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浅谈高性能混凝土的应用与发展现状

编辑:华伟银凯   发布时间:2019-12-9?

  从1824年波特兰水泥发明开始,混凝土材料至今已有100多年的历史,这种以水泥为胶结材的混凝土也取得了具大的发展。20世纪80年代末90年代初,一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计提出的一种全新概念的混凝土,它以耐久性为首要设计指标,这种混凝土有可能为基础设施工程提供100年以上的使用寿命,区别于传统混凝土,高性能混凝土其以体积稳定性等许多优良特性,被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土,至今已在不少重要工程中被采用,特别是在高层建筑、桥梁、海港建筑等工程中显示出其独特的优越性,在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益。 


高性能混凝土


  一、什么是高性能混凝土 
  高性能混凝土到目前为止还没有统一的定义,一般认为高性能混凝土是指用常规的硅酸盐或普通硅酸盐水泥、砂石等做原材料,使用常规制作工艺,主要依靠高效减水剂和活性矿物掺合料配制的水泥混凝土。 
  与普通混凝土相比,高性能混凝土具有如下独特的性能: 
  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.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。 
  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。 
  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。 
  二、高性能混凝土的应用 
  从公元前2世纪采用天然火山灰、石灰、碎石拌制天然混凝土开始,用于一般的民用建筑,到1824年,英国人发明了波特兰水泥,即烧制硅酸盐水泥、1861年,法国花匠发明了制造钢筋混凝土结构的方法,1867年出现钢筋混凝土结构构件,1940年开始采用了预应力混凝土技术,从此混凝土技术有了突飞猛进的发展,为建造高层建筑和大跨度桥梁提供了物质基础。这个时期的混凝土性能,大多以满足强度要求和如何获得较高强度的混凝土,作为科研和生产的主要工作目标。 
  进一步的研究成果表明,如今,尚且没有能够完全取代混凝土作为结构材料的其它材料,混凝土材料在今后50年内还将是应用最广、用量最大的建筑材料。目前,全世界水泥年产量达15亿吨以上,我国水泥年产量达5.1亿吨,占世界产量的三分之一。 
  混凝土结构的耐久性能与其工作环境有关,工程实践表明,在长期环境因素作用下,混凝土构件远低于设计寿命,这不仅是原设计理论估计的不足,也反映了环境变化的复杂性。因此,混凝土构建过早的出现裂缝甚至倒塌。混凝土耐久性达不到要求,要花费大量财力用于工程维修和重建,如在美国,今后混凝土工程维修和重建费用高达3000亿美金。配制新的混凝土和拆除建筑废弃的混凝土,都将增加能源消耗和环境负担。仅美国每年大约有6000万吨废弃混凝土,日本每年约有1600万吨废弃混凝土,我国的情况也未必乐观。可见废旧建筑材料的数量之大,令人惊叹。 
  综上所述,发展高性能混凝土,必须综合评价和协调混凝土对原材料、土地、水和劳动力等资源消耗、能源消耗和环境付出的代价与经济社会效益和人类生存的长远利益,走可持续发展道路。 


高性能混凝土应用


  三、高性能混凝土的可持续发展 
  高性能混凝土可持续发展,是在近几年始于西方发达国家及日本。首次公开报道是在1981年,到了1990年才得到广泛关注,国内最早提到是在1992年。由于生产建设的需要,大跨度结构的桥梁、高层钢筋混凝土结构楼房、海洋钻井平台、大型水利工程的堤坝、核反应堆及有毒废物处理用结构工程等,与一般的工业与民用建筑对混凝土的要求有所不同,除了在恶劣的工作环境下承受外部作用,耐久性能高外,还要求使用寿命达到几百年。形成高性能混凝土概念初期,不少西方学者认为就是高强度混凝土。因为高强度可以减少构件几何尺寸,减轻结构自重,从而使结构获得较大跨度和建筑高度。而混凝土的耐久性不像强度那样得到重视,一般认为不会有问题。日本学者则认为,混凝土的高性能,应该是包括方便混凝土工程施工在内及混凝土结构使用过程中的高性能。混凝土高空输送的可泵性、浇注成型过程中的免振捣和试用阶段的耐久性能等。 
  四、结语 
  高性能混凝土,其性能与所处时代的发展相适应,又随着社会生产、生活的发展需要而发展,它有着鲜明的时代特征,即不能超越现实的可能,又必须按照时代的需要而发展。高性能可持续性发展,是人们使生产和生活更加科学化为大家工作提出了一个行为准则。混凝土的高性能不仅是产品自身的高性能,还包括生产的全过程。实现高性能必须有高性能的生产保证。可持续发展的要求要保护资源和环境,这不仅是要求产品自身、同时也要求生产的全过程都需要面临资源消耗和环境保护的问题,这是一个全行业的系列化问题,也就是关于绿色高性能混凝土的研究、生产与应用。如果说现实的高性能混凝土的自身发展尚存在问题的话,那就是它必须受到可持续发展大前提的约束。


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