【《浅论高性能混凝土的研究与发展现状》8200字（论文）】.docx

浅析高性能混凝土的研究与发展现状目录1 .引言12 .高性能混凝土概述22.1 高性能混凝土的定义22.2 高性能混凝土与普通混凝土的共同点与不同点22.2.1 高性能混凝土与普通混凝土的共同点22.2.2 高性能混凝土与普通混凝土的不同点33高性能混凝土研究与应用现状33.1 高性能混凝土研究现状33.2 高强混凝土的工程应用现状44我国发展高性能混凝土存在的问题与建议54.1 原材料的选用和生产问题及解决措施54.2 混凝土的施工问题及解决措施643高性能混凝土的开裂问题75高性能混凝土未来展望75.1 绿色高性能混凝土75.2 不需养护85.3 裂缝自修复8结论9参考文献：9摘要：高耐久性、高工作性都是高性能混凝土所具备的优良的特性，当前高性能混凝土是世界上性特最全面的混凝土，尤其是被应用到桥梁、海港建筑、高层建筑等工程中去时。本文对高性能混凝土的定义及其与普通混凝土之间的相同与不同点进行了分析,结合具体案例分析了高性能混凝土研究与应用现状。指出我国发展高性能混凝土仍存在高性能混凝土的施工问题、原材料的选用和生产问题、高性能混凝土的开裂问题，在以后的发展过程高性能混凝土应趋向于绿色高性能混凝土、不需养护、裂缝自修复等方面及方向的发展及改进。关键词：高性能混凝土；研究；发展；展望1.引言在当代的建筑材料中，混凝土可以说是非常关键的,在人类的文明建设中，混凝土有着十分突出的贡献。当前，交通运输、土木建筑以及海洋开发是混凝土最常见的应用领域，另外，在航天工业方面也经常可以看见混凝土的身影。混凝土经历了100多年的发展和应用，在强度和性能方面得到了深入的发展。一般情况下，依据混凝土的性能和强度提升的过程，混凝土主要有普通混凝土、高强混凝土与高性能混凝土三类。高性能混凝土是在80年代和90年代初，一些基础上发展起来的一种新的混凝土结构耐久性设计理念的国家,其作为主要设计指标的耐久性，这种混凝土为基础设施项目提供100年的使用寿命的潜力。不同于传统的混凝土、高性能混凝土高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是混凝土最全面的性能，已被广泛应用于许多重要的项目，尤其是显示出独特的优越性在桥梁、高层建筑、港口建设等项目，在经济理性，期间有明显的环境条件、工程安全使用的适应性，因此世界各国学者所接受，被认为是未来混凝土技术的发展方向。2.高性能混凝土概述2.1 高性能混凝土的定义高性能混凝土(HighPerformanceConcrete,简称HPC)是近一、二十年才提出来的，据考证，混凝土的概念及对其的研究最早是由挪威学者在1986年提出来的,这之后欧美发达国家投入了大量人力与财力，对高性能混凝土的开发和研究更加深入和具体。对于高性能混凝土的定义，不同国家，或者是同一个国家的不同行业，对其的定义都不是完全一样。1998年混凝土协会(ACI)给高性能混凝土下了一个正式的定义，总体来说,混凝土的某些特性的制定是基于某一特定的环境和用途就是高性能混凝土。这里所指出的特性就是：振捣不离析，易于浇筑，早强，长期力学性能，密实性，抗渗性能，韧性，体积稳定性，水化温度，恶劣环境下的较长寿命。2.2 高性能混凝土与普通混凝土的共同点与不同点2.2.1 高性能混凝土与普通混凝土的共同点(1)高性能混凝土是一种以耐久性为主要设计指标，概念新颖的新型技术混凝土，是优化传统的混凝土和一些性能的现代混凝土技术显著提高，根据不同的用途，耐久性、强度、体积稳定性、经济性和施工的混凝土的性能重点保障。(2)使用的原材料仍然是水泥、砂、石、外加剂，但性能指标要求，且性能混凝土更严格。(3)生产过程是在宏观层面上的普通混凝土一致。2.2.2 高性能混凝土与普通混凝土的不同点(1)在普通混凝土基础很多活性混合材料,维修水平高于普通混凝土。高性能混凝土是混凝土的一种符合特定功能和均匀性。高性能混凝土的特点是为特定的应用环境要求。例如：强度好、体积稳定性、不离析、力学性能好、良好的韧性、使用寿命长等。因此，大量的活性掺合料应补充施工性能的改善。活性掺合料的量增加,而相应的固化过程中必须改进。(2)建设单位的管理水平高，而高性能混凝土施工过程控制应按IS09001标准严格操作。(3)普通混凝土的许多因素不是变得敏感,高性能混凝土是非常严格的原材料、配合比、生产工艺、搅拌和运输的维护方法，按照普通混原土生产观念不能适应要求。3高性能混凝土研究与应用现状3.1 高性能混凝土研究现状高性能混凝土的诞生和发展是工程发展的需要。在过去的10多年中，许多国家对高性能混凝土进行了大量的研究和开发。欧美等发达国家最早开始研究高性能混凝土，很明显，这些国家在HPe应用上也一直走在世界前列。其中，加拿大在大量高掺量粉煤灰混凝土应用的建设；英国、法国将HPC在英吉利海峡隧道的建设和机场的应用；德国CIlO高强混凝土中的应用已经相当熟练和建立相应的标准，这是世界上其他国家的,不是美国政府的2亿美元，支持基础设施建设的高性能混凝土中的应用。在中国高性能混凝土的研究起步比较晚。起初，它不是遍布全国，而是从一些科研机构和高等院校开始的。通过几年的努力,中国已经基本赶上了高性能混凝土的性能研究的世界。目前，高性能混凝土主要应用在我国，如超高层、高速铁路、跨海大桥等。为了促进和规范高性能混凝土的使用，近年来国家和工业界制定了相应的规范。早在2002年初，国家质量监督检验检疫总局建立GBt187362002高强高性能混凝土矿物掺合料的标准，中国建设标准化协会于2006年编制了CECS207-2006高性能混凝土应用技术规程。虽然高性能混凝土在我国的起步比较晚，但近些年来在我国经历了快速的发展，在国内的大跨桥梁、高层建筑、公路、海上建筑等建设中也得到了越来越多的应用。比如北京西客站，上海东方明珠电视塔，大跨桥梁上海大桥，首都机场新航站，京津塘高度公路等。对于高性能混凝土的研究各个国家的学者们都进行了大量的尝试,研究的成果主要涉及到高性能混凝土的原材料、作用机理、配合比设计、水胶比与强度的关系和如何应用推广等的方面。通过这些研究可以发现绿色高性能混凝土特征鲜明：1)强接口。低水胶比可以用来提高水泥强度和弹性模量，可以减小间隙和减小骨料与水泥浆体之间的弹性模量；减小界面水膜厚度，自由空间晶体生长得到抑制；在发生反应后掺入矿物掺合料和氢氧化钙，降低界面过渡层的孔隙率。2）加入足够的外加剂。绿色高性能混凝土的一个主要成分就是矿物掺合料。通过加入矿物掺合料，可以使中心效应、复杂的叠加效应、填料效应等效应良好。3）低水胶比。绿色高性能混凝土之所以能够保持较好的耐久性，前提条件之一就是低水胶比；4）环境友好型。绿色高性能混凝土可以节省水泥熟料，环境污染和能源消耗可以得到减少，处理工业废料的废渣得到增加，混凝土的高性能优势得到充分发挥，水泥和混凝土的用量得到减少。免振捣自密实混凝土是近十年来在日本发展和应用的一种现代混凝土技术。工程应用中较典型的是跨度为桥若叶（桥）由于自密实混凝土的施工，缩短建设周期20%o由于自密实混凝土在工程中的应用可以提高混凝土的质量，混凝土施工，改善作业环境，提高劳动生产率，加快施工进度的技术经济效果，以其优良的性能,引起了土木工程的广泛关注。3.2 高强混凝土的工程应用现状强度高、大的负荷能力、资源能源消耗和好的耐久性等都是高强混凝土所具备的优点，这些特点可以很好的满足大跨度和高层建筑以及土木工程重载的要求,在国内外的众多工程建设中都得到了非常广泛的应用。当前C80混凝土的强度等级在中国结构设计规范中是被允许使用的强度，国家标准中的“高强度混凝土技术规程（JGJt281-2O12）的最高强度的相关规定,普通混凝土原材料的使用可以在混凝土C120强度等级的实验室制备的可实现。混凝土结构在一些试点项目中也已经用一些ClOO混凝土强度等级进行了测试。C100高强混凝土倒入10层钢管混凝土柱8#建筑（A、B座）沈阳清华同方信息港。C100高强混凝土倒进了钢管混凝土柱在沈阳万鑫大厦地下室，从2层到8层。在我国的一些超高层建筑工程中已实际使用了C80高强混凝土，如云南第一高楼一一西山万达广场顺利完成北塔68层的C80机制砂自密实混凝土泵送,泵送垂直高度达301米,为西南地区泵送高度之最，同时也是云南省首例C80高强混凝土的成功工程应用。混凝土标号越高则强度越大，流动性就越差,凝固得越快。就好像把糯米团子'一口气吸到300多米的高空，本次施工对泵送技术、混凝土质量要求是很高的。中建西部建设云南公司于5个月前成立了专项科技攻关团队，通过上千次的试验论证中不断调整砂率、优化掺合料用量及调整泵送剂配方，解决了机制砂高强混凝土粘度大、粘聚性差等问题，做到“4小时能工作性能无劣化”，成功研制满足施工要求的理想“糯米团子云南公司“C80机制砂高强自密实混凝土的研制与应用”课题已申报云南省级科技成果鉴定，为云南地区高强高性能混凝土的研制和工程应用提供可以借鉴的先例，有效填补地区行业空白。重庆第一楼（高468米）一一重庆瑞安项目C80钢管自密实混凝土的质量性能符合设计标准和技术规范,属于优良等级。该项目二期工程所设计的塔楼外框柱为钢管（最大直径2.8米）C80混凝土柱。要在素有“火炉”之称的重庆夏季（室外气温已达摄氏34度）将混凝土垂直抛落高度达9米的C80高强混凝土浇筑成功，其技术开发和实际运用难度极高。对于混凝土高位抛落后的工作性能相关的问题,技术团队以欧洲的标准为基础做了借鉴，通过对自密实混凝土应用规程进行对比分析思考，从而在确立C80高抛自密实混凝土核心考核指标是离析率的同时,选用距重庆800公里之遥的洞庭湖畔天然河砂来有效改善本地机制砂的颗粒级配，在紧密堆积原理的基础上，开展混凝土专用外加剂配比设计与制备，并确保在其自密实性能提高均匀性的前提下实现C80。后者是水温度问题，以大量的矿物掺合料取代水泥为出发点，优质细矿渣粉和超细粉煤灰为主要技术组，最大限度地减少水泥用量，降低水的绝热温升。同时，技术团队通过生产、生产、组织和管理的精心策划和实施，共同生产系统，环环相扣地把好了从原材料温度、混凝土搅拌出机温度到运输、浇筑和养护等各个环节的关口,促使混凝土的内外温差及其浇筑性能全都达到了设计要求和性能指标。4我国发展高性能混凝土存在的问题与建议4.1 原材料的选用和生产问题及解决措施原材料的选择和质量如果出现问题，那么混凝土的性能就难以满足设计需求。首先是水泥的选择。水泥品种应选用波特兰水泥或普通波特兰水泥，水泥颗粒越细，需水量越大，混凝土坍落度损失越快。石膏在水泥不仅可以调节水泥的凝结时间和强度、流变性能和收缩的影响,所以水泥的比表面积和石膏水泥的影响,以及水泥与高效减水剂相容性,兼容性不好，不仅会影响减水剂的戒水率，更重要的是造成混凝土坍落度损失严重。二是外加剂。该外加剂能降低混凝土的温升，改善工作性能,改善后期强度，改善混凝土内部结构，提高混凝土的抗腐蚀性能，特别是对碱骨料反应的抑制作用。矿渣微粉的比表面积超过400m2kg,能充分发挥其活性，隆低水位；但比在较大的早期产生的水化热的地区，更不利于混凝土的温升和混合物变稠，不利于泵因此，矿渣粉的比表面积500m2kg大体积混凝土。粉煤灰的需水率应小于100%,燃烧损失量应小于3%,混凝土的耗水量随着粉煤灰掺量的增加而降低。粉煤灰和磨细矿渣均为双掺，当掺量相同时，混凝土强度随着粉煤灰和磨细矿渣比例的降低而增大。第三是建筑业和水工业中的骨料，即建筑骨料，称为建筑材料和运输，也称为集料。骨料是俗称建筑砂石。在中国混凝土生产水平大大限制了骨料的质量。由于传统观念的影响，人们都非常缺乏理解聚合。他们认为骨料混凝土填充，其质量是不重要的。只要多加水泥。这是一种错误的观念,在中国生产还很落后,大部分的骨料从零散的小型露天采石场生产的,这些小采石场使用的是落后的颗式破碎机破碎机，集料颗粒的形状通常是不好的。表层土壤和夹层土壤团聚体较多，如果去除会增加投入，因此骨料通常含有大量泥浆。骨料的质量需要大量的浆液，不仅增加了胶凝材料的用量，而且赠加了混凝土的变形，很难承受道路、桥梁等构件的动力荷载。如果中国的总体现状仍很不完善，高强度混凝土可用于规模化生产是不可能的。解决措施：首先是原料选择要严格按照设计要求进行，选取成本低、质量好的材料；其次就是在材料使用前要进行严格的质量检测，不合格材料不准使用。4.2 混凝土的施工问题及解决措施高效减水剂作为添加剂一般都会出现在高性能混凝土中,使用这种添加剂的功效就是促进水灰比的降低，使得混合料具有较好的粘结性，这样在浇注与运输的过程中就不是轻易的离析和搅拌，也会使得干硬性混凝土更加容易捣固。以上是高性能混凝土的优点，但也存在着一些不足。主要表现在以下几个方面。（1）由于较为粘稠，在振捣过程中振动比较困难，由于振动器被拉出，会引起局部偏析。（2）由于更多的粘性，一般混合设备很难搅拌均匀。若采用先进设备，水灰比必须增大,凝胶材料用量增加，粘结性不好。（3）由于水灰比的降低，减少泌水，混凝土表面水蒸发不好，增加混凝土开裂引起的收缩，因此养护是非常重要的。长期浇水是一种错误的想法，不仅造成大量的水浪费，而且加剧了混凝土的开裂。解决措施：（1）搅拌。混凝土原材料应严格按照与称量准确率的要求建设，称量最大允许偏差应符合下列规定（按重量计）：胶凝材料（水泥、掺合料等）±1%;外加剂±1%;骨料±2%;拌合用水±1%。应采用卧轴式、行星式或逆流式强制搅拌机搅拌混凝土,用电子测量系统测量原材料。搅拌时间不应小于2min,应不超过3min。当混合在炎热季节或寒冷季节混凝土,必须采取有效的措施来控制原材料的温度，以保证混凝土的入模温度符合要求。（2）运输。应采取有效措施保证运输过程中混凝土的均匀性，不影响工作性能指标的波动。应采取保温措施，防止混凝土局部温度升高（夏季）或冷（冬季）。应采取适当措施,以防止水分进入容器或蒸发。（3）浇注。1）混凝土、温度、坍落度、含气量、水胶比应按混凝土专用设备进行测量,符合混凝土的工作性，或符合压铸设计要求。混凝土温度应控制在530度。2)混凝土的自由倾倒高度不得大于2m,大于2m时，应采用斜槽、串、漏斗等装置辅助混凝土输送，以保证混凝土不会出现分层和离析现象。3)混凝土的浇筑应分层连续进行，和间隙时间不得超过90min,且施工缝不得离开会。4)新混凝土与相邻硬化混凝土或岩土介质之间的温差不得大于15度。(4)振动。振动混凝土可由插入式振条、附板振子和板振器等振动装置振动。振动时应避免碰撞模板钢筋和预埋件。当混凝土采用插入振动器振动、垂直振动模式应采用。各点的振动时间应根据地表注浆或没有大的气泡。一般来说，振动时间不应超过30s,避免过振。如果需要改变混凝土搅拌棒中振动棒的水平位置，应将振动棒垂直缓慢地拉出.然后将振动器移到新位置，振动器不得放在混合物中被拉平。(5)维修。高强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%,因此，混凝土的早期养护就显得尤为重要。通常浇注混凝土后，皮带主要由模具养护，用水和养护作为辅助，使混凝土表面保持湿润。养护时间不少于14天。(6)质量检验控制。除了施工前对原材料进行严格的质量检验外，混凝土在施工过程中应检测以下指标：混凝土拌合料的控制：水胶比、坍落度、含气量、成型温度、泌水率、均匀度。硬化混凝土：标准养护试件.抗压强度，抗压强度,抗渗性，电通量等。4.3高性能混凝土的开裂问题对土木工程部门来说，高性能混凝土的出现产生了非常直接的影响，整体来说对混凝土耐久性的重视程度得到加强，对于粉煤灰、矿渣等外加剂的使用也增加了一些，预拌混凝土更是经常看见。当前，超过C80预拌混凝土已经在上海、北京和沈阳等城市得到应用。事实上，在中国一些地区的混凝土企业现在必须提供超高强混凝土的性能。不过，近年来国内外高性能混凝土结构开裂，尤其是早期开裂问题非常多。由于高剂量的高性能混凝土,采用低水胶比和大量的活性掺合料的复合胶凝材料硬化特性的人,和高性能混凝土内部结构的特点，与传统的普通混凝土相比具有很大的差异，使其早期体积稳定性差、易开裂等问题。国内外高性能混凝土的应用表明,早期开裂这一因素已然成为制约高性能混凝土在工程中应用的重要原因。由此可见，改善高性能混凝土的抗裂性能，是一种在高性能混凝土的研究面临和急需解决的问题。5高性能混凝土未来展望5.1 绿色高性能混凝土混凝土的资源都是不可再生的，所以研发新的矿物掺合料,大量利用“三废”，节约水泥，减少环境污染，降低能源消耗就显的尤为重要。三年多来，工业信息化部和住房城乡建设部先后为推动绿色建材发展颁布了促进绿色建材生产和应用行动方案、绿色建材评价标识管理办法、绿色建材评价标识管理办法实施细则、绿色建材评价技术导则等重要文件，形成了比较完善的保障绿色建材发展的政策体系。2016年3月18日，工业信息化部和住房城乡建设部又发出关于加快开展绿色建材评价有关工作的通知（下称通知），要求抓紧安排部署各地绿色建材评价标识工作。通知特别强调，根据工作安排，京津冀地区预拌混凝土、预拌砂浆绿色建材评价标识工作己经启动，各地可结合当地实际情况，加快开展绿色建材评价标识工作。预拌混凝土与预拌砂浆绿色建材评价标识工作的加快推进绝非偶然，这是因为“十三五”期间，基本建设对绿色混凝土的加快发展充满着期待。绿色混凝土是指在整个生命周期内减少对自然资源的消耗和生态环境的影响,以“节能、减排、安全、方便、可回收”为特征的建材产品。混凝土是绿色建筑材料的一个重要分支，其绿色评价标识工作亦已箭在弦上。绿色建材的概念已经历20年以上。自1995以来，对中国的建材行业成长性产业发展绿色意识，主要原材料水泥、玻璃、陶瓷、墙体材料，如混凝土在节能和资源综合利用等，取得了显著的成就。“十三五”期间，绿色建材和绿色混凝土的发展速度趋势不可阻挡。虽然中国的绿色建筑材料，取得了一定的进展，但现在，宣传不到位，消费者也很困惑，我不知道如何识别绿色建材家居产品的市场需要，如何找到一个可靠的绿色家居建材供应商。由于交易信用成本的赠加，混乱不仅淹没了潜在的消费，甚至使这些损失在国外蔓延。因此，绿色建材、家居产品的标准，标志着制定势在必行。有一个绿色标志，消费者可以轻松购买；在“物联网”是指建立绿色建材家居产品追溯机制，使假冒伪劣产品无处藏身，使消费者可以购买；对物联网应用的发展，实现一切“效率高、节能、安全、环保”的管理、控制和操作的集成。只有这样，才能释放潜在的需求，才能保证从国外回流的消费,才能从供给方面改善绿色建材的进步。5.2 不需养护混凝土浇筑后如果不妥善养护，不仅会影响混凝土强度的发展，还会影响混凝土的耐久性。如果能加以开发，研制了一种高性能混凝土无需维护，那么上述提到的问题就都可以解决，而且也可有效缩短施工工期，为工程节省人力、物力，节约成本。5.3 裂缝自修复目前，混凝土结构裂缝是不可避免的，由于各种原因，裂缝一直是困扰混凝土性能的难题。膨润土是一种适合矿物超细粉体，相当于取代水泥的高性能混凝土，可以自动修补混凝土裂缝中的裂缝，使问题在很大程度上得到改善。结论目前，中国在基础设施建设的高潮，这是一种高性能混凝土的发展机遇。我们应该培养这种共识的高性能混凝土,应注重混凝土原材料的选择,对高性能混凝土的使用需要进行施工严格按照有关的标准，规范相关材料、配合比、施工工艺和施工过程的全面控制,以满足高性能混凝土质量的要求。参考文献：1张桥.高性能混凝土高温损伤试验及温度场模拟研究D太原理工大学,2016.夏亮.高性能混凝土及其工程施工质量控制技术D.安徽建筑大学,2015.3王乾峰,贺誉,肖元杰.高性能混凝土裂缝控制研究综述J.混凝土2013,(05):119-123.侯学彪演丹,王委.掺纳米SiO_2高性能混凝土研究进展J.混凝土,2013,(03):595赵顺增,刘立,武旭南,贾福杰,李长成戾勇,曹淑萍.HCSA高性能混凝土膨胀剂及其应用J.膨胀剂与膨胀混凝土,2013,(04):7-11.6李清富,薛延信,张海洋.不同掺合料对高性能混凝土工作性能影响的试验研究J混凝±,2014,(01):58-61.7寇世聪,潘智生.不同强度混凝土制造的再生骨料对高性能混凝土力学性能的影响(英文)JOL.硅酸盐学报,2013,40(01):7/L8丁以兵.高性能混凝土自养护研究J.四JlI建筑科学研究,2014,37(02):197-200.9李益进,孙鑫鹏,尹健.超细粉煤灰对高性能混凝土耐久性影响研究J西安建筑科技大学学报(自然科学版),2013,42(04):521-525.10王睿,王信冈I,齐瑞文.高性能混凝土的抗氯离子渗透性与耐久性评估J混凝±,2015,(06):28-30.11廉慧珍.对“高性能混凝土”的再反思J混凝土世界,2015,(06):8-1L12赵华玮,朱宏平.绿色高性能混凝土研究J.混凝土,2014,(06):92-93.13高美蓉,秦鸿根,庞超明.高性能混凝土内养护技术的研究现状J.混凝土与水泥制2013,(03):9-13.