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[摘要] 高性能混凝土较普通混凝土有更为优良的特性，自其产生以来得到了迅速的发展。本文介绍了高性能混凝土的性能以及原材料，并且简单论述了高性能混凝土的发展前途。
[关键词] 高性能混凝土 性能 原材料 发展前景
混凝土是当今最大宗的建筑工程材料。混凝土的性能包括两方面的内涵，首先是新拌混凝土的施工性能；其次是硬化混凝土的使用性能；因此，高性能混凝土的定义一般也包括高流动性和长期使用的力学性能和耐久性能两方面。然而对于高性能混凝土至今没有统一的定义，高性能混凝土是在传统混凝土的基础上，经过大量改进，其性能较普通混凝土有很大提高，具有易于浇筑、捣实而不离析、早期强度高、韧性高、体积安定性好、在恶劣环境下寿命长等力学性能。目前，高性能混凝土已被广泛应用于高层建筑、大跨度桥梁、离岸结构、水工结构、高速公路路面等各个行业，有着广泛的应用前景。
1.高性能混凝土的性能
（1）高性能混凝土拌合物的性质
高性能混凝土拌和物不仅有良好的流动性，而且有良好的抗离析性、和易性、间隙通过性（通过较密的钢筋间隙和狭窄通道的能力）和抗堵塞性等性能，与普通混凝土拌和物性质有很多不同之处。
1）流动性
高性能混凝土的流动性多用坍扩度和坍落度进行评价，即在坍落度测试完毕后间隔数十秒钟，待拌和物蠕变流动稳定时，量测其扩展的直径，该直径即坍扩度。坍扩度对混凝土流动性的反应敏感与真实性比坍落度好。坍扩度是在测坍落度之后得到的数据，是用于补充评价高性能混凝土流动度的最简便的附加指标。坍落度相近时，坍扩度越大，拌和物的工作性越好。
2）离析性
拌和物的抗离析性，可以用坍落流动速率来评定。坍落流动速率用拌和物坍落后铺展到直径为50cm所用的时间除以流动距离15cm的值来表示。坍落流动速率快时，流动性好，但过快时容易产生离析。
3）凝结时间
高性能混凝土的凝结时间视外加剂与掺和料的品种与掺量不同明显加快或减缓，但当使用复合有缓凝剂的高效减水剂时，初凝时间有所减缓，而初、终凝之间的时间间隔并无显著不同。当掺量过大时，则可能引起过量缓凝。掺有粉煤灰的高性能混凝土凝结时间随掺量的增大而不断延缓。掺矿渣或硅粉对凝结时间影响相对较小，而主要由外加剂的影响控制。目前，早强、超早强、缓凝、超缓凝型外加剂技术均已得到应用，高性能混凝土的凝结时间，可根据实际需要加以调节。
（2）硬化混凝土的性质
1）强度
一般认为高性能混凝土必须有高的强度，抗压强度指标不应低50MPa~60MPa。而目前很多学者更加重视其工作性与耐久性，认为应根据用途与经济合理等条件对性能有所重，特别是对于高流动性或自密实高性能混凝土，其强度可以向中等标号（30MPa）延伸，但以不损及混凝土内部结构的发展与耐久性为度。
2）弹性模量
高性能混凝土的弹性模量仍与强度等级、骨料性能有关。高性能混凝土比普通混凝土弹性模量高，而高流动性或自密实免振混凝土由于粗骨料少，比使用同一品种骨料的普通混凝土稍低些。
3）收缩与徐变
收缩与徐变反映混凝土的体积稳定性。混凝土的收缩与徐变主要取决于水胶比。胶凝材料的体积。对于高流动性或自密实混凝土，由于粗骨料用量小，粉体材料用量大， 则干燥收缩值应大些，容易产生有害裂缝。此时掺用粉煤灰和少量膨胀剂有利于减小收缩，可以提高抗裂性能。高性能混凝土的徐变比普通混凝土要小得多，且随水灰比降低，强度提高，徐变相应减小。此外，徐变还与荷载施加的龄期及施加的应力有关。其特点与其他强度等级的普通混凝土相似。
4）抗碳化性
高性能混凝土一般水胶比较低，混凝土密实度较高，介质很难进入，碳化的深度与普通混凝土基本相当，而碳化的速度则小于普通混凝土。
5）耐磨性
高性能混凝土一般具有很高的耐磨性，而硅粉混凝土更具有突出的耐磨性能。
6）其他性能
同时掺有高效减水剂与超细矿物掺和料的高性能混凝土，由于高效减水剂的作用使水胶比大大降低，混凝土的空隙细化，粗大有害孔隙的比例大大减小，由于超细颗粒微填充效应，使得孔结构进一步细化，混凝土的密实性进一步提高，其抗介质渗透性、抗冻融性、抗碱骨料反应能力都大大提高。混凝土中以20%的磨细粉煤灰代替相应的水泥，同时掺入一定量的引气剂，使混凝土的含气量达3%~5%，可明显提高其抗冻融性。其中硅粉、粉煤灰、沸石粉都对碱骨料反应有抑制作用。
2.高性能混凝土的原材料
（1）水泥
高性能混凝土最好采用强度等级高的水泥，且具有良好的流变性能。目前，在我国一般使用强度等级≥42.5MPa的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
（2）骨料
粗细骨料是混凝土的主要组分，在混凝土结构中起着骨架的作用，因而在配制高性能混凝土时，骨料品种的选择非常重要。粗骨料通常选用质地坚硬、表面粗糙、级配良好、洁净的碎石，最好是密实坚硬的石灰岩碎石，其最大粒径一般≤20mm。在石子强度足够的情况下,能有效地提高水泥浆体与石子界面的粘结强度。细骨料采用级配良好、洁净的中粗砂，细度模数宜为2.6～3.1。
（3）水
高性能混凝土拌和用水采用饮用水。水胶比是控制混凝土强度的重要参数，水胶比越小，配制的混凝土强度越高。高性能混凝土的水胶比一般＜0.4，水胶比降低会使混凝土的工作性变差，通常加入高效减水剂来解决。
（4）掺合料
掺合料在普通混凝土中是一种辅助性组分，用于替代部分水泥，主要是出于经济的目的。而在高性能混凝土中，掺合料却是主要组分之一，起着从根本上改变混凝土性能的作用。通常用于高性能混凝土掺合料的主要有细磨水淬矿渣、优质粉煤灰、硅灰和沸石粉，此外石灰石粉、石英粉、稻壳灰等也可用作掺合料。
1）粒化高炉矿渣
粒化高炉矿渣是高炉炼铁得到的以硅铝酸钙为主的熔融物经水淬急冷而成的副产品。它具有较高的潜在活性，活性的大小取决于化学成分和水淬生成的玻璃体的含量。实践证明，掺加40％以上矿渣的高性能混凝土，不仅能发挥矿渣水泥混凝土的优势，而且其早期强度低、泌水、离析、和易性差等缺点也大为改善，优于未掺加矿渣的混凝土，在高效减水剂的配合下，完全能满足高性能混凝土的性能要求。
2）优质粉煤灰
高性能混凝土必须选用优质粉煤灰， 其作用不同于一般的混合材。在水泥混凝土中已长期使用粉煤灰，对于它在混凝土中的活性效应、形态效应以及微集料效应已有了比较充分的认识。另外，粉煤灰通过一定的优化（如分级、分选、加工等），也大大提高了其质量。因此，粉煤灰不仅能用于配制高性能混凝土，并且其掺量较大，可达到胶结材用量50%～60%甚至更高。
3）硅灰
硅灰是冶炼硅铁和硅工业产出的粉尘，SiO2含量90%以上，具有很高的活性，为制造高强、特高强水泥基材料所必须。但由于硅灰的产量较低同时价格较高，因而其用量较少。
4）沸石粉
沸石粉由天然沸石岩磨细而成，是架状构造的含水铝硅酸盐矿物，多孔，内表面积大，吸附性与离子交换力均强，需水性大于粉煤灰。
在配制高性能混凝土时，选用掺合料宜走复合化的道路，即在混凝土中同时掺入两种或两种以上的掺合料，以发挥各组分性能的超叠加效应，可使高性能混凝土的性能更好而且更经济，有利于扩大其应用。
（5）外加剂
高效减水剂是高性能混凝土的必要组分。减水剂的减水率应在20%～30%之间， 以减少用水量，降低水胶比，提高混凝土的强度和耐久性；为了减少坍落度损失，还可以掺加缓凝剂与引气剂；为了提高混凝土的早期强度，可掺加早强剂或采用早强减水剂；为了预防早期收缩，还可掺加适量的膨胀剂。通常可利用外加剂的复合作用来满足高性能混凝土的各种功能要求。
3.高性能混凝土的发展前景
随着混凝土用量的不断增加、生产中对自然环境的破坏，以及人们对能源消耗和可持续发展的日益关注，普通混凝土的生产与应用已越来越不符合人类生存需要。因此高性能混凝土应运而生、得以高度重视和快速发展，并赋予广义的内涵和极大的发展空间。吴中伟院士1998年首提绿色高性能混凝土的概念，指出中国必须走绿色高性能混凝土道路。绿色的涵义可概括为节约资源、能源、不破坏环境，可持续发展，既满足当代人需求，又不危害后代人满足其需要的能力。绿色高性能混凝土具有鲜明特征：使用绿色水泥（生态水泥、无熟料水泥、掺大量混合材料水泥等)；最大限度减少水泥熟料用量，以降低矿物资源和能源消耗，减少有害气体排放，保护环境；掺加以工业废渣为主的活性细掺料（磨细矿渣、优质粉煤灰、硅灰、稻壳灰、沸石粉等）以及其它废渣，替代水泥熟料；对大量建筑垃圾进行资源化处理， 使之成为再生混凝土骨料， 配制再生高性能混凝土混凝土，减少对天然砂石的依赖；最大化地发挥高性能混凝土优势，提高耐久性，延长建筑物使用寿命，减少水泥和混凝土的用量。同时应注意到经济腾飞促进建筑业迅猛发展，因此需要更多性能更好的高性能混凝土。当前因造价影响导致高性能混凝土应用受到一定限制。为此需研发和采用新型、高效的外掺剂和矿物超细粉，降低其价格，提高高性能混凝土的市场竞争力。
4.结语
高性能混凝土诞生时间虽短、各国研究有限，尚无统一标准和结论，但因其自身优异的性能，已得到迅速发展和一定范围的应用。今后，必须加强对高性能混凝土及其结构性能进行系统研究，完善理论体系，制定相关规范和文件，总结应用经验，优化使用方法。提高使用的有效性和可靠性。那么，高性能混凝土定能克服现存不足和问题，向更加高效、环保和经济的方向发展。 走优质、低耗、高效、可持续发展之路。必将成为混凝土工程的主导材料，在工程实践中得到更为广泛的应用。
参考文献：
[1] 冯乃谦. 高性能混凝土结构[M]. 北京：机械工业出版社，2004.
[2] 金伟良，赵羽习. 混凝土结构耐久性[M]. 北京：科学出版社，2002.
[3] 张誉，蒋利学，张伟平等. 混凝土结构耐久性概论[M]. 上海：上海科学技术出版社，2003.
[4] 冯乃谦，刑峰. 高性能混凝土技术[M]. 北京：原子能出版社，2000.
[5] 夏靖华. 发展高性能混凝土[J]. 特种结构,1997 (4): 45-48.
[6] 李 崇 智，冯 乃谦，李永德等. 高性能减水剂的研究现状与展望. 混凝土与水泥制品[M].2001(2): 3-6.
[7] 李业兰. 建筑材料[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1995: 81-90.
[关键词] 高性能混凝土 性能 原材料 发展前景
混凝土是当今最大宗的建筑工程材料。混凝土的性能包括两方面的内涵，首先是新拌混凝土的施工性能；其次是硬化混凝土的使用性能；因此，高性能混凝土的定义一般也包括高流动性和长期使用的力学性能和耐久性能两方面。然而对于高性能混凝土至今没有统一的定义，高性能混凝土是在传统混凝土的基础上，经过大量改进，其性能较普通混凝土有很大提高，具有易于浇筑、捣实而不离析、早期强度高、韧性高、体积安定性好、在恶劣环境下寿命长等力学性能。目前，高性能混凝土已被广泛应用于高层建筑、大跨度桥梁、离岸结构、水工结构、高速公路路面等各个行业，有着广泛的应用前景。
1.高性能混凝土的性能
（1）高性能混凝土拌合物的性质
高性能混凝土拌和物不仅有良好的流动性，而且有良好的抗离析性、和易性、间隙通过性（通过较密的钢筋间隙和狭窄通道的能力）和抗堵塞性等性能，与普通混凝土拌和物性质有很多不同之处。
1）流动性
高性能混凝土的流动性多用坍扩度和坍落度进行评价，即在坍落度测试完毕后间隔数十秒钟，待拌和物蠕变流动稳定时，量测其扩展的直径，该直径即坍扩度。坍扩度对混凝土流动性的反应敏感与真实性比坍落度好。坍扩度是在测坍落度之后得到的数据，是用于补充评价高性能混凝土流动度的最简便的附加指标。坍落度相近时，坍扩度越大，拌和物的工作性越好。
2）离析性
拌和物的抗离析性，可以用坍落流动速率来评定。坍落流动速率用拌和物坍落后铺展到直径为50cm所用的时间除以流动距离15cm的值来表示。坍落流动速率快时，流动性好，但过快时容易产生离析。
3）凝结时间
高性能混凝土的凝结时间视外加剂与掺和料的品种与掺量不同明显加快或减缓，但当使用复合有缓凝剂的高效减水剂时，初凝时间有所减缓，而初、终凝之间的时间间隔并无显著不同。当掺量过大时，则可能引起过量缓凝。掺有粉煤灰的高性能混凝土凝结时间随掺量的增大而不断延缓。掺矿渣或硅粉对凝结时间影响相对较小，而主要由外加剂的影响控制。目前，早强、超早强、缓凝、超缓凝型外加剂技术均已得到应用，高性能混凝土的凝结时间，可根据实际需要加以调节。
（2）硬化混凝土的性质
1）强度
一般认为高性能混凝土必须有高的强度，抗压强度指标不应低50MPa~60MPa。而目前很多学者更加重视其工作性与耐久性，认为应根据用途与经济合理等条件对性能有所重，特别是对于高流动性或自密实高性能混凝土，其强度可以向中等标号（30MPa）延伸，但以不损及混凝土内部结构的发展与耐久性为度。
2）弹性模量
高性能混凝土的弹性模量仍与强度等级、骨料性能有关。高性能混凝土比普通混凝土弹性模量高，而高流动性或自密实免振混凝土由于粗骨料少，比使用同一品种骨料的普通混凝土稍低些。
3）收缩与徐变
收缩与徐变反映混凝土的体积稳定性。混凝土的收缩与徐变主要取决于水胶比。胶凝材料的体积。对于高流动性或自密实混凝土，由于粗骨料用量小，粉体材料用量大， 则干燥收缩值应大些，容易产生有害裂缝。此时掺用粉煤灰和少量膨胀剂有利于减小收缩，可以提高抗裂性能。高性能混凝土的徐变比普通混凝土要小得多，且随水灰比降低，强度提高，徐变相应减小。此外，徐变还与荷载施加的龄期及施加的应力有关。其特点与其他强度等级的普通混凝土相似。
4）抗碳化性
高性能混凝土一般水胶比较低，混凝土密实度较高，介质很难进入，碳化的深度与普通混凝土基本相当，而碳化的速度则小于普通混凝土。
5）耐磨性
高性能混凝土一般具有很高的耐磨性，而硅粉混凝土更具有突出的耐磨性能。
6）其他性能
同时掺有高效减水剂与超细矿物掺和料的高性能混凝土，由于高效减水剂的作用使水胶比大大降低，混凝土的空隙细化，粗大有害孔隙的比例大大减小，由于超细颗粒微填充效应，使得孔结构进一步细化，混凝土的密实性进一步提高，其抗介质渗透性、抗冻融性、抗碱骨料反应能力都大大提高。混凝土中以20%的磨细粉煤灰代替相应的水泥，同时掺入一定量的引气剂，使混凝土的含气量达3%~5%，可明显提高其抗冻融性。其中硅粉、粉煤灰、沸石粉都对碱骨料反应有抑制作用。
2.高性能混凝土的原材料
（1）水泥
高性能混凝土最好采用强度等级高的水泥，且具有良好的流变性能。目前，在我国一般使用强度等级≥42.5MPa的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
（2）骨料
粗细骨料是混凝土的主要组分，在混凝土结构中起着骨架的作用，因而在配制高性能混凝土时，骨料品种的选择非常重要。粗骨料通常选用质地坚硬、表面粗糙、级配良好、洁净的碎石，最好是密实坚硬的石灰岩碎石，其最大粒径一般≤20mm。在石子强度足够的情况下,能有效地提高水泥浆体与石子界面的粘结强度。细骨料采用级配良好、洁净的中粗砂，细度模数宜为2.6～3.1。
（3）水
高性能混凝土拌和用水采用饮用水。水胶比是控制混凝土强度的重要参数，水胶比越小，配制的混凝土强度越高。高性能混凝土的水胶比一般＜0.4，水胶比降低会使混凝土的工作性变差，通常加入高效减水剂来解决。
（4）掺合料
掺合料在普通混凝土中是一种辅助性组分，用于替代部分水泥，主要是出于经济的目的。而在高性能混凝土中，掺合料却是主要组分之一，起着从根本上改变混凝土性能的作用。通常用于高性能混凝土掺合料的主要有细磨水淬矿渣、优质粉煤灰、硅灰和沸石粉，此外石灰石粉、石英粉、稻壳灰等也可用作掺合料。
1）粒化高炉矿渣
粒化高炉矿渣是高炉炼铁得到的以硅铝酸钙为主的熔融物经水淬急冷而成的副产品。它具有较高的潜在活性，活性的大小取决于化学成分和水淬生成的玻璃体的含量。实践证明，掺加40％以上矿渣的高性能混凝土，不仅能发挥矿渣水泥混凝土的优势，而且其早期强度低、泌水、离析、和易性差等缺点也大为改善，优于未掺加矿渣的混凝土，在高效减水剂的配合下，完全能满足高性能混凝土的性能要求。
2）优质粉煤灰
高性能混凝土必须选用优质粉煤灰， 其作用不同于一般的混合材。在水泥混凝土中已长期使用粉煤灰，对于它在混凝土中的活性效应、形态效应以及微集料效应已有了比较充分的认识。另外，粉煤灰通过一定的优化（如分级、分选、加工等），也大大提高了其质量。因此，粉煤灰不仅能用于配制高性能混凝土，并且其掺量较大，可达到胶结材用量50%～60%甚至更高。
3）硅灰
硅灰是冶炼硅铁和硅工业产出的粉尘，SiO2含量90%以上，具有很高的活性，为制造高强、特高强水泥基材料所必须。但由于硅灰的产量较低同时价格较高，因而其用量较少。
4）沸石粉
沸石粉由天然沸石岩磨细而成，是架状构造的含水铝硅酸盐矿物，多孔，内表面积大，吸附性与离子交换力均强，需水性大于粉煤灰。
在配制高性能混凝土时，选用掺合料宜走复合化的道路，即在混凝土中同时掺入两种或两种以上的掺合料，以发挥各组分性能的超叠加效应，可使高性能混凝土的性能更好而且更经济，有利于扩大其应用。
（5）外加剂
高效减水剂是高性能混凝土的必要组分。减水剂的减水率应在20%～30%之间， 以减少用水量，降低水胶比，提高混凝土的强度和耐久性；为了减少坍落度损失，还可以掺加缓凝剂与引气剂；为了提高混凝土的早期强度，可掺加早强剂或采用早强减水剂；为了预防早期收缩，还可掺加适量的膨胀剂。通常可利用外加剂的复合作用来满足高性能混凝土的各种功能要求。
3.高性能混凝土的发展前景
随着混凝土用量的不断增加、生产中对自然环境的破坏，以及人们对能源消耗和可持续发展的日益关注，普通混凝土的生产与应用已越来越不符合人类生存需要。因此高性能混凝土应运而生、得以高度重视和快速发展，并赋予广义的内涵和极大的发展空间。吴中伟院士1998年首提绿色高性能混凝土的概念，指出中国必须走绿色高性能混凝土道路。绿色的涵义可概括为节约资源、能源、不破坏环境，可持续发展，既满足当代人需求，又不危害后代人满足其需要的能力。绿色高性能混凝土具有鲜明特征：使用绿色水泥（生态水泥、无熟料水泥、掺大量混合材料水泥等)；最大限度减少水泥熟料用量，以降低矿物资源和能源消耗，减少有害气体排放，保护环境；掺加以工业废渣为主的活性细掺料（磨细矿渣、优质粉煤灰、硅灰、稻壳灰、沸石粉等）以及其它废渣，替代水泥熟料；对大量建筑垃圾进行资源化处理， 使之成为再生混凝土骨料， 配制再生高性能混凝土混凝土，减少对天然砂石的依赖；最大化地发挥高性能混凝土优势，提高耐久性，延长建筑物使用寿命，减少水泥和混凝土的用量。同时应注意到经济腾飞促进建筑业迅猛发展，因此需要更多性能更好的高性能混凝土。当前因造价影响导致高性能混凝土应用受到一定限制。为此需研发和采用新型、高效的外掺剂和矿物超细粉，降低其价格，提高高性能混凝土的市场竞争力。
4.结语
高性能混凝土诞生时间虽短、各国研究有限，尚无统一标准和结论，但因其自身优异的性能，已得到迅速发展和一定范围的应用。今后，必须加强对高性能混凝土及其结构性能进行系统研究，完善理论体系，制定相关规范和文件，总结应用经验，优化使用方法。提高使用的有效性和可靠性。那么，高性能混凝土定能克服现存不足和问题，向更加高效、环保和经济的方向发展。 走优质、低耗、高效、可持续发展之路。必将成为混凝土工程的主导材料，在工程实践中得到更为广泛的应用。
参考文献：
[1] 冯乃谦. 高性能混凝土结构[M]. 北京：机械工业出版社，2004.
[2] 金伟良，赵羽习. 混凝土结构耐久性[M]. 北京：科学出版社，2002.
[3] 张誉，蒋利学，张伟平等. 混凝土结构耐久性概论[M]. 上海：上海科学技术出版社，2003.
[4] 冯乃谦，刑峰. 高性能混凝土技术[M]. 北京：原子能出版社，2000.
[5] 夏靖华. 发展高性能混凝土[J]. 特种结构,1997 (4): 45-48.
[6] 李 崇 智，冯 乃谦，李永德等. 高性能减水剂的研究现状与展望. 混凝土与水泥制品[M].2001(2): 3-6.
[7] 李业兰. 建筑材料[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1995: 81-90.