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高性能混凝土地研究与发展现状

高性能混凝土的研究与发展现状

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XX大学

高性能混凝土的研究与发展现状

摘要

随着科学技术的进步,现代建筑不断向高层、大跨、地下、海洋方向发展。

高

强混凝土由于具有耐久性好、强度高、变形小等优点,能适应现代工程结构向大

跨、重载、高耸发展和承受恶劣环境条件的需要,同时还能减小构件截面、增大使用面积、降低工程造价,因此得到了越来越广泛的应用,并取得了明显的技术经济效益。

关键词：

高性能混凝土性能发展应用前景

装

订

线

目

一

高性能混凝土的展方向⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1

1.1

混凝土⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

⋯⋯⋯⋯⋯⋯1

1.2

色高性能混凝土⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

⋯⋯⋯1

1.3

超高性能混凝土⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

⋯⋯⋯⋯1

1.4智能混凝土⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1

二高性能混凝土的性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1

2.1耐久性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1

2.2工作性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1

2.3

力学性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

⋯⋯⋯⋯⋯⋯1

2.4

体定性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1

2.5

性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

⋯⋯⋯2

三

高性能混凝土量与施工控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

⋯⋯2

3.1

高性能混凝土原材料及其用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

⋯⋯⋯⋯2

3.2

配合比控制要点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

⋯⋯⋯⋯3

四

高高性能混凝土的用与施工控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

3

4.1

高高性能混凝土的用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

⋯⋯⋯3

4.2

高性能混凝土的施工控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

⋯⋯⋯4

五

高性能混凝土的特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

⋯⋯⋯4

5.1

高耐久性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

⋯⋯4

5.2

高工作性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

⋯⋯5

5.3

高定性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

⋯⋯5

六

高性能混凝土的展前景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

⋯⋯⋯5

参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6

一高性能混凝土的发展方向

3

1.1轻混凝土是指表观密度小于1950kg/m的混凝土。

可分为轻集料混凝土、多孔

混凝土和无砂大孔混凝土三类。

1.2绿色高性能混凝土水泥混凝土是当代最大宗的人造材料，对资源、能源的消耗

和对环境的破坏十分巨大，与可持续发展的要求背道而驰。

绿色高性能混凝土研

究和应用较多的是粉煤灰混凝土，粉煤灰混凝土与基准混凝土相比，大大提高了新拌混凝土的工作性能，明显降低混凝土硬化阶段的水化热，提高混凝土强度特别是后期强度而且，节约水泥，减少环境污染，成为绿色高性能混凝土的代表性材料。

1.3超高性能混凝土如活性粉末混凝土,其特点是高强度，抗压强度高达300MPa，

且具有高密实性，已在军事、核电站等特殊工程中成功应用。

1.4智能混凝土是在混凝土原有的组分基础上复合智能型组分，使混凝土材料具有

自感知、自适应、自修复特性的多功能材料，对环境变化具有感知和控制的功能。

随着损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列机敏混凝土的出现，为智能混凝土的研究、发展和智能混凝土结构的研究应用奠定了基础。

二高性能混凝土的性能

2.1耐久性。

高效减水剂和矿物质超细粉的配合使用，能够有效的减少用水量，减

少混凝土内部的空隙，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。

2.2工作性。

坍落度是评价混凝土工作性的主要指标，HPC的坍落度控制功能好，

在振捣的过程中，高性能混凝土粘性大，粗骨料的下沉速度慢，在相同振动时间

内，下沉距离短，稳定性和均匀性好。

同时，由于高性能混凝土的水灰比低，自由水少，且掺入超细粉，基本上无泌水，其水泥浆的粘性大，很少产生离析的现象。

2.3力学性能。

由于混凝土是一种非均质材料,强度受诸多因素的影响，水灰比是

影响混凝土强度的主要因素，对于普通混凝土，随着水灰比的降低，混凝土的抗压强度增大，高性能混凝土中的高效减水剂对水泥的分散能力强、减水率高，可大幅度降低混凝土单方用水量。

在高性能混凝土中掺入矿物超细粉可以填充水泥

颗粒之间的空隙，改善界面结构，提高混凝土的密实度，提高强度。

2.4体积稳定性。

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。

1

2.5经济性。

高性能混凝土较高的强度、良好的耐久性和工艺性都能使其具有良好

的经济性。

高性能混凝土良好的耐久性可以减少结构的维修费用，延长结构的使用寿命，收到良好的经济效益。

三高性能混凝土质量与施工控制

3.1高性能混凝土原材料及其选用

3.1.1细集料。

细集料宜选用质地坚硬、洁净、级配良好的天然中、粗河砂,其质量要求应符合普

通混凝土用砂石标准中的规定。

砂的粗细程度对混凝土强度有明显的影响,一般情

况下,砂子越粗,混凝土的强度越高。

配制C50～C80的混凝土用砂宜选用细度模数大于2.3的中砂,对于C80～C100的混凝土用砂宜选用细度模数大于2.6的中砂或粗砂。

3.1.2粗集料。

高性能混凝土必须选用强度高、吸水率低、级配良好的粗集料。

宜选择表面粗糙、

外形有棱角、针片状含量低的硬质砂岩、石灰岩、花岗岩、玄武岩碎石,级配符合规范要求。

由于高性能混凝土要求强度较高,就必须使粗集料具有足够高的强度,一般粗集料强度应为混凝土强度的115倍～210倍或控制压碎指标值＞10﹪。

最大粒径不应大于25mm,以10mm～20mm为佳,这是因为,较小粒径的粗集料,其内部产生

缺陷的几率减小,与砂浆的粘结面积增大,且界面受力较均匀。

另外,粗集料还应注

意集料的粒型、级配和岩石种类,一般采取连续级配,其中尤以级配良好、表面粗糙的石灰岩碎石为最好。

粗集料的线膨胀系数要尽可能小,这样能大大减小温度应力,从而提高混凝土的体积稳定性。

3.1.3细掺合料。

配制高性能混凝土时,掺入活性细掺合料可以使水泥浆的流动性大为改善,空隙得到充分填充,使硬化后的水泥石强度有所提高。

更重要的是,加入活性细掺合料改善了混凝土中水泥石与骨料的界面结构,使混凝土的强度、抗渗性与耐久性均得到

提高。

活性细掺合料是高性能混凝土必用的组成材料。

在高性能混凝土中常用的

活性细掺合料有硅粉（SF）、磨细矿渣粉（BFS）、粉煤灰（FA）、天然沸石粉（NZ）等。

3.1.4减水剂及缓凝剂。

由于高性能混凝土具有较高的强度,且一般混凝土拌合物的坍落度较大（15～20㎝

左右）,在低水胶比（一般＜0.35）一般的情况下,要使混凝土具有较大的坍落度,就必须使用高效减水剂,且其减水率宜在20﹪以上。

有时为减少混凝土坍落度的损失,在减水剂内还宜掺有缓凝的成份。

此外,由于高性能混凝土水胶比低,水泥颗粒间

2

距小,能进人溶液的离子数量也少,因此减水剂对水泥的适应性表现更为敏感。

因大部分高性能混凝土施工时采用泵送,故掺减水剂后混凝土拌合物的坍落度损失不能太快太大,否则影响泵送。

3.2配合比设计控制要点

高强高性能混凝土配合比设计理论尚不完善，一般可尊循下列原则进行。

3.2.1水灰比W/C，普通混凝土配合比设计中的鲍罗米公式对C60以上的混凝土已

不尽适用，但水灰比仍是决定混凝土强度的主要因素，目前尚无完善的公式可供选用，故配合比设计时通常根据设计强度等级、原材料和经验选定水灰比。

3.2.2用水量和水泥用量，普通水泥中用水量根据坍落度要求、骨料品种、粒径选择。

高强度高性能混凝土可参考执行，当由此确定的用水量导致水泥或胶凝材料总用量过大时，可通过调整减水剂品种或掺量来降低用水量或胶凝材料用量。

也

可以根据强度和耐久性要求，首先确定水泥或胶凝材料用量，再由水灰比计算用

水量，当流动性不能满足设计要求时，再通过调整减水剂品种或掺量加以调整。

3.2.3砂率，对泵送高强混凝土，砂率的选用要考虑可泵性要求，一般为34%～44%，

在满足施工工艺和施工和易性要求时，砂率宜尽量选小些，以降低水泥用量。

从原则上来说，砂率宜通过试验确定最优砂率。

3.2.4高效减水剂，高效减水剂的品种选择原则，除了考虑减水率大小外，尚要考虑对混凝土坍落度损失、保水性和粘聚性的影响，更要考虑对强度、耐久性和收缩的影响。

减水剂的掺量可根据减水率的要求，在允许掺量范围内，通过试验确

定。

但一般不宜因减水的需要而超量掺用。

3.3高强高性能混凝土的主要技术性质

3.3.1高强混凝土的早期强度高，但后期强度增长率一般不及普通混凝土。

故不能

用普通混凝土的龄期—强度关系式，由早期强度推算后期强度。

3.3.2高强高性能混凝土由于非常致密，故抗渗、抗冻、抗碳化、抗腐蚀等耐久性

指标均十分优异，可极大地提高混凝土结构物的使用年限。

3.3.3高强混凝土的弹性模量高，徐变小，可大大提高构筑物的结构刚度。

特别是

对预应力混凝土结构，可大大减小预应力损失。

3.3.4高强混凝土的抗拉强度增长幅度往往小于抗压强度，即拉压比相对较低，且

随着强度等级提高，脆性增大，韧性下降。

四高强高性能混凝土的应用与施工控制

4.1高强高性能混凝土的应用

高强高性能混凝土作为建设部推广应用的十大新技术之一，是建设工程发展的必

3

然趋势。

发达国家早在20世纪50年代即已开始研究应用。

我国约在20世纪80

年代初首先在轨枕和预应力桥梁中得到应用。

随着国民经济的发展，高强高性能

混凝土在建筑、道路、桥梁、港口、海洋、大跨度及预应力结构、高耸建筑物等

工程中的应用将越来越广泛，强度等级也将不断提高，C50～C80的混凝土将普遍

得到使用，C80以上的混凝土将在一定范围内得到应用。

4.2高性能混凝土的施工控制

4.2.1搅拌，混凝土原材料应严格按照施工配合比要求进行准确称量,应采用卧轴式、行星式或逆流式强制搅拌机搅拌混凝土,采用电子计量系统计量原材料。

搅拌

时间不宜少于2min,也不宜超过3min。

炎热季节或寒冷季节搅拌混凝土时,必须采

取有效措施控制原材料温度,以保证混凝土的入模温度满足规定。

4.2.2运输，应采取有效措施，保证混凝土在运输过程中保持均匀性及各项工作性

能指标不发生明显波动。

应对运输设备采取保温隔热措施,防止局部混凝土温度升

高（夏季）或受冻（冬季）。

应采取适当措施防止水分进入运输容器或蒸发。

4.2.3浇筑，1.混凝土入模前,应采用专用设备测定混凝土的温度、坍落度、含气

量、水胶比及泌水率等工作性能；只有拌合物性能符合设计或配合比要求的混凝

土方可入模浇筑。

混凝土的入模温度一般宜控制在5～30℃;2.混凝土浇筑时的自

由倾落高度不得大于2m，当大于2m时,应采用滑槽、串筒、漏斗等器具辅助输送混凝土,保证混凝土不出现分层离析现象;3.混凝土的浇筑应采用分层连续推移的方式进行,间隙时间不得超过90min,不得随意留置施工缝;4.新浇混凝土与邻接的

己硬化混凝土或岩土介质间浇筑时的温差不得大于15℃;5.养护高性能混凝土早

期强度增长较快,一般3天达到设计强度的60%,7天达到设计强度的80%,因而,混

凝土早期养护特别重要。

通常在混凝土浇注完毕后采取以带模养护为主,浇水养护为辅,使混凝土表面保持湿润。

养护时间不少于14天。

4.2.4质量检验控制。

除施工前严格进行原材料质量检查外，在混凝土施工过程中，

应对混凝土的以下指标进行检查控制：

混凝土拌合物：

水胶比、坍落度、含气量、入模温度、泌水率、匀质性。

硬化混凝土：

标准养护试件抗压强度、同条件养护

试件抗压强度、抗渗性、电通量等。

五高性能混凝土的特点

5.1高耐久性能

高性能混凝土的重要特点是具有高耐久性,而耐久性则取决于抗渗性;抗渗性又与混凝土中的水泥石密实度和界面结构有关。

由于高性能混凝土掺加了高效减水

剂,其水胶比很低（≤0138）,水泥全部水化后,混凝土没有多余的毛细水,孔隙细化,

4

最可几孔径很小,总孔隙率低;再者高性能混凝土中掺加矿物质超细粉后,混凝土

中骨料与水泥石之间的界面过渡区孔隙能得到明显的降低,而且矿物质超细粉的掺加还能改善水泥石的孔结构,使其≥100μm的孔含量得到明显减少,矿物质超

细粉的掺加也使得混凝土的早期抗裂性能得到了大大的提高。

以上这些措施对于

混凝土的抗冻融、抗中性化、抗碱-集料反应、抗硫酸盐腐蚀,以及其它酸性和盐类侵蚀等性能都能得到有效的提高。

5.2高工作性能

高性能混凝土具有良好的流变学性能,高流动性,不泌水,不离析,能在正常施工条件下保证混凝土结构的密实性和均匀性,对于某些结构的特殊部位（如梁柱接头等钢筋密集处）还可采用自流密实成型混凝土,从而保证该部位的密实性,这样就可以减轻施工劳动强度,节约施工能耗。

5.3高稳定性能

高性能混凝土具有较高的韧性、良好体积稳定性和长期的力学性能稳定性。

高性能混凝土的高韧性要求其具有能较好地抵抗地震荷载、疲劳荷载及冲击荷载的能力,混凝土的韧性可通过在混凝土掺加引气剂或采用高性能纤维混凝土等措施得

到提高。

高性能混凝土的体积稳定性表现在其优良的抗初期开裂性,低的温度变

形、低徐变及低的自收缩变形。

虽然高性能混凝土的水灰比比较低,但是如果将新型高效减水剂和增粘剂一起使用,尽可能地降低单方用水量,防止离析,浇筑振实后立即用湿布或湿草帘加以覆盖养护,避免太阳光照射和风吹,防止混凝土的

水分蒸发,这样高性能混凝土早期开裂就会得到有效的抑制。

高性能混凝土掺加了

粉的普通混凝土都得到了显著降低,这对于大体积混凝土的温控和防裂十分有利。

高性能混凝土长期的力学稳定性要求其在长期的荷载作用及恶劣环境侵蚀下抗压强度、抗拉强度及弹性模量等力学性能保持稳定。

六高性能混凝土的发展前景

随着我国建筑事业的蓬勃发展，建筑材料用量不断增加，尤其混凝土的用量

每年均在15亿立方米以上。

如此庞大用量势必导致混凝土的浪费并易造成些工作质量问题，同时还会污染环境，这就需要发展高性能混凝土来缓解这一矛盾。

另一方面，高效预应力混凝土所用的高强低松驰钢纹线已生产出来，强度达到，

并能大量供应，而混凝土的技术发展水平与钢材的发展水平还不相匹配。

所以发

展高性能混凝土是必然的趋势。

其次，实现社会的可持续发展也是发展混凝土必

须考虑的问题，人类已经进人21世纪，混凝土应该更多地掺加工业废渣掺和料，

更多地节约水泥，有更高的强度和耐久性。

高性能混凝土将向绿色绿色混凝土发

5

展。

这样，高性能混凝土（HPC）应该具有下列特征：

第一，更多地节约熟料水泥，降低能耗与环境污染；第二，更多地掺加工业废料为主的细掺料。

第三，更大地发挥混凝土的高性能优势，减少水泥与混凝土的用量。

高性能混凝土是混凝土技

术进步的标志，我国在发展高性能混凝土方面才刚刚起步，我国将继续加强高性

能混凝土的试验研究工作，加强混凝土施工技术队伍的建设，并带领这些队伍在发展高标号水泥、发展超细活性掺合料、发展高效化学外加剂、发展混凝土骨料工业和发展大掺量的混凝土方面做出不断的努力。

结论

探讨了高性能混凝土配合比设计的基本要求和技术途径，主要从原材料的选择、配合比参数的合理确定等方面进行了阐述。

通过掺入矿物微细粉和高性能化学外加剂的技术途径来配制高性能混凝土，既可改善混凝土的性能，又能降低生产成

本，有利于高性能混凝土的推广应用。

文中提出的设计方法具有准确、简捷、适

用范围广及程序化的特点，采用此方法配制的混凝土具有良好的工作性、力学性及耐久性。

高性能混凝土的抗冻性能与外加剂密切相关，外加剂的掺量存在一个最优值，基于上述特点,高性能混凝土成为我国近期混凝土技术的主要发展方向。

参考文献

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中国铁道出版社,1999。

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丁大钧.高性能混凝土及其在工程中的应用

[M].北京:

机械工业出版社,2007。

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[4]

陈肇元.等.混凝土结构耐久性设计与施工指南

[M].北京:

中国建筑工业出版社，2004。

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