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内容摘要：随着改革开放和现代化进程的加快，我国的建设规模正日益增大，如何保证建筑工程质量的同时也能使工程能长久的安全使用下去，日益受到各级政府和社会各界的广泛关注。随着我国建筑向高层化、大型化、现代化的发展，高性能混凝土必将成为新世纪的重要建筑工程材料。
关键词：高性能混凝土；耐久性；体积稳定性
中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：
从1824年波特兰水泥发明至今混凝土材料已有100多年的历史。据统计，我国每年混凝土用量约10亿m3且呈增长趋势。混凝土能否长期作为最主要的建筑结构材料，其本身必须具有高强度、高工作性、高耐久性等性能，因此高性能混凝土是现代混凝土技术发展的必然结果，是混凝土的发展方向。
一、 高性能混凝土产生的背景
传统混凝土的原材料都来自天然资源，每用1t水泥，大概需要0.6t以上的洁净水，2t砂、3t以上的石子；每生产1t硅酸盐水泥约需1.5t石灰石和大量燃煤与电能，并排放1tCO2，而大气中CO2浓度增加是造成地球温室效应的原因之一。由于用量庞大，过度开采矿石和砂石骨料已在不少地方造成资源破坏并严重影响环境；另一方面，由于混凝土过早劣化，如何处置费旧工程拆除后的混凝土垃圾也给环境带来威胁。因此，未来的混凝土必须从根本上减少水泥用量，必须更多地利用各种工业废渣作为原材料；必须充分考虑废弃混凝土的再生利用，未来的混凝土必须是高性能的，尤其是耐久的，耐久和高强都意味着节约资源。“高性能混凝土”正是在这种背景下产生的。
二、高性能混凝土的特点
与普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下特点：
1、耐久性：高效减水剂和矿物质超细粉的配合使用，能有效减少用水量，减少混凝土内部的空隙，能够使混凝土结构安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土应用的主要目的。
2、工作性：坍落度是评价混凝土工作性的主要指标，在振捣的过程中，高性能混凝土粘性大，粗骨料下沉速度慢，在相同振动时间内，下沉距离短，稳定性和均匀性好。同时，由于高性能混凝土水胶比低，自由水少，且掺入超细粉，基本上无泌水，其水泥浆的粘性大，很少产生离析现象。
3、力学性能：高性能混凝土中的高效减水剂对水泥的分散能力强、减水率高，可大幅度降低混凝土单方用水量从而提高强度。在高性能混凝土中掺入矿物超细粉可以填充水泥颗粒之间的空隙，改善界面结构，提高混凝土的密实度，提高强度。
4、体积稳定性：高性能混凝土具有较高的体积稳定性，即在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。
5、经济性：高性能混凝土良好的耐久性可以减少结构维修费用，延长使用寿命，收到良好的经济效益；高性能混凝土的高强度可以减少构件尺寸，减小自重，增加使用空间；良好的工作性可以减少工人工作强度，加快施工速度，减少成本。
三、高性能混凝土质量与施工控制
1、高性能混凝土原材料及其选用
⑴集料：质量和级配要求同普通混凝土。粗集料的线膨胀系数要尽可能小,这样能大大减小温度应力,从而提高混凝土的体积稳定性。
⑵细掺合料：活性细掺合料是高性能混凝土必用的组成材料，可使水泥浆的流动性大为改善,空隙得到充分填充,硬化后水泥石强度有所提高；更重要的是改善了水泥石与骨料的界面结构,使其强度、抗渗性与耐久性均得到提高。常用的活性细掺合料有硅粉、磨细矿渣粉、粉煤灰、天然沸石粉等。
⑶减水剂及缓凝剂：由于高性能混凝土具有较高的强度,且一般坍落度较大(15～20㎝左右),在低水胶比的情况下,要使混凝土具有较大的坍落度,就必须使用高效减水剂,且其减水率宜在20%以上。有时为减少坍落度的损失,在减水剂内还宜掺有缓凝的成份。此外大部分高性能混凝土施工时采用泵送,故掺减水剂后混凝土拌合物的坍落度损失不能太快太大,否则影响泵送。
⑷矿物掺合料：大量的实践证明掺用粉煤灰的混凝土,其长期性能可得到大幅度的改善,对延长构筑物的使用寿命有重要意义。
2、配合比设计控制要点
⑴设计思路有很大区别：与以往配合比设计按强度等级要求计算水胶比不同，现在是按耐久性的要求，首先根据环境作用等级确定电通量指标，由此来选择水胶比、控制胶凝材料最小用量及掺和料的比例。
⑵胶凝材料用量及粉煤灰所占比例：为保证混凝土的耐久性，胶凝材料总量应处在一个适宜范围内。使用粉煤灰等矿物掺和料，并不是单纯地考虑降低混凝土成本，首先是为了混凝土耐久性的需要，特别是可以有效改善混凝土抵抗化学侵蚀的能力。
⑶含气量的要求：适量的引气，不仅能改善抗冻性，同时可显著减轻混凝土的泌水性，使水在拌合物中的悬浮状态更加稳定，从而提高混凝土材料的均匀性和稳定性。
⑷电通量指标：目前我国尚无电通量试验的国家标准，铁路行业电通量试验方法是以美国ASTMC1202快速电量测定方法为基础制定的，其所测指标可以最大程度地区分和评价混凝土的密实度，而密实度正是影响混凝土耐久性最为关键的因素。以往多是以抗渗性来评价混凝土的密实程度，但实践证明，抗渗试验只适合于判定较低强度等级混凝土的密实性，当强度等级超过C30后，抗渗等级几乎都能达到P20以上，再往下试验比较困难。这正是用电通量指标取代抗渗标号作为混凝土耐久性控制的主要原因。
3、高性能混凝土的施工控制
⑴搅拌：原材料应严格按照施工配合比要求进行准确称量，搅拌时间宜控制在2～3min，炎热或寒冷季节搅拌混凝土时,必须采取有效措施控制原材料温度,以保证入模温度。
⑵运输：应采取有效措施，保证混凝土在运输过程中保持均匀性及各项工作性能指标不发生明显波动。应对运输设备采取保温隔热措施,防止局部温度升高或受冻。应采取适当措施防止水分进入运输容器或蒸发。
⑶浇筑：入模前应采用专用设备测定混凝土的温度、坍落度、含气量、水胶比及泌水率等工作性能；符合要求方可入模浇筑，入模温度一般宜控制在5～30℃。浇筑时的自由倾落高度不得大于2m，当大于2m时,应采用滑槽、串筒、漏斗等器具辅助输送混凝土,保证不出现分层离析现象。混凝土的浇筑应采用分层连续推移的方式进行,间隙时间不得超过90min,不得随意留置施工缝。新浇混凝土与邻接己硬化混凝土或岩土介质间浇筑时的温差不得大于15℃。
⑷振捣：可采用插入式振动棒、附着式平板振捣器、表面平板振捣器等振捣设备振捣混凝土。振捣时应避免碰撞模板、钢筋及预埋件。
⑸养护：高性能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%,因而早期养护特别重要。通常在浇注完毕后采取以带模养护为主,浇水养护为辅,使混凝土表面保持湿润。养护时间不少于14天。
⑹質量检验控制：除施工前严格进行原材料质量检查外，在施工过程中，均应对混凝土的相关指标进行检查控制。
四、高性能混凝土发展和应用中所面临的问题
在高性能混凝土的原材料方面，我国水泥质量不稳定，离散性大；粗骨料质量低劣，含泥量大，级配较差，细骨料细度模数不合要求；在外加剂和外掺料的选择上，尚缺乏充分的适用性的研究。在高性能混凝土的施工过程中，施工人员的技术水平有限，养护措施不到位，使高性能混凝土的密实性和质量不稳定；在高性能混凝土的耐久性方面，由于水泥用量高，水胶比低，硬化后长期处于水中时，水分通过微管扩散到内部，未水化的水泥粒子进一步水化，产生微膨胀会使混凝土表面产生裂缝，为各种有害介质渗透提供通道，给氯离子侵入、碱骨料反应的发生和钢筋锈蚀创造可能；在高性能混凝土的设计方面，由于高性能混凝土的后期强度增长不及普通混凝土，而且脆性大，需要特别注意。同时，目前高性能混凝土的研究以实验室研究为主，但是实验室的情况与实际工况相差较大，这不利于今后高性能混凝土的推广应用。
五、高性能混凝土的发展前景
面对自然资源不断减少，环境污染日益严重的问题，研究和发展高性能混凝土已成为当务之急。目前，高性能混凝土的发展有以下几个方向：
绿色高性能混凝土：研究和应用较多的是粉煤灰混凝土，与基准混凝土相比，大大提高了新拌混凝土的工作性能，明显降低硬化阶段的水化热，提高混凝土强度特别是后期强度。而且节约水泥，减少环境污染，成为绿色高性能混凝土的代表性材料。
超高性能混凝土：超高性能混凝土，如活性粉末混凝土,其特点是高强度，抗压强度高达300MPa，且具有高密实性，已在军事、核电站等特殊工程中成功应用。
智能混凝土：随着损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列机敏混凝土的出现，为智能混凝土的研究、发展和智能混凝土结构的研究应用奠定了基础。
正如中国工程院院士陈肇元教授所述：高性能混凝土是技术进步的产物，它的生产需要有素质的操作人员，较完善的生产设备和高水平的质量管理控制。推广应用高性能混凝土，我们应不断总结经验，对推广应用中发现的问题，不断地进行研究并尽快给予解决。我相信，随着高性能混凝土技术的发展和应用量的不断增大，我国建筑业的整体水平将得到很大的提高。
参考文献：TB10424-2010《铁路混凝土工程施工质量验收标准》
铁科技【2004】120号 《350Km/h客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》
CECS 207：2006《高性能混凝土应用技术规程》
CCES01—2004 《混凝土结构耐久性设计与施工指南》
关键词：高性能混凝土；耐久性；体积稳定性
中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：
从1824年波特兰水泥发明至今混凝土材料已有100多年的历史。据统计，我国每年混凝土用量约10亿m3且呈增长趋势。混凝土能否长期作为最主要的建筑结构材料，其本身必须具有高强度、高工作性、高耐久性等性能，因此高性能混凝土是现代混凝土技术发展的必然结果，是混凝土的发展方向。
一、 高性能混凝土产生的背景
传统混凝土的原材料都来自天然资源，每用1t水泥，大概需要0.6t以上的洁净水，2t砂、3t以上的石子；每生产1t硅酸盐水泥约需1.5t石灰石和大量燃煤与电能，并排放1tCO2，而大气中CO2浓度增加是造成地球温室效应的原因之一。由于用量庞大，过度开采矿石和砂石骨料已在不少地方造成资源破坏并严重影响环境；另一方面，由于混凝土过早劣化，如何处置费旧工程拆除后的混凝土垃圾也给环境带来威胁。因此，未来的混凝土必须从根本上减少水泥用量，必须更多地利用各种工业废渣作为原材料；必须充分考虑废弃混凝土的再生利用，未来的混凝土必须是高性能的，尤其是耐久的，耐久和高强都意味着节约资源。“高性能混凝土”正是在这种背景下产生的。
二、高性能混凝土的特点
与普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下特点：
1、耐久性：高效减水剂和矿物质超细粉的配合使用，能有效减少用水量，减少混凝土内部的空隙，能够使混凝土结构安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土应用的主要目的。
2、工作性：坍落度是评价混凝土工作性的主要指标，在振捣的过程中，高性能混凝土粘性大，粗骨料下沉速度慢，在相同振动时间内，下沉距离短，稳定性和均匀性好。同时，由于高性能混凝土水胶比低，自由水少，且掺入超细粉，基本上无泌水，其水泥浆的粘性大，很少产生离析现象。
3、力学性能：高性能混凝土中的高效减水剂对水泥的分散能力强、减水率高，可大幅度降低混凝土单方用水量从而提高强度。在高性能混凝土中掺入矿物超细粉可以填充水泥颗粒之间的空隙，改善界面结构，提高混凝土的密实度，提高强度。
4、体积稳定性：高性能混凝土具有较高的体积稳定性，即在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。
5、经济性：高性能混凝土良好的耐久性可以减少结构维修费用，延长使用寿命，收到良好的经济效益；高性能混凝土的高强度可以减少构件尺寸，减小自重，增加使用空间；良好的工作性可以减少工人工作强度，加快施工速度，减少成本。
三、高性能混凝土质量与施工控制
1、高性能混凝土原材料及其选用
⑴集料：质量和级配要求同普通混凝土。粗集料的线膨胀系数要尽可能小,这样能大大减小温度应力,从而提高混凝土的体积稳定性。
⑵细掺合料：活性细掺合料是高性能混凝土必用的组成材料，可使水泥浆的流动性大为改善,空隙得到充分填充,硬化后水泥石强度有所提高；更重要的是改善了水泥石与骨料的界面结构,使其强度、抗渗性与耐久性均得到提高。常用的活性细掺合料有硅粉、磨细矿渣粉、粉煤灰、天然沸石粉等。
⑶减水剂及缓凝剂：由于高性能混凝土具有较高的强度,且一般坍落度较大(15～20㎝左右),在低水胶比的情况下,要使混凝土具有较大的坍落度,就必须使用高效减水剂,且其减水率宜在20%以上。有时为减少坍落度的损失,在减水剂内还宜掺有缓凝的成份。此外大部分高性能混凝土施工时采用泵送,故掺减水剂后混凝土拌合物的坍落度损失不能太快太大,否则影响泵送。
⑷矿物掺合料：大量的实践证明掺用粉煤灰的混凝土,其长期性能可得到大幅度的改善,对延长构筑物的使用寿命有重要意义。
2、配合比设计控制要点
⑴设计思路有很大区别：与以往配合比设计按强度等级要求计算水胶比不同，现在是按耐久性的要求，首先根据环境作用等级确定电通量指标，由此来选择水胶比、控制胶凝材料最小用量及掺和料的比例。
⑵胶凝材料用量及粉煤灰所占比例：为保证混凝土的耐久性，胶凝材料总量应处在一个适宜范围内。使用粉煤灰等矿物掺和料，并不是单纯地考虑降低混凝土成本，首先是为了混凝土耐久性的需要，特别是可以有效改善混凝土抵抗化学侵蚀的能力。
⑶含气量的要求：适量的引气，不仅能改善抗冻性，同时可显著减轻混凝土的泌水性，使水在拌合物中的悬浮状态更加稳定，从而提高混凝土材料的均匀性和稳定性。
⑷电通量指标：目前我国尚无电通量试验的国家标准，铁路行业电通量试验方法是以美国ASTMC1202快速电量测定方法为基础制定的，其所测指标可以最大程度地区分和评价混凝土的密实度，而密实度正是影响混凝土耐久性最为关键的因素。以往多是以抗渗性来评价混凝土的密实程度，但实践证明，抗渗试验只适合于判定较低强度等级混凝土的密实性，当强度等级超过C30后，抗渗等级几乎都能达到P20以上，再往下试验比较困难。这正是用电通量指标取代抗渗标号作为混凝土耐久性控制的主要原因。
3、高性能混凝土的施工控制
⑴搅拌：原材料应严格按照施工配合比要求进行准确称量，搅拌时间宜控制在2～3min，炎热或寒冷季节搅拌混凝土时,必须采取有效措施控制原材料温度,以保证入模温度。
⑵运输：应采取有效措施，保证混凝土在运输过程中保持均匀性及各项工作性能指标不发生明显波动。应对运输设备采取保温隔热措施,防止局部温度升高或受冻。应采取适当措施防止水分进入运输容器或蒸发。
⑶浇筑：入模前应采用专用设备测定混凝土的温度、坍落度、含气量、水胶比及泌水率等工作性能；符合要求方可入模浇筑，入模温度一般宜控制在5～30℃。浇筑时的自由倾落高度不得大于2m，当大于2m时,应采用滑槽、串筒、漏斗等器具辅助输送混凝土,保证不出现分层离析现象。混凝土的浇筑应采用分层连续推移的方式进行,间隙时间不得超过90min,不得随意留置施工缝。新浇混凝土与邻接己硬化混凝土或岩土介质间浇筑时的温差不得大于15℃。
⑷振捣：可采用插入式振动棒、附着式平板振捣器、表面平板振捣器等振捣设备振捣混凝土。振捣时应避免碰撞模板、钢筋及预埋件。
⑸养护：高性能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%,因而早期养护特别重要。通常在浇注完毕后采取以带模养护为主,浇水养护为辅,使混凝土表面保持湿润。养护时间不少于14天。
⑹質量检验控制：除施工前严格进行原材料质量检查外，在施工过程中，均应对混凝土的相关指标进行检查控制。
四、高性能混凝土发展和应用中所面临的问题
在高性能混凝土的原材料方面，我国水泥质量不稳定，离散性大；粗骨料质量低劣，含泥量大，级配较差，细骨料细度模数不合要求；在外加剂和外掺料的选择上，尚缺乏充分的适用性的研究。在高性能混凝土的施工过程中，施工人员的技术水平有限，养护措施不到位，使高性能混凝土的密实性和质量不稳定；在高性能混凝土的耐久性方面，由于水泥用量高，水胶比低，硬化后长期处于水中时，水分通过微管扩散到内部，未水化的水泥粒子进一步水化，产生微膨胀会使混凝土表面产生裂缝，为各种有害介质渗透提供通道，给氯离子侵入、碱骨料反应的发生和钢筋锈蚀创造可能；在高性能混凝土的设计方面，由于高性能混凝土的后期强度增长不及普通混凝土，而且脆性大，需要特别注意。同时，目前高性能混凝土的研究以实验室研究为主，但是实验室的情况与实际工况相差较大，这不利于今后高性能混凝土的推广应用。
五、高性能混凝土的发展前景
面对自然资源不断减少，环境污染日益严重的问题，研究和发展高性能混凝土已成为当务之急。目前，高性能混凝土的发展有以下几个方向：
绿色高性能混凝土：研究和应用较多的是粉煤灰混凝土，与基准混凝土相比，大大提高了新拌混凝土的工作性能，明显降低硬化阶段的水化热，提高混凝土强度特别是后期强度。而且节约水泥，减少环境污染，成为绿色高性能混凝土的代表性材料。
超高性能混凝土：超高性能混凝土，如活性粉末混凝土,其特点是高强度，抗压强度高达300MPa，且具有高密实性，已在军事、核电站等特殊工程中成功应用。
智能混凝土：随着损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列机敏混凝土的出现，为智能混凝土的研究、发展和智能混凝土结构的研究应用奠定了基础。
正如中国工程院院士陈肇元教授所述：高性能混凝土是技术进步的产物，它的生产需要有素质的操作人员，较完善的生产设备和高水平的质量管理控制。推广应用高性能混凝土，我们应不断总结经验，对推广应用中发现的问题，不断地进行研究并尽快给予解决。我相信，随着高性能混凝土技术的发展和应用量的不断增大，我国建筑业的整体水平将得到很大的提高。
参考文献：TB10424-2010《铁路混凝土工程施工质量验收标准》
铁科技【2004】120号 《350Km/h客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》
CECS 207：2006《高性能混凝土应用技术规程》
CCES01—2004 《混凝土结构耐久性设计与施工指南》