學院：土木工程學院
班級：土木1005班
學號：1217100133
姓名： 楊秋貴
高效能混凝土的特性及應用
姓名：楊秋貴學號：1217100133 班級：土木1005班
【摘要】高效能混凝土具有高強性、高工作性、高耐久性等優良特性，是近期混凝土技術發展的主要方向，至今已在不少重要工程中被採用，本文主要介紹了高效能混凝土的特性以及其應用情況。
【關鍵詞】高效能混凝土，特性，應用
1、高效能混凝土產生的背景
隨著土木工程的發展，在修建大跨度橋梁、高層及超高層建築、高速鐵路、地下結構、大型堤壩等混凝土結構物時，由於其所處環境和受力特點，普通混凝土的強度、工作性、耐久性等都無法滿足工程的需要，而且混凝土老化、受環境侵蝕問題嚴重，大量使用混凝土帶來的環境問題也非常突出。因此，高效能混凝土日益受到業內人士的重視，20世紀90年代前半期是我國高效能混凝土發展的初期，經過10餘年的發展，在國內外多種觀點逐步交流融合後，目前對高效能混凝的認識也更加清晰，高效能混凝土在工程上的優越性也更加突出，成為了應用領域的乙個熱點，高效能混凝土的研究也在逐步深入
2、高效能混凝土的概念
高效能混凝土（high performance concrete,簡稱hpc）是一種新型高技術混凝土，是在大幅度提高普通混凝土效能的基礎上採用現代混凝土技術製作的混凝土。它以耐久性作為設計的主要指標，針對不同用途要求，對下列效能重點予以保證:耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩定性和經濟性。
為此，高效能混凝土在配置上的特點是採用低水膠比，選用優質原材料，且必須摻加足夠數量的礦物細摻料和高效外加劑。
2023年5月美國國家標準與技術研究院（nist）和美國混凝土協會（aci）首次提出高效能混凝土的概念。但是到目前為止，各國對高效能混凝土提出的要求和涵義完全不同。
美國的工程技術人員認為：高效能混凝土是一種易於澆注、搗實、不離析，能長期保持高強、韌性與體積穩定性，在嚴酷環境下使用壽命長的混凝土。美國混凝土協會認為：
此種混凝土並不一定需要很高的混凝土抗壓強度，但仍需達到55mpa以上，需要具有很高的抗化學腐蝕性或其他一些效能。
日本工程技術人員則認為，高效能混凝土是一種具有高填充能力的的混凝土，在新拌階段不需要振搗就能完善澆注；在水化、硬化的早期階段很少產生有水化熱或乾縮等因素而形成的裂縫；在硬化後具有足夠的強度和耐久性。
加拿大的工程技術人員認為，高效能混凝土是一種具有高彈性模量、高密度、低滲透性和高抗腐蝕能力的混凝土。
綜合各國對高效能混凝土的要求，可以認為，高效能混凝土具有高抗滲性（高耐久性的關鍵效能）；高體積穩定性（低乾縮、低徐變、低溫度變形和高彈性模量）；適當的高抗壓強度；良好的施工性（高流動性、高粘聚性、自密實性）。
3、高效能混凝土的特性
3．1高效能混凝土的組成和結構
3．1．1高效能混凝土的組成和配合比熱點
高效能混凝土在組成和配合比上有以下特點
最大骨料粒徑小，高效能混凝土骨料的最大粒徑宜在10-20mm。有兩個原因，其一：最大粒徑較小，則骨料與水泥漿介面應力差較小，一位應力差可能引起裂縫；其二：
較小骨料顆粒強度比大顆粒強度高，因為岩石破碎時消除了內部裂隙。
使用礦物摻合料，hpc一般都含有礦物摻合料和料矽粉、粉煤灰或磨細礦渣，可大大提高強度和耐久性。
高效減水劑與水泥的相容性好。低水膠比和含有矽粉的高效能混凝土除必須使用高效減水劑以外，高效減水劑和水泥之間的相容性還必須好，這樣保證混凝土拌合物有良好的工作性。
低水膠比，只有水膠比很低，混凝土的孔隙率或滲透性才可能低，因此低水膠比是保證混凝土高耐久性與高強度的前提，實際應用的有hpc水膠比常常介於0.25-0.40之間。
3．1．2高效能混凝土結構特點
高效能混凝土的水泥石微結構，按照中心質假說，屬於次中心質的未水化水泥顆粒（h顆粒）、屬於次介質的水泥凝膠（l粒子）和屬於負中心質的毛細孔組成水泥石。從強度的角度看孔隙率一定時，h/l粒子比值越大，水泥石強度越高；但有個最佳值，超過後隨其強度而下降。在一定範圍內，h/l最佳值隨孔隙率下降而提高。
在水膠比很低的高效能混凝土中，水泥石的孔隙率很低，在一定的h/l粒子比值下，強度隨孔隙率的減少而提高。因此，儘管水泥的水化程度很低，水泥石中保留了很大的h/l粒子比值，但與很低的孔隙率和良好的孔結構相配合，可獲得高強度。
高效能混凝土的介面特點主要是由低水膠比和摻入外加劑與礦物細粉帶來的。由於低水膠比提高了水泥石的強度和彈性模量，使水泥石和集料彈性模量的差距變小，因而使介面處水膜層厚度減少，晶體生長的自由空間減少；摻入的活性礦物細粉與反應後，會增加c-s-h和af生成數量，減少含量，並且干擾水化物的結晶，因此水化物結晶顆粒尺寸變小，富集程度和取向程度下降，硬化後的介面孔隙率也下降。
3.2高效能混凝土的技術特性
參入高效減水劑：高效減水劑減水率可達20%以上。目前主要是萘系、三聚氰胺系和由它們復配而成的減水劑，其中以萘系為主，佔67%。
特別是我國，大部分高效減水劑均是以萘為主要原料的萘系高效減水劑。萘系高效減水劑根據其產品中na2so4含量的高低，可分為高濃型產品（na2so4含量<3%）、中濃型產品（na2so4含量3%～10%）和低濃型產品（na2so4含量》10%）。目前大多數萘系高效減水劑合成廠都具備將na2so4含量控制在3%以下的能力，有些先進企業甚至可將其控制在0.
4%以下。
高效減水劑對水泥有強烈分散作用，能大大提高水泥拌合物流動性和混凝土坍落度，同時大幅度降低用水量，顯著改善混凝土工作性。但有的高效減水劑會加速混凝土坍落度損失，摻量過大則泌水。高效減水劑基本不改變混凝土凝結時間，摻量大時（超劑量摻入）稍有緩凝作用，但並不延緩硬化混凝土早期強度的增長。
能大幅度降低用水量從而顯著提高混凝土各齡期強度。在保持強度恆定時，則能節約水泥10%或更多。
氯離子含量微少，對鋼筋不產生鏽蝕作用。能增強混凝土的抗滲、抗凍融及耐腐蝕性，提高了混凝土的耐久性
摻入高效活性礦物摻料：在混凝土中摻入矽灰、磨細礦渣或者優質粉煤灰等礦物摻合料，可以減少每立方公尺混凝土的水泥用量，改善水化產物的品質，強化水泥石與骨料間介面，減少孔隙率和細化孔徑，是配製高強混凝土措施。
摻入礦物摻合料或者用礦物摻合料取代部分水泥，可從三方面提高混凝土耐久性。其一，通過火山灰反應，改善水泥石在硫酸鹽環境中的穩定性；其二，改善混凝土微結構和孔結構；其三，降低混凝土絕熱公升溫，減輕溫度變形的影響。因此，選用優質粉煤灰或超細粉煤灰、磨細礦渣或矽粉等可顯著提高混凝土耐久性
其他 ：高效能混凝土除了以上特性之外，由於緩凝劑及膨脹劑等外加劑的摻入，還具有較高的韌性、良好體積穩定性和長期的力學效能穩定性。hpc的高韌性要求其能較好抵抗**荷載、疲勞荷載及衝擊荷載的能力，高效能混凝土的韌性可通過在混凝土摻加引氣劑或採用高效能纖維混凝土等措施得到提高。
高效能混凝土的體積穩定性表現在其優良的抗初期開裂性，低的溫度變形、低徐變及低的自收縮變形。高效能混凝土長期的力學穩定性要求其在長期的荷載作用及惡劣環境侵蝕下能夠保持其強度。
3.3綠色混凝土
綠色混凝土，指既能減少對地球環境的負荷，又能與自然生態系統協調共生，為人類構造舒適環境的混凝土材料，即可理解為：節約資源、能源，不破壞環境，更有利於環境。一般說來，綠色混凝土應具有比傳統混凝土更高的強度和耐久性，可以實現非再生性資源的可迴圈使用和有害物質的最低排放，既能減少環境汙染，又能與自然生態系統協調共生。
4高效能混凝土的應用
高效能混凝土是近期混凝土技術發展的主要方向，由於其具有綜合的優異技術特性，特別適用於高層建築、橋梁以及暴露在嚴酷環境中的建築結構，引起了國內外材料界與工程界的廣泛重視和關注，耐久性、養護的難易程度以及建設的經濟性已成為工程建築的目標。
4.1高效能混凝土在橋梁工程中的應用
高效能混凝土應用於橋梁工程中，有其獨特的優勢，主要表現在：跨徑更長;主梁間距更大;構件更薄;耐久性增強;力學效能加強。
高效能混凝土廣泛用於很多離岸結構物和長大跨橋梁的建造，包括長大跨橋梁所用的拌合物。它們主要用於主梁、墩部和墩基，矽粉混合水泥。高效能混凝土有廣泛的應用性，具有易於澆注、搗實而不離析、高超的、能長期保持的力學效能，早期強度高，韌性高和體積
穩定性好，在惡劣的使用條件下壽命長、高強度、高流動性與優異的耐久性。推廣高效能混凝土在橋梁中的應用，延長橋梁的使用年限和獲得更好的經濟效益。人們所關注的是高效能混凝土，而不僅僅是高強度混凝土。
耐久性、養護的難易程度以及建設的經濟性已成為工程
建設的目標。當前國內應用較好的如上海東海大橋用的混凝土，設計壽命100 年，使用的「高效能海工混凝土」是粉煤灰、礦粉等廢料化腐朽為神奇，成為特殊的摻和材料，使海工混凝土既有高強度、耐久性、抗腐蝕等特性，又易於施工，直接節約材料成本2000 萬元。不僅
效果穩定，還能提前感知混凝土的過度疲勞。
4.2高效能混凝土在公路工程中的應用
高效能混凝土具有高施工性、高體積穩定性、高耐久性及足夠的力學強度，為此它能相對長時間承受沖刷、磨耗、冰凍、水的滲入、侵蝕等惡劣環境。高效能混凝土在公路應用中，其耐久性優點極為突出，一方面它可以提高路基施工質量，確保路基不下沉;另一方面需解決公路混凝土強度等級低，水泥用量少，從而形成了水泥用量少與耐久性要求之間的矛盾。高效能混凝土是以耐久性為主要指標，同時要具有高強、高早強、高施工性(高流動、高粘聚性、高可澆注性)等優異效能。
其配製的基本思想是:通過對原材料進行選擇，優化混凝土配比，摻入復合高效外加劑。同時摻人一些經過處理的工業廢料如矽灰、粉煤灰、礦渣等，並從混凝土拌和物的流動性、施工工藝方面考慮，以獲得高流態、低離析、質量均勻的高強混凝土。
同時其耐久性要大大好於普通混凝土。公路高效能混凝土應根據公路混凝土的特點，結合高效能混凝土的優點，綜合考慮其各方面的效能要求來進行開發研究。但如果能從改變公路混凝土的施工工藝出發，不採用滑模攤鋪施工，而採用高流態(接近自流平)，坍落度達240~270mm 的混凝土來施工，則該方法進一步豐富了公路高效能混凝土的內涵，其帶來的經濟效益和社會效益將是不可估量的。
5、高效能混凝土施工工藝應注意的問題
5.1採用拌合效能好的攪拌裝置
因高效能混凝土用水量少，拌合時較稠，水膠比低，因此需要採用拌合效能好的攪拌裝置。臥軸式攪拌機或逆流式攪拌機能在較短時間內將其攪拌均勻，採用其他裝置時需經過試驗檢測拌合物的均勻性。
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