20 世紀(jì)以來，混凝土就己成為房屋建筑、橋梁、水利、公路等現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)首選材料，混凝土作為土木工程中最大宗的人造材料，其用量巨大。人類進(jìn)入 21 世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，一種又一種新型混凝土涌現(xiàn)出來。 高性能混 凝土 (High Performance Concrete， HPC)是 20 世紀(jì) 80 年代末 90年代初，一些發(fā)達(dá)國家基于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計提出的一種全新概念的混凝土，它以耐久性為首要設(shè)計指標(biāo)，這種混凝土有可能為基礎(chǔ)設(shè)施工程提供 100年以上的使用壽命。 一、高性能混凝土產(chǎn)生的背景和研究現(xiàn)狀 （一）背景 當(dāng)代大跨、高層、海洋、軍事工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展對混凝土提出的更高的要求 。原材料生產(chǎn)、開采造成的生態(tài)環(huán)境惡化以及砂石料枯竭、資源短缺嚴(yán)重影響進(jìn)一步發(fā)展的嚴(yán)酷現(xiàn)實(shí)。 混凝土作為用量最大的人造材料，不能不考慮它的使用對生態(tài)環(huán)境的影響。每用 1t 水泥，大概需要 以上的潔凈水， 2t 砂、 3t 以上的石子；每生產(chǎn) 1t 硅酸鹽水泥約需 石灰石和大量 燃煤與電能，并排放 1tCO2，而大氣中 CO2 濃度增加是造成地球溫室效應(yīng)的原因之一。有些大城市現(xiàn)已難以獲得質(zhì)量合格的砂石。 因此，未來的混凝土必須從根本上減少水泥用量，必須更多地利用各種工業(yè)廢渣作為其原材料；必須充分考慮廢棄混凝土的再生利用，未來的混凝土必須是高性能的，尤其是耐久的。“高性能混凝土”正是在這種背景下產(chǎn)生的。從 20 世紀(jì) 80 年代開始，各國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中逐漸突出了耐久設(shè)計的考慮，從只重視強(qiáng)度設(shè)計向強(qiáng)度與耐久性并重。針對不同環(huán)境類別的侵蝕作用，提出材料性能劣化的理論或經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑?jù)此估算結(jié)構(gòu)的使用壽命，成為發(fā)展和研究耐久性設(shè)計方法的主流。綠色高性能混凝土研究和應(yīng)用較多的是粉煤灰混凝土，粉煤灰混凝土與基準(zhǔn)混凝土相比，大大提高了新拌混凝土的工作性能，明顯降低混凝土硬化階段的水化熱，提高混凝土強(qiáng)度特別是后期強(qiáng)度。 (2)超高性能混凝土 超高性能混凝土，如活性粉末混凝土（ Reactive Powder concrete,RPC） ,其特點(diǎn)是高強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度高達(dá) 300MPa，且具有高密實(shí)性，已在軍事、核電站等特殊工程中成功應(yīng)用。隨著損傷自診斷混凝土、溫度自調(diào)節(jié)混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列機(jī)敏混凝土的出現(xiàn)，為智能混凝土的研究、發(fā)展和智能混凝土結(jié)構(gòu)的研究應(yīng)用奠定 了基礎(chǔ)。歐洲混凝土學(xué)會和國際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會將 HPC定義為水膠比低于 ；在日本，將高流態(tài)的自密實(shí)混凝土（即 免振混凝土）稱為 HPC；中國土木工程學(xué)會高強(qiáng)與高性能混凝土委員會將 HPC定義為以耐久性和可持續(xù)發(fā)展為基本要求并適合工業(yè)化生產(chǎn)與施工的混凝土。比如美國學(xué)者更強(qiáng)調(diào)高強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，歐洲學(xué)者更注重耐久性，而日本學(xué)者偏重于高工作性。 （二）高性能混凝土的性能 與普通混凝土相比， 高性能混凝土 具有如下獨(dú)特的性能： 。 。同時，由于 高性能混凝土 的水灰比低，自由水少，且摻入超細(xì)粉，基本上無泌水，其水泥漿的粘性大，很少產(chǎn)生離析的現(xiàn)象。由于混凝土是一種非均質(zhì)材料 ,強(qiáng)度受諸多因素的影響，水灰比是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素，對于普通混凝土，隨著水灰比 的降低，混凝土的抗壓強(qiáng)度增大， 高性能混凝土 中的高效減水劑對水泥的分散能力強(qiáng)、減水率高，可大幅度降低混凝土單方用水量。 。 。 高性能混凝土 良好的耐久性可以減少結(jié)構(gòu)的維修費(fèi)用，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，收到良好的經(jīng)濟(jì)效益； 高性 能混凝土 的高強(qiáng)度可以減少構(gòu)件尺寸，減小自重，增加使用空間； HPC 良好的工作性可以減少工人工作強(qiáng)度，加快施工速度，減少成本。雖然 HPC 本身的價格偏高，但是其優(yōu)異的性能使其具有了良好的經(jīng)濟(jì)性。 （三） 高性能混凝土發(fā)展和應(yīng)用中所面臨的問題 在 高性能混凝土 的 應(yīng)用過程中也存在一些問題，在 高性能混凝土 的原材料方面，我國水泥質(zhì)量不穩(wěn)定，離散性大；在骨料方面，粗骨料質(zhì)量低劣，含泥量大，級配較差，細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)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。同時，在 高性能混凝土 的研究方面，現(xiàn)在的研究以實(shí)驗(yàn)室研究為主，但是實(shí)驗(yàn)室的情況與實(shí)際工況相差較大，這不利于今后 高性能混凝土 的推廣應(yīng)用。 細(xì)集料宜選用質(zhì)地堅 硬、潔凈、級配良好的天然中、粗河砂 ,其質(zhì)量要求應(yīng)符合普通混凝土用砂石標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。配制 C50～ C80的混凝土用砂宜選用細(xì)度模數(shù)大于 ,對于 C80～ C100的混凝土用砂宜選用細(xì)度模數(shù)大于 。 高性能混凝土必須選用強(qiáng)度高、吸水率低、級配良好的粗集料。由于高性能混凝土要求強(qiáng)度較高 ,就必須使粗集料具有足夠 高的強(qiáng)度 ,一般粗集料強(qiáng)度應(yīng)為混凝土強(qiáng)度的 115倍～ 210倍或控制壓碎指標(biāo)值＞ 10﹪。另外 ,粗集料還應(yīng)注意集料的粒型、級配和巖石種類 ,一般采取連續(xù)級配 ,其中尤以級配良好、表面粗糙的石灰?guī)r碎石為最好。 。更重要的是 ,加入活性細(xì)摻合料改善了混凝土中水泥石與骨料的界面結(jié)構(gòu) ,使混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性與耐久性均得到提高。在高性能混凝土中常用的活性細(xì)摻合料有硅粉 (SF)、磨細(xì)礦渣粉 (BFS)、粉煤灰(FA)、天然沸石粉 (NZ)等。配制高性能混凝土的粉煤灰宜用含碳量低、細(xì)度低、需水量低的優(yōu)質(zhì)粉煤 灰。硅粉是電爐法生產(chǎn)硅鐵合金所排放的煙道灰 ,SiO2含量大于90﹪ ,平均粒徑約 011μ m,比表面積 20210㎡ /kg,借助大劑量高效減水劑和強(qiáng)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 ,在各種摻合料中對混凝土的增強(qiáng)作用最為顯著 ,是國際上制備超高強(qiáng)混凝土最通用的超細(xì)活性摻合料。 由于高性能混凝土具有較高的強(qiáng)度 ,且一般混凝土拌合物的坍落 度較大 (15～ 20 ㎝左右 ),在低水膠比 (一般＜ )一般的情況下 ,要使混凝土具有較大的坍落度 ,就必須使用高效減水劑 ,且其減水率宜在 20﹪ 以上。此外 ,由于高性能混凝土水膠比低 ,水泥顆粒間距小 ,能進(jìn)人溶液的離子數(shù)量也少 ,因此減水劑對水泥的適應(yīng)性表現(xiàn)更為敏感。 。大量的實(shí)踐證明 :摻用粉煤灰的混凝土 ,其長期性能可得到大幅度的改善 ,對延長構(gòu)筑物的使用壽命有重要意義。②對水泥顆粒起物理分散作用 ,使其分布得更均勻 。④粉煤灰延緩了水化速度 ,減小混凝土因水化熱引起的溫升 ,對防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫十 分有利 。值得注意的是 ,粉煤灰的水泥取代率對強(qiáng)度影響顯著 ,較好的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度的水泥取代率應(yīng)小于 10%。(2)硅粉 (Silica Fume,簡寫 SF)又稱硅灰 ,是從生產(chǎn)硅鐵或硅鋼等合金所排放的煙氣中收集到的顆粒極細(xì)的煙塵。在混凝土中摻加少量硅粉或以硅粉取代部分水泥 ,結(jié)合應(yīng)用減水劑 ,可使混凝土各方面的物理力學(xué)性能都得到顯著提高 ,硅粉的適宜摻量為水泥用量的 5﹪～ 10﹪ 。②提高了混凝土的強(qiáng)度 ,增大了彈性模量和混凝土的干縮 。另外 ,在配制硅粉混凝土?xí)r必須注意 :①由于硅粉的需水量比水泥大 ,在配制硅粉混凝土?xí)r ,一般要摻加減水劑。同時 ,根據(jù)減水劑性能及需求的減水需求來選擇合適的摻量。③硅粉混凝土的干縮一般比普通混凝土大 ,配制高性能混凝土?xí)r應(yīng)采取補(bǔ)償收縮的措施 ,如摻加粉煤灰等。由于客專隧道的襯砌和仰拱設(shè)計強(qiáng)度等級為 C30或 C35，一般來說，為滿足電通量要求和水膠比限值要求，混凝土的強(qiáng)度一般都是超強(qiáng)的。鐵路客運(yùn)專線大力提倡使用粉煤灰、礦渣粉等礦物摻和料，與普通硅酸鹽水 泥一起作為膠凝材料。國內(nèi)外的大量研究表明，粉煤灰的摻量在 20%以上時，改善混凝土耐久性的效果較佳，更有研究資料表明，粉煤灰的最大摻量可達(dá)到 50%左右。 含氣量的要求也 是客運(yùn)專線高性能混凝土與普通混凝土的重要區(qū)別之一。實(shí)際上，混凝土中適量的引氣，不僅能改善抗凍性，同時可顯著減輕混凝土的泌水性，使水在拌合物中的懸浮狀態(tài)更加穩(wěn)定，從而提高混凝土材料的均勻性和穩(wěn)定性。為適當(dāng)提高混凝土的含氣量，并獲得較佳的減水和保塑效果，可使用新型聚羧酸鹽減水劑。目前我國尚無電通量試驗(yàn)的國家標(biāo)準(zhǔn)，鐵路行業(yè)電通量試驗(yàn)方法是以美國 ASTMC1202 快速電量測定方法為基礎(chǔ)制定的，其所測指標(biāo)可以最大程度地區(qū)分和評價混凝土的密實(shí)度，而密實(shí)度正是影響混凝土耐久性最為關(guān)鍵的因素。這正是用電通量指標(biāo)取代抗?jié)B標(biāo)號作為混凝土耐久性控