浅谈高性能混凝土发展前景

孙 刚，王 侠

（河北工程技术高等专科学校基础部，河北省沧州市浮阳南大道6号 061001）

混凝土是由胶凝材料，集料（也称为骨料），水（可含外加剂和掺合料）按一定比例配制，经搅拌、振捣密实、养护而成的一种复合材料。自19世纪20年代出现了波特兰水泥以来，以水泥为胶凝材料的混凝土已经有将近200年的历史了。混凝土是目前建筑工程、桥梁工程、水利工程、港口工程等工程中最重要的工程材料。随着科学技术的发展和经济水平的提高，混凝土的主要性能和施工水平都有了很大提高。

高性能混凝土（High Perf or mance Concrete），至今对它没有统一的解释或定义。笔者认为，高性能混凝土就是采用优质的原材料，有效的质量控制手段制成的，性能（如强度、密实性、抗渗性、耐久性等）优于常规混凝土的混凝土。我国把强度等级大于等于C60的混凝土称为高强混凝土，大于等于C100的混凝土称为超高强混凝土。高性能混凝土并不能简单地认为是高强混凝土。近年来随着我国工业化、城市化进程的加快，高性能混凝土必将得到广泛应用。

1 高性能混凝土优点

（1）高性能混凝土一般情况下强度更高。提高混凝土的强度，可以减小结构构件尺寸，减轻结构构件自重，减少材料用量。对于建筑工程而言，由于梁柱截面尺寸缩小，不仅在建筑上改善了梁柱的美观性，而且还能增加建筑物的使用面积。

（2）高性能混凝土弹性模量更大，因而使结构构件的刚度更大，变形更小，稳定性更好。

（3）高性能混凝土的密实性能好，抗渗性好。

（4）高性能混凝土具有良好的工作性能。高性能混凝土的坍落度控制较好，稳定性和均匀性好。同时，混凝土拌合物具有较高的流动性，不分层、不离析，易浇筑。

（5）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具有较低的水化热，硬化后具有较小的收缩变形。

（6）高性能混凝土具有较高的强度和较好的耐久性，从而使其具有较好的经济性。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，取得良好的经济效益。

2 高性能混凝土的研究与应用现状

2.1 国外现状

国外对高性能混凝土的研究较早，发展较快，特别是德国、美国、日本、挪威等国家，这些国家在20世纪80年代就已将高性能混凝土应用于实际工程。如：德国的法兰克福银行办公楼建成于1993年，混凝土强度达到了C85；德国Esch－bor n高层办公楼建成于1994年，混凝土强度达到了C105。美国的西雅图双联广场大楼建于1988年，混凝土强度达到了C130；美国西雅图太平洋第一中心大楼建于1989，混凝土强度达到了C120。日本千叶的预应力混凝土人行天桥建成于1993年，混凝土强度达到了C100。挪威的E－18和E－6欧洲高速公路建于1989年，混凝土强度等级达到了C100。

德国现行的混凝土结构设计规范已包含C115混凝土，强度等级为规范规定的最大值。挪威和英国的混凝土结构设计规范中已包含C105混凝土，为目前世界上强度等级第二高两个国家。挪威已将高强高性能混凝土（C85～C90）广泛用于道路工程，明显提高了混凝土路面的耐磨性。日本应用超高性能混凝土建造住宅、制作预应力桥梁、桩、桁架等。目前150 MPa以及230 MPa的高性能混凝土都已在工程中运用。

2.2 国内现状

与国外相比，我国对高性能混凝土的研究起步较晚，应用高性能混凝土的工程实例也相对较少。对高性能混凝土的研究应用，相对比较落后。高性能混凝土在我国大部分地区的工程中应用不多，仅在经济较发达地区（如北京、上海、广州等）的高层建筑、大跨度桥梁、港口等工程中应用较为普遍。

我国从20世纪90年代，高强混凝土才陆续得到应用。上海东方明珠电视塔建于1995年，采用C60混凝土。深圳地王大厦建于1996年，采用C60混凝土。上海金茂大厦建于1998年，采用C60混凝土。由北京城建集团1995年施工的北京静安中心大厦部分采用了C80的商品混凝土。北京城建集团总公司于1995年在北京财税大楼首层柱子施工中，浇筑成功C110商品混凝土。1995年建造的上海国际大厦采用了C80高强混凝土。我国C60以上的高强混凝土及C100以上超高强混凝土在经济发达的城市或地区的应用较为普遍。

我国《高强混凝土应用技术规程》（JGJ／T281－2012）中规定的最高强度等级为C100。我国在实验室中使用普通混凝土原材料可以配制出C120强度等级的混凝土并可实现高层泵送。在一些试验性工程中，实际结构试用了一些C100强度等级的混凝土。沈阳清华同方信息港8号楼钢管混凝土柱内使用了C100高强混凝土。沈阳市皇朝万鑫大厦的钢管混凝土柱内使用了C100高强混凝土。

3 高性能混凝土的发展趋势

3.1 超高强混凝土

随着混凝土原材料技术的发展，混凝土施工技术的不断进步，高性能混凝土强度会越来越高。超高强混凝土具有高性能混凝土的优势并且具有长期的综合经济性。我国，已在重要工程中应用C100以上的超高强混凝土。国外抗压强度超过800 MPa的超高强混凝土已经在实验室中配制成功，强度1000 MPa的极高强混凝土正在研制中。超高强混凝土必将成为未来高性能混凝土的发展方向之一。

活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，缩写为RPC）是20世纪90年代开发出的超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定性良好的新型材料。它是DSP（Densified System containing ultra－fine Particles）材料与纤维增强材料相复合的高技术混凝土。RPC是一种超高强的混凝土，其立方体抗压强度可达200－800 MPa，抗拉强度可达25～150 MPa，断裂能可达40kJ／m2，弹性模量为40GPa至60GPa。RPC的抗腐蚀性及耐高火性要优于钢材。采用RPC可以延长结构使用寿命，降低结构的后期维护费用。因此，RPC将在预应力混凝土结构，钢－混凝土组合结构等领域得到广泛应用。

超高强纤维增强混凝土。钢纤维混凝土是在混凝土中加入钢纤维而制成的的一种新型混凝土。与普通混凝土相比钢纤维混凝土的抗压、抗劈裂、抗折强度、弯曲韧性和抗冲击性能都有很大提高。俄国在20世纪初出现了钢纤维混凝土，是最早研究钢纤维混凝土的国家。美、英、法、德、日本等国在继俄国之后开始进行了钢纤维混凝土的试验研究。研究表明，“普通钢纤维混凝土的纤维体积率在1%～2%之间，较之普通混凝土，抗拉强度提高40%～80%，抗弯强度提高60%～120%，抗剪强度提高50%～100%，抗压强度提高幅度较小，一般在0～25%之间，但抗压韧性却大幅度提高。”［1］除了钢纤维混凝土，聚丙烯纤维混凝土也是一种高强纤维增强混凝土。聚丙烯纤维是一种强度高、密度小、不吸水、耐酸碱的新型高分子材料。研究表明，聚丙烯纤维混凝土能够使混凝土的抗弯折强度、弯曲韧性、抗冲击性能得到提高，还能够减少混凝土的收缩变形，改善混凝土的抗渗透能力。

3.2 绿色高性能混凝土的应用

绿色混凝土是指制作混凝土的原材料符合节能环保要求，混凝土的制作过程符合保护环境减少污染的要求，混凝土的使用过程能够达到与自然生态系统协调共生，维护生态平衡，实现可持续发展的要求。如再生混凝土、自密实混凝土等都为绿色混凝土。混凝土既符合绿色混凝土的要求，又具备高性能混凝土的特点，即为绿色高性能混凝土，绿色高性能混凝土是混凝土的发展方向。

再生混凝土是由废弃的混凝土经过破碎、清洗、分级并按一定比例组合后得到的“再生骨料”作为部分或全部骨料配制而成的混凝土。再生混凝土实现了废旧的混凝土的合理利用，能够节约资源，减少污染。日本在1977年制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，并对再生混凝土的性能做了大量研究。美国、德国等国家主要将再生混凝土用于公路工程。我国目前还没有完整的再生混凝土规范，再生混凝土主要用于配置中低强度混凝土，近年来我国对再生混凝土的配置、性能等做了大量研究，取得了一定的成果。有一些道路改造项目，已将再生混凝土用于实际工程，因此再生混凝土会成为高性能混凝土的发展方向。

自密实混凝土是不需要用机械振捣，而是依靠混凝土的自重使其达到密实。自密实混凝土在施工中能大大减少混凝土浇捣时间，提高效率，减轻了人的劳动强度，节约了劳动成本，同时，避免了施工过程中人为因素导致的漏振和过振等，混凝土结构更致密、表面光洁，还可以消除施工时振捣产生噪音。自密实混凝土在日本、美国、英国、加拿大、德国等国家的应用已很普遍。自密实混凝土在我国的应用已有一些工程实例，但占我国混凝土总用量的比例还很低。济西国家湿地公园南出入口道路跨南水北调东线工程济平干渠，新建桥梁，采用C50自密实混凝土。西安北站，主站房分三层，建筑面积约1.3万多平方米，采用C60自密实混凝土。东莞新区的台商大厦，主楼68层，地下4层，建筑总高度为289 m，该工程主楼地下4层至27层钢管柱使用C60自密实混凝土。

减少环境污染，保护生态环境，实现经济与自然环境的协调可持续发展是我国的主要目标，因此，在我国推行绿色高性能混凝土具有更重要的实际意义，提高再生混凝土和自密实混凝土的设计与施工水平，使其在更多的实际工程中得到应用。

4 结论

我国实际工程中应用的混凝土强度较低，而混凝土的原材料用量较多。因此，提高材料的利用率，推广使用高性能混凝土的任务还很艰巨。与普通混凝土相比高性能混凝土具备诸多优势，推广使用高性能混凝土是我国混凝土领域发展趋势。随着我国经济水平的提高，施工技术的进步，高性能混凝土将会得到广泛应用。尤其是绿色高性能混凝土更是今后研究的重点，更值得推广应用。

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