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【摘要】高性能化的混凝土在理解上就是通过高强度的技术进行生产的。其实这样的理解是不全面的，低强度等级的混凝土同样可以进行高性能化的应用。本文介绍了低强度的高性能混凝土的发展现状和相关高性能化工程的应用。低强度混凝土的高性能化对传统的混凝土是一次突破性发展，在环境、经济上也都有很重大的影响。
【关键词】高性能化；低强度等级；混凝土
1. 引言
高强度混凝土微观结构比较密实，但是此类混凝土的优良强度和密实性也会带来脆性大、温度收缩性大等缺点、导致混凝土开裂。基于应用高强度混凝土带来的诸多不利因素，在实际的应用中不要求高强度而是在整体性能上表现良好。结构在某些使用情况下，混凝土只要某方面有很好性能的混凝土就被视为高性能混凝土，这种为特定环境而出现的混凝土应用十分广泛。随着低强度等级的混凝土在应用中逐年增加，高性能化的研究也就越来越重要。
2. 高强度混凝土的劣势
（1）高强度混凝土在近几十年的应用较为广泛，但是由于其不具有较好的耐久性故其在高性能场合并没有得到很好的应用。高强混凝土的出现只有几十年，主要是通过降低水胶比来增加其强度。低水胶比造成了混凝土在微观结构上易变脆，在混凝土硬化后其强度会随着时间的推移而变得很差。高强度混凝土建筑在微观上结构致密，与外界的湿度交换较少，结构内部已产生负压而被压缩。
（2）其水胶比的减少也减少了其防火的能力。致密的结构会造成内部的混凝土不能水化，长期吸收外界水分会使体积膨胀。如果混凝土外加剂和混凝土之间的相容性不好，也能降低混凝土的性能。
（3）高强度混凝土性能转脆，强度减弱的严重问题，成为阻碍高强度混凝土成为高性能混凝土的主要原因。实际应用中，钢筋的增加虽然能够改善脆性，但是由于混凝土搅拌技术的不成熟，成效并不明显。这些缺点在应用中会导致很大的经济损失，使得人们明白高性能与高强度不能画上等号。
3. 低强度混凝土的高性能化研究现状
在原材料上保证质量，低强度混凝土在通过一系列的优化，生产出性能良好的混凝土就叫做低强度混凝土的高性能化。使混凝土结构得到改善，提高了强度等级，增强了耐久性。
3.1高性能的定义。
在过去实际工程的使用上，很多时候会通过增加水泥的用量来增加强度，水和水胶的含有量越来越小。虽然强度是得到了增加，但是由于材质劣化以及周围环境的变化对于建筑的侵蚀越来越明显。上个世纪末期增加强度带来的经济损失越来越大，让人们认识到高性能混凝土与高强度混凝土并不能对等。从微观上看高强度混凝土，在硬化过程中未出现毛细孔水，出现了混凝土颗粒不能水化等等情况，混凝土硬化后，其强度等特性与混凝土中氢氧化钙的排列有很大的关系。一定程度上可以这样判断高性能混凝土，耐久性良好的混凝土就属于高性能混凝土，而和强度等级并无较大的直接关系。
3.2研究现状。
（1）高性能混凝土研究应用在我国的起步较晚，近几年才迅速发展，在很多基础建筑工程中高性能化的混凝土成为了主力军。但是对于中低强度混凝土，特别是对于低强度混凝土高性能化的研究起步较晚，所以在高性能化的研究上并无较大的进步。
（2）国内对于低强度混凝土高性能化的研究备受关注，在研究中出现了很多的难题。其中最重要的就是在高性能概念的认知上，虽然研究的高性能混凝土采用的是高强度技术，但是并不能很好将低强度混凝土高性能化。在混凝土的强度设计过程中，水胶比和砂率是主要考虑的因素，不仅要通过相关强度公式来计算，还要考虑环境对于混凝土的各种侵蚀作用，这样才能获得理想的设计。
4. 应用工程范围
（1）很多基础设施项目，比如地铁工程，要求其使用年限要长，因此对于混凝土的要求很高。一旦出现问题维修，则要耗费大量的人力物力，而且由于维修造成的地铁使用中断带来很多不便，使维修工作成为非常麻烦的事。所以混凝土的性能在使用之初就要得到充分的保障，耐久性成为必须考虑的问题。
（2）耐久性包括很多方面。就地铁工程而言，若使用的是低强度的混凝土，而混凝土的抗渗等级对于地下工程的要求很高，混凝土在地下特别是在地下水多的地方就特别要考虑渗漏问题，因此在设计上要求抗渗等级保持在P8～P12等级。实际上抗渗等级是地铁工程质量的主要考虑因素，混凝土耐久性就体现在混凝土的抗渗等级上。一旦发生渗漏就易造成混凝土性能降低，混凝土中的钢筋在水渗透后会锈蚀，使工程的使用寿命大大折扣。
（3）从微观上看渗漏，可以认为没有良好密实度的混凝土在水压力大时就容易产生渗漏，可以用抗渗等级来评价混凝土的抵抗压力液体渗漏的能力。还有一个主要的原因就是混凝土的开裂，这是混凝土使用过程中最致命的。在地铁工程的建造工程中混凝土的变形能引起混凝土体积的变化，所以很容易造成混凝土的开裂。控制使用过程中混凝土体积变化成为主要的方法，在选材上也要进行考虑。混凝土一旦发生了开裂现象，就很难通过有效的方法进行定量评价，其形成原因和应用环境是主要的因素。从分析可以看出，地铁工程中需要的是密实度高和体积稳定性好的混凝土，对于强度的要求并不高。
5. 高性能化过程
对于高性能的混凝土，虽然在制造工艺上并没有很高的要求，无特别之处，但在选择混合料上要求十分严格。改善低强度混凝土的性能从很大程度上就是靠合理的外掺料，矿物材料是高性能化的必要条件。正确地进行配料可以减少成本投入。地下工程中要求的高密实性不能通过加大水泥的用量来实现，这样虽然可以提高密实度，但是会使体积稳定性降低，且混凝土硬化后水泥体积收缩会产生开裂。提高矿物的掺合量不仅可以提高混凝土的密实度，而且还可以减少水泥的应用成本，不会带来增加密实度而引起的体积不稳定。
5.1矿物掺和料。
（1）由于钢筋和混凝土的接触过渡区狭窄，所以导致了钢筋和混凝土的接触面很薄弱，结合面区域强度和耐久性都比较差。混凝土中的氢氧化钙在结晶后定向排列，形成的多孔结构会导致其界面结合过渡区增大。对于外掺材料，可以加入粉煤灰等矿物材料降低氢氧化钙的沉淀，在结合处可以减少空隙，从而增加了抗渗漏性提高了耐久性。 （2）常用的高性能化的掺和料有很多，其中粉煤灰、矿渣和硅粉应用较多。增加硅粉用量可以提高混凝土强度，但是由于硅粉价格较贵，在实际使用中较少，故主要是使用粉煤灰、矿渣较多，用来增加混凝土的强度。混凝土水化热的效果在增加矿渣量掺后会降低，因此效果不好，所以在很多情况下可以使用粉煤灰来代替矿渣改善混凝土的性能。
（3）混凝土中的相关成分进行的化学反应是活性反应，对于添加有粉煤灰的混凝土中产生的活性反应，主要就是指活性氧化硅、氧化铝的反应和氢氧化钙的生成。粉煤灰产生的物理性能来自其形态效应。粉煤灰的活性玻璃态球状颗粒能改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实度，混凝土中的含气量和泌水性都会因此降低。在选择粉煤灰时要注意其形状和成分，其品质主要由它们决定，通过相关的测试来选择活性高、有害成分少的粉煤灰。
5.2混凝土配制。
（1）用水量的减少可以增加高性能混凝土的密实性，但是在耐久性上并不能得到保障。在实际配制混凝土时可以保证胶结材料的用量，水泥要保证不过量使用，增加粉煤灰的量替代水泥的功能，从而降低了温度变化导致的收缩性，不仅要保证混凝土材质的均匀性还要保证其和易性。
（2）混凝土中使用外加剂可以很好地提高流动性，而且不会对混凝土结构造成损害。想要减少混凝土中产生的孔隙可以使用高效减水剂，欧洲国家在很早之前就开始使用，现今成为一种普遍使用的方法。高效减水剂可以在保证水泥用量的同时可以提高混凝土的流动性，对于吸附在一起的水泥有明显的分散作用。比如地铁工程，降低混凝土泌水的有效方法则是使用引气剂，它是一种表面活性剂，使用引气剂后，混凝土在搅拌过程中产生的微气泡就会均匀分布，不仅改善了混凝土内部的孔结构，而且提高了其密实性。这些微气泡在混凝土硬化后存在于混凝土中，显著提高混凝土的抗冻性和抗渗性。
6. 结束语
在广泛应用低强度混凝土的今天，要进行其高性能化的研究很有必要，使用外加剂的方法是一种有效的途径。科学的选材，使用合理的外加剂和外掺材料，改进施工工艺，就可以将低强度等级的混凝土进行高性能化。高性能化的应用可以降低成本，提高资源的合理利用，国内外低强度的混凝土使用量还是占有很大的比例，在高性能化研究上尤为重要。
参考文献
[1]冯浩，朱清江.混凝土外加剂工程应用手册[M].中国建筑工业出版社.
[2]吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].中国铁道工业出版社.
[3]莫庭斌.关于地铁工程结构防水的思考[J].地铁科研工作简报第3、4期.
[4]高小建，巴恒静.混凝土结构耐久性与裂缝控制中值得探讨的几个问题[J].混凝土，2001，11：12～13.
[5]冯乃谦，邢锋.高性能混凝土技术[M].原子能出版社.2001.
[6]缪昌文.高性能混凝土在建筑工程中的应用[J].混凝土与水泥制品.2000，5：3～4.
【关键词】高性能化；低强度等级；混凝土
1. 引言
高强度混凝土微观结构比较密实，但是此类混凝土的优良强度和密实性也会带来脆性大、温度收缩性大等缺点、导致混凝土开裂。基于应用高强度混凝土带来的诸多不利因素，在实际的应用中不要求高强度而是在整体性能上表现良好。结构在某些使用情况下，混凝土只要某方面有很好性能的混凝土就被视为高性能混凝土，这种为特定环境而出现的混凝土应用十分广泛。随着低强度等级的混凝土在应用中逐年增加，高性能化的研究也就越来越重要。
2. 高强度混凝土的劣势
（1）高强度混凝土在近几十年的应用较为广泛，但是由于其不具有较好的耐久性故其在高性能场合并没有得到很好的应用。高强混凝土的出现只有几十年，主要是通过降低水胶比来增加其强度。低水胶比造成了混凝土在微观结构上易变脆，在混凝土硬化后其强度会随着时间的推移而变得很差。高强度混凝土建筑在微观上结构致密，与外界的湿度交换较少，结构内部已产生负压而被压缩。
（2）其水胶比的减少也减少了其防火的能力。致密的结构会造成内部的混凝土不能水化，长期吸收外界水分会使体积膨胀。如果混凝土外加剂和混凝土之间的相容性不好，也能降低混凝土的性能。
（3）高强度混凝土性能转脆，强度减弱的严重问题，成为阻碍高强度混凝土成为高性能混凝土的主要原因。实际应用中，钢筋的增加虽然能够改善脆性，但是由于混凝土搅拌技术的不成熟，成效并不明显。这些缺点在应用中会导致很大的经济损失，使得人们明白高性能与高强度不能画上等号。
3. 低强度混凝土的高性能化研究现状
在原材料上保证质量，低强度混凝土在通过一系列的优化，生产出性能良好的混凝土就叫做低强度混凝土的高性能化。使混凝土结构得到改善，提高了强度等级，增强了耐久性。
3.1高性能的定义。
在过去实际工程的使用上，很多时候会通过增加水泥的用量来增加强度，水和水胶的含有量越来越小。虽然强度是得到了增加，但是由于材质劣化以及周围环境的变化对于建筑的侵蚀越来越明显。上个世纪末期增加强度带来的经济损失越来越大，让人们认识到高性能混凝土与高强度混凝土并不能对等。从微观上看高强度混凝土，在硬化过程中未出现毛细孔水，出现了混凝土颗粒不能水化等等情况，混凝土硬化后，其强度等特性与混凝土中氢氧化钙的排列有很大的关系。一定程度上可以这样判断高性能混凝土，耐久性良好的混凝土就属于高性能混凝土，而和强度等级并无较大的直接关系。
3.2研究现状。
（1）高性能混凝土研究应用在我国的起步较晚，近几年才迅速发展，在很多基础建筑工程中高性能化的混凝土成为了主力军。但是对于中低强度混凝土，特别是对于低强度混凝土高性能化的研究起步较晚，所以在高性能化的研究上并无较大的进步。
（2）国内对于低强度混凝土高性能化的研究备受关注，在研究中出现了很多的难题。其中最重要的就是在高性能概念的认知上，虽然研究的高性能混凝土采用的是高强度技术，但是并不能很好将低强度混凝土高性能化。在混凝土的强度设计过程中，水胶比和砂率是主要考虑的因素，不仅要通过相关强度公式来计算，还要考虑环境对于混凝土的各种侵蚀作用，这样才能获得理想的设计。
4. 应用工程范围
（1）很多基础设施项目，比如地铁工程，要求其使用年限要长，因此对于混凝土的要求很高。一旦出现问题维修，则要耗费大量的人力物力，而且由于维修造成的地铁使用中断带来很多不便，使维修工作成为非常麻烦的事。所以混凝土的性能在使用之初就要得到充分的保障，耐久性成为必须考虑的问题。
（2）耐久性包括很多方面。就地铁工程而言，若使用的是低强度的混凝土，而混凝土的抗渗等级对于地下工程的要求很高，混凝土在地下特别是在地下水多的地方就特别要考虑渗漏问题，因此在设计上要求抗渗等级保持在P8～P12等级。实际上抗渗等级是地铁工程质量的主要考虑因素，混凝土耐久性就体现在混凝土的抗渗等级上。一旦发生渗漏就易造成混凝土性能降低，混凝土中的钢筋在水渗透后会锈蚀，使工程的使用寿命大大折扣。
（3）从微观上看渗漏，可以认为没有良好密实度的混凝土在水压力大时就容易产生渗漏，可以用抗渗等级来评价混凝土的抵抗压力液体渗漏的能力。还有一个主要的原因就是混凝土的开裂，这是混凝土使用过程中最致命的。在地铁工程的建造工程中混凝土的变形能引起混凝土体积的变化，所以很容易造成混凝土的开裂。控制使用过程中混凝土体积变化成为主要的方法，在选材上也要进行考虑。混凝土一旦发生了开裂现象，就很难通过有效的方法进行定量评价，其形成原因和应用环境是主要的因素。从分析可以看出，地铁工程中需要的是密实度高和体积稳定性好的混凝土，对于强度的要求并不高。
5. 高性能化过程
对于高性能的混凝土，虽然在制造工艺上并没有很高的要求，无特别之处，但在选择混合料上要求十分严格。改善低强度混凝土的性能从很大程度上就是靠合理的外掺料，矿物材料是高性能化的必要条件。正确地进行配料可以减少成本投入。地下工程中要求的高密实性不能通过加大水泥的用量来实现，这样虽然可以提高密实度，但是会使体积稳定性降低，且混凝土硬化后水泥体积收缩会产生开裂。提高矿物的掺合量不仅可以提高混凝土的密实度，而且还可以减少水泥的应用成本，不会带来增加密实度而引起的体积不稳定。
5.1矿物掺和料。
（1）由于钢筋和混凝土的接触过渡区狭窄，所以导致了钢筋和混凝土的接触面很薄弱，结合面区域强度和耐久性都比较差。混凝土中的氢氧化钙在结晶后定向排列，形成的多孔结构会导致其界面结合过渡区增大。对于外掺材料，可以加入粉煤灰等矿物材料降低氢氧化钙的沉淀，在结合处可以减少空隙，从而增加了抗渗漏性提高了耐久性。 （2）常用的高性能化的掺和料有很多，其中粉煤灰、矿渣和硅粉应用较多。增加硅粉用量可以提高混凝土强度，但是由于硅粉价格较贵，在实际使用中较少，故主要是使用粉煤灰、矿渣较多，用来增加混凝土的强度。混凝土水化热的效果在增加矿渣量掺后会降低，因此效果不好，所以在很多情况下可以使用粉煤灰来代替矿渣改善混凝土的性能。
（3）混凝土中的相关成分进行的化学反应是活性反应，对于添加有粉煤灰的混凝土中产生的活性反应，主要就是指活性氧化硅、氧化铝的反应和氢氧化钙的生成。粉煤灰产生的物理性能来自其形态效应。粉煤灰的活性玻璃态球状颗粒能改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实度，混凝土中的含气量和泌水性都会因此降低。在选择粉煤灰时要注意其形状和成分，其品质主要由它们决定，通过相关的测试来选择活性高、有害成分少的粉煤灰。
5.2混凝土配制。
（1）用水量的减少可以增加高性能混凝土的密实性，但是在耐久性上并不能得到保障。在实际配制混凝土时可以保证胶结材料的用量，水泥要保证不过量使用，增加粉煤灰的量替代水泥的功能，从而降低了温度变化导致的收缩性，不仅要保证混凝土材质的均匀性还要保证其和易性。
（2）混凝土中使用外加剂可以很好地提高流动性，而且不会对混凝土结构造成损害。想要减少混凝土中产生的孔隙可以使用高效减水剂，欧洲国家在很早之前就开始使用，现今成为一种普遍使用的方法。高效减水剂可以在保证水泥用量的同时可以提高混凝土的流动性，对于吸附在一起的水泥有明显的分散作用。比如地铁工程，降低混凝土泌水的有效方法则是使用引气剂，它是一种表面活性剂，使用引气剂后，混凝土在搅拌过程中产生的微气泡就会均匀分布，不仅改善了混凝土内部的孔结构，而且提高了其密实性。这些微气泡在混凝土硬化后存在于混凝土中，显著提高混凝土的抗冻性和抗渗性。
6. 结束语
在广泛应用低强度混凝土的今天，要进行其高性能化的研究很有必要，使用外加剂的方法是一种有效的途径。科学的选材，使用合理的外加剂和外掺材料，改进施工工艺，就可以将低强度等级的混凝土进行高性能化。高性能化的应用可以降低成本，提高资源的合理利用，国内外低强度的混凝土使用量还是占有很大的比例，在高性能化研究上尤为重要。
参考文献
[1]冯浩，朱清江.混凝土外加剂工程应用手册[M].中国建筑工业出版社.
[2]吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].中国铁道工业出版社.
[3]莫庭斌.关于地铁工程结构防水的思考[J].地铁科研工作简报第3、4期.
[4]高小建，巴恒静.混凝土结构耐久性与裂缝控制中值得探讨的几个问题[J].混凝土，2001，11：12～13.
[5]冯乃谦，邢锋.高性能混凝土技术[M].原子能出版社.2001.
[6]缪昌文.高性能混凝土在建筑工程中的应用[J].混凝土与水泥制品.2000，5：3～4.