高性能混凝土的现状与发展

1高性能混凝土的现状与发展摘要：阐述了高性能混凝土产生的背景和国内外学者对高性能混凝土的认识与定义，并详细介绍了高性能混凝土的国内外的研究与发展现状，同时，还针对高性能混凝土研究与发展中的一些问题进行了探讨。关键词：高性能混凝土；定义；耐久性；存在问题高性能混凝土（HighPerformanceConcrete，HPC）是20世纪80年代末90年代初，一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计提出的一种全新概念的混凝土，它以耐久性为首要设计指标，这种混凝土有可能为基础设施工程提供100年以上的使用寿命。区别于传统混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出其独特的优越性，在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益，因此被各国学者所接受，被认为是今后混凝土技术的发展方向。1、高性能混凝土的定义与性能高性能混凝土这种新型混凝土是在20世纪90年代初才提出的。高性能混凝土这一名词的出现至今也就10多年，不同国家、不同学者按照各自的认识、实践、应用范围和目的要求，对高性能混凝土给1.美国国家标准与技术研究所(NIST)与美国混凝土协会(ACI)于1990年5月在马里兰州Gaithersburg城召开的讨论会上指出：高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土，必须采用严格的施工工艺，采用优质材料配制的，便于浇捣，不离析，力学性能稳定，早期强度高，具有韧性和体积稳定性等性能的耐久的混凝土，特别适用于高层建筑、桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑结构。8.我国的吴中伟院士给出高性能混凝土的如下定义：高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基2础上，采用现代混凝土技术，选用优质材料，在严格质量管理条件下制成的；除了水泥、水、骨料外，必须掺加足够数量的掺合料和高效外加剂，且水胶比较低；针对不同用途要求，高性能混凝土对下列性能有重点地予以保证：耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性及经济性，但应以耐久性作为设计的主要指标。大家公认高性能混凝土应具有高耐久性。本文章也持类似的观点，即高性能混凝土最核心内容是优异的耐久性，也就是说高性能混凝土首先应具备高耐久性，同时兼有良好的工作性和适宜的强度。此处“适宜的强度”并非指高强度，而是指满足工程设计及使用要求的具有足够可靠度的强度，即高性能混凝土未必要求很高的强度指标。因为大量使用的钢筋混凝土建筑物，如低层和多层房屋及高层房屋的上层部分，又如海工、水工混凝土，尤其是一些大体积混凝土，对强度要求并不高(例如C30左右即足矣)，但对耐久性要求都很高，如日本明石海峡大桥2号和3号大体积柱基，91d设计强度只有17MPa(配制强度为24MPa，实测91d强度为42MPa)，但为了保证这一20世纪全世界最长悬索桥的安全性和使用寿命，混凝土是按耐久性设计的，属于高性能混凝土。过去忽视耐久性的惨痛教训和未来混凝土工程可持续发展战略的提出，都告诫我们不论任何强度等级的混凝土，要求其具有足够的耐久性应该总是合理的。过去人们设计混凝土只单一以强度作为设计指标，导致很长时期以来人们一直将注意力放在了混凝土强度的不断提高上而忽视了耐久性，这一趋势在高性能混凝土提出之后发生了转变。总之，高性能混凝土因其优异的综合性能必将逐步取代过去的普通混凝土，可以预想，21世纪将成为高性能混凝土的时代。高性能混凝土自提出以后的10多年以来，世界各国都对其进行了大量的研究开发与推广应用工作。其实早在高性能混凝土这个名词诞生以前，世界各国都已在客观上成功地应用了高性能混凝土。近年来，我国高强混凝土与高性能混凝土的研究、应用在有限的经费支持下发展也较快。清华大学于1992年开始进行有关高性能混3凝土的研究，并得到各部门的重视与支持，1994年～1997年由国家自然科学基金委员会、国家建设部、国家铁道部及国家建材局联合资助一项国家自然科学基金重点项目“高强与高性能混凝土材料的结构与力学性态研究”，项目由清华大学主持，有铁道科学研究院、中国建材科学研究院、原重庆建筑大学、东南大学共同承担，成果卓著。在“九五”期间，国家计委、国家科技部安排了重点科技攻关项目“重点工程混凝土安全性的研究”，一大批专家对该项目进行了跨行业、跨部门的联合攻关，重点对混凝土耐久性及高性能混凝土进行了系统研究，取得了大量成果。近年来，我国许多重大工程中都不同程度应用了高性能混凝土。2000～2003年期间，由中国工程院土木建筑学部国家建设部科技司组织，清华大学陈肇元教授主持下，国内有关专家讨论制定了“混凝土结构耐久性设计与施工指南”拟将对高性能混凝土应用与发展起到不小的推动作用。1995年～1997年，中国最高、世界第三高的上海金茂大厦(总高420.5m)，采用了C40、C50、C60高性能混凝土，采用泵送施工，并创下一次泵送到3825m高度的世界纪录。此外，上海东方明珠电视塔、深圳地王大厦、首都机场航站楼、台湾东帝士大厦等工程中均成功应用了高性能混凝土。世界各国之所以能够成功地在诸多重点工程中应用高性能混凝土，是基于对高性能混凝土的基础研究才实现的。2、高性能混；混凝土的研究开发现状针对混凝土的过早劣化，发达国家在20世纪80年代中期掀起了一个以改善混凝土材料耐久性为主要目标的“高性能混凝土”开发研究的高潮，并得到了各国政府的重视。1990年，加拿大政府提出了一个协作网研究计划，专门用来资助对国家今后长远发展有影响的科研项目，最终从158个提议的项目中评选出15项，属于土木工程学科的仅占1项，这就是“高性能混凝土协作网”研究计划，获得了640万加元资助进行为期4年的研究。到1994年在原有的15个协作网中有lo个继续取得资助以进行下一个4年的研究，4其中高性能混凝土的资助份额为550万加元，可见其被重视的程度。法国在1986年由政府组织包括政府研究机构、大学、公司等23个单位开展了“混凝土的新途径”研究项目，进行高性能混凝土的研究并造示范工程。这一项目已于1993年完成，建成的示范工程有Joigny城的1座3跨后张法预应力钢筋混凝土桥，其混凝土强度等级相当于我国的C70，比原设计的C40减少混凝土量30％，减少自重24％；Civaux核电站2号反应堆预应力钢筋混凝土安全壳等，高85m，直径44m，混凝土强度等级C70，其水泥用量只有240kg／m‘，有很高的气密性；1996年法国政府公共部和教育与研究部又组织了为期4年的“高性能混凝土2000的国家研究计划，投入研究经费550万美元。1994年，美国联邦政府16个机构联合提出了一个在基础设施工程建设中应用高性能混凝土的建议，计划在10年内投资2亿美元进行研究和开发。美国国家自然科学基金（NSF）、美国国家标准与技术研究所（NIST）、美国联邦公路管理局（FHWA）以及一些州政府的运输部和美国工程兵等机构，都一直投入大量经费，资助高强、高性能混凝土的研究，NSF以每年200万美元的经费，定期资助以西北大学为首的水泥基复合材料联合研究中心对高性能混凝土的研究。德国、瑞典、挪威等国家在发展高性能混凝土上也有很大投入，挪威是较早对高强高性能混凝土开展研究的国家之一，至今已建造了20多个混凝土海洋采油平台，挪威皇家科技学院的科学与工业研究基金（SINTEF）持续资助高性能混凝土的研究。瑞典1991－1997年由政府和企业联合出资5200万克朗，实施高性能混凝土研究的国家计划。日本则在发展自密实混凝土方面取得很大的成就，其初衷也是为了消除混凝土振捣中的缺陷和增加混凝土的密实性，以改善混凝土的耐久性为目标。1999年美国NIST的建筑与防火研究实验室（BFRI.）在国际互联网上公布了一个“高性能混凝土技术的伙伴关系（PartnershipforHighPerfor—manceConcreteTechnology，缩写为PHPCT）”，由工业界4个大企业和国家预拌混凝土协会、波特兰水泥协会协作，承担“商品高性能混凝土结构项目中计算机集成知识系统（CIKS）的开发”的国家重点研究计划，包括7个专题：专题。为计算机集成知识系统的开发，HYPERCON；专题1为HPC的5制备工艺过程；专题2为混凝土和混凝土材料的特征化；专题3为性能预测；专题4为高强度高性能混凝土在火中的结构性能；专题5为结构性能；专题6为HPC的经济性。重点是性能检验和预测工具的开发和应用，这是优化可*的HPC产品和给出可由最有效的途径得到的知识所必需的。专题1—6提供输入专题0的要素。从20世纪80年代开始，各国混凝土结构设计规范中逐渐突出了耐久性设计的考虑，从只重视强度设计向强度于耐久性并重。进入20世纪90年代以后，混凝土结构耐久性设计方法成为土木工程领域中的研究重点。针对不同环境类别的侵蚀作用，提出材料性能劣化的理论或经验模式，并据此估算结构的使用寿命，成为发展和研究耐久性设计方法的主流。日本于1986年提出“考虑耐久性的建筑物设计、施工维护大纲”，在1989年制定了《混凝土结构耐久性设计准则（试行）》，把耐久性设计定义为：全面地考虑材料质量、施工工序和结构构造使结构在一定的环境中正常工作，在要求的期限内不需要维修。它采用了与结构设计相同的思路，要求构造各部位的耐久性指数大于或等于环境指数。欧洲混凝土委员会（CEB）1989年通报了“耐久性混凝土结构设计指南”，国际材料与结构试验研究室联合会（RILEM）的130—CSI.技术委员会1996年提出了《混凝土结构的耐久性设计》的报告，对基于材料劣化模型分析的混凝土结构耐久性设计方法作出了全面系统的论述。1995年欧共体资助了一项名为DuraCrete的研究项目，2000年出版了一份名为《混凝土结构耐久性设计指南》的技术文件。1998年欧共体又资助成立了为期3年的DuraNet工作网，全名为“支持、发展与应用以性能为基础的混凝土结构耐久性设计与评估的工作网”，有欧洲的19个单位参与，旨在改善欧洲混凝土的耐久性设计、评估与维修水平。美国ACl201委员会1992年提出了“耐久性混凝土指南”，2000年又对该指南进行了修改。欧洲国际混凝土委员会编制的混凝土结构CEB—FIP模式规范（1990），欧洲规范2暂行本（1992）以及美国AASH—TO{公路桥梁设计规范（1994）》都列有“耐久性”的条款。对于，极寒地区的代表黑龙江高性能混凝土对他们这种极端地区来说至关重要，他的高性能混凝土的发展会是怎样。高性能混凝土的6问世对他省建筑业的科技进步起到不小的推动作用，尤其是大流动度高性能商品砼的出现，大大提高了现代化施工水平，保证了施工质量和工程质量，为高层建筑的发展提供了有利的条件。尤其在冬季施工技术、防冻剂开发与生产、负温混凝土泵送施工、负温防渗混凝土研制与施工、超负温混凝土冬季施工、高层建筑物冬季施工技术、负温混凝土基础性学术研究水平都具有国内领先国际先进水商品混凝土也取得快速发展，目前全省商品混凝土设计产量达260～270万m3，实际生产量为100万m3左右。哈市占80万m3。商品混凝土种类比较齐全，有夏季用的缓凝商品混凝土；冬季施工用的负温混凝土、早强混凝土及抗渗商品混凝土等。混凝土强度等级一般常用的C20～C40，最高为C60混凝土在建筑工程中广泛应用。全省已建的商品混凝土搅拌站23家，予建的3～4家。齐市、大庆、牡市各2家，佳市、鹤市、黑河各1家。哈市14家的商品混凝土目前全省建设行业较为认同。但生产厂家过多，竞争激烈、价格偏低、商品混凝土的质量不易得到保证。3、高性能混凝土发展中所面临的问题3.1能不能对高性能混凝土下一个完整的定义自从美国提出高性能混凝土这一概念近10年来，如终没有一个统一的或者标准的定义。目前，不同的学者和技术人员，从混凝土性能的不同方面，给出了关于高性能混凝土的不同描述，因此，很难给高性能混凝土一个全面、准确、完整的定义。3.2高性能混凝土是否一定要高强冯乃谦在其专著《高性能混凝土》中开宗明义