关于普通混凝土与高性能混凝土的评述

1、|维普贽讯 mtp:|第可卷第J期旧貯年行月福州大学学投(自然科学版)Vol.27 N0JJouTtial of Fuzhou Uni+erWlyfMaUKpl Sci&ticE)Juaw 1999文章 ifl 号：1000-224S( !999)03-009»-04关于普通混凝土与高性能混凝土的评述|维普贽讯 mtp:|第可卷第J期旧貯年行月|维普贽讯 mtp:|第可卷第J期旧貯年行月（福州大学土木建筑丄程学院*福建 韶州350002）摘要：从待征描拆、组成材料、水胶比*般现第构及宏观性能等方面对普通观艇土与高性龍覗瞬 土进行分析比较.并从町持续发展的角度阐述低水泥用凰才是

2、高性能帼期土发展的主要方向.关键词：渥礙土;强庚;耐竺 外抑剂；掺含料中图分类号：T528J文飆标识码：A】甥0年，美国国家标准与技术研究院（NIST）S国混凝土£丄耘辭性能 混凝土（HPC）的概念之民 西方发达国赢投人了大曲的人力物力展开对HPC的研究开发工 作，幷在拓层建筑、大跨桥梁、海底隧道及海上钻井平台等工程实践中大量应用.由于其具 有良好的性能，优异的强度和符合人类可持续发展的需要，HPQ贏得了 "21世纪混凝土"的 美誉.1普通混凝土与高性能混凝土的特征指标不同虽然高性能混凝土是在普通混凝土的基础上发展运来的.但二者的特征指标截然不同* 普通混凝土是以

3、（抗広）强度作为其巖基本的特征，或者说强度是普通混凝土配合比设计和生 产需要的唯一指标.而高性能泯凝土则以耐久性作为首要指标.同时兼顾强度*工作性和体 积稳定性等国内外的工程实例表明，普通混凝土并非如人们当初所预期的那样耐久，大量 的建（构）筑物正是由于耐久性不良而非强度不足而毁坏.尤其对F桥梁、道路、港口.海洋 工程、水利工程以及处于不良环境介质中的建筑物而言，混凝土的耐久性比其强度显得更为 重要和更具有吸引力.正是出于这拝的需要才产生了高性能混醍土.2普通混凝土与高性能混凝土的组成材料不同普通混凝土是传统的四组分混凝土，而高性能混凝土则是六组分混凝土，即在普通混凝 土的四组分基础上增加了化

4、学外加剂和矿物揍合料.由丁上述2种组分的超叠加效应，使倚 性能混擬上与曹通混凝上相比产生了质的变化.1）外加剂的引人使混凝土由丁-工作性不足而采取高水胶比的措嵐成为历史、外加剂（尤 其是冉效减水剂）作为一种表而活性剂解决了低水胶比与工作性的1®,它具有奇度分散水 泥颗粒、消除絮凝结构的作用，也使混凝土的水胶比突破理论水胶比（038）的愿望成为现 实，甚至能大大低于埋论水胶比而不必挂心工作性不良.收稿日期；199百一】T富作者简介：李锋（1964-）,男.讲师*硕十,| 维普资讯 h ttp:/摇州大学学报（自然禅学版）第27卷2）鬲性能混竄上中的掺合料有别于谱通混凝土中的摟合料出于经

5、济和环隰的需要在 普通混聲土中揍挪的摟合料，主要是天然火出茯材料利原状工业副严品（粉煤灰和水悴矿渣 等h由F这些材料细度不足.腊质不佳而只能作为抠凝丄的暹舍林使HL它们在普通混凝 上中严生的火山灰反应稈度有限.其主要贡献是微集料效鱼和填充效应一而作为高性能程 瞬土第六组分的掺合料.是品质优良硅灰）或经过再加ZL的工业副产品（粉煤灰或水淬矿 渣h其细度 股达到400-800 fn2/k£5甚至1 200*/边、因此具有權高前沽性.这些 趙细摟合料在高性能混厳上中的作用主娶右：可以代桥相当比例的水泥、改售混凝土的休 积稳定性；改善了混凝土中粉休集料的级配组成、堵加了密实度；能与水泥水化产

6、物中的 薄弱结晶Ca（OH）a发生火山灰反应.形疏対強度和耐久性右益的水化硅醴钙凝胶，有抑制 有害化学反应的作用、3普通混凝土与高性能混凝土的水胶比不同菁通混凝土与岗性能混瓏土衽耐久性和强度方面的本质区別、源尸一者的水胶比不同* 其分界为水泥的理论水灰比0冷氏或0.4）,普谗混凝上为满足工作性褊耍普遍采用0.4-（1.8的 水胶比，而高性能混凝上由1伽入了高效减水利使水胶比降低0J8（或0以八 甚至可 以达到02或更小.在庙水胶比的齊通混凝土中，拌台物内的大昼水分加大了水泥颗舱闻的距离*使混凝上 硬化后存在大垦有害的毛细孔隙；此外爹余水分还集銷在粗集料表面（尤其是底面h使粗集 料的界面形成薄弱

7、的界面过艇由于界而过渡区的鮎构具有疏松多孔、粗大Ca（OH）2晶 休高茉并呈定向排列等特征，使其成为普通混癡土中城薄弱的环节.也使晋通混凝上的滲透 系数比组成它的水泥砂浆和集料的渗透系数均高的多.高性能混凝土由F谱遍采用了低水胶比，拌合物内没有多余水分存在觀凝土硬化洽毛 细孔隙数量大大减少，而且毛细孔的孔從也比普通渦囉土的孔径小（一般在W$Qnm范围 内或更小扎此外超細掺合料的粒径小J水泥颗粒，能填充水泥颗粒之问的空隙，改善了粉 体材料3间级配，进一步减少了混凝土中的毛细孔隙數罐.上述因索的共同作用*使高性能 混瞬上形咸了玫密的微观结构，各种有害介质很难进人内部，耐久性和强度明展增加，4普通混

8、瓏土与高性能混凝土的微观结构不同从宏观上看混凝土包抵水泥石、粗细集料、微集料（主耍指混合材料h孔隙和水.而 从徵观上看，水泥石中包含朮化产物、未水牝水泥翱粒及毛细孔等.水化产物又包含晶体、 瞬胶和囉胶孔.因此.混醍上是一种具有不同孔隙的多孔休一在这亍塞孔怵中毛细孔和凝 胶体数址是决定胞凝土强度和耐久性的竜要因索毛细孔越少，混礙上越密实，耐久性越 好反之越差；而醍胶体数量越多，混凝土的强度越高，反之越低.普逋混凝上由于水胶比大，使硬化混陳土中毛细扎体积占混瞬上总休枳的比例高以及界 面过披区的存在、混凝上的密实性差；普通混凝上中加人的混合材料由于细度不足，晶质下 佳，后期的火L11灰反应较弱.所能

9、消耗薄弱结晶Cj（OH越的能力有限，提供的癡胶体数虽 也少，其强度也很低.高性能混凝土釆用低水胶比，硬化后毛细孔數輦显著滅少，而超细掺合料乂改善粉体集| 维普资讯 h ttp:/第3期李体：关丁谱通混擬上与吾性能混擬上的评述-101料的级配.也能大幅度降低毛细孔数绘.彳吏侖性能混凝上形成島度致密的微观结构.此外超 细樓合料活性大火山灰反应强烈.消耗掉大量的CMOH）.结晶、产生的瞬胶体数戢多. 固此对强度的贡献大，Ca（OH2的减少相应也捉爲了高性能混擬土的抗腐蚀性能.5 普通混凝土与高性能混凝土的宏观性能不同福凝上的宏观性能主要包抬强度、陀久性及丄作性等-普通迟凝上圉水胶比大.其强度 较 C

10、50;耐久性也因毛细孔及集料界面过渡区的存在而 M 提高；工作性则缔持在吻 性混凝 匕明落糜40加吋基础上 宏观性能的缺陷限制了普通混鬣丄的应用范围稣发展前 景.而高性能混厳上的强度随其水胶比的降低显著提高，冃前一般将商性能混唳丄的强度下 限定矩G5（h通过台理的配合比设计C100以上的高性能腿屣上也亡大虽应用于丄押宴践. 高性能泯殿上耐久性比其高强度更有优势.因毛细孔的减少和粉料的合理级配渎其微观结枸 达到相当致密的状态，外界有害介质很难侵人，即使对邀受海水腐蚀的海上钻井平台和跨海 大桥也能达到很裔的耐久性.清华大学的研究表明、经过合理的设计.高性陡?昆鮭土在 海洋歼境屮能达到1皿年以上的耐

11、久性.其耐久性之高是普通混廉七难以望其项背.外加剂的引入使高性能混擬土的工作性也込到前所未有的理想程度一说态混凝上和泵送 混凝上的坍落度均iTTii JIJ 180 mm H上,缓蘇剂的加人怔其圳落度经时损失4T. 10 h Z内. iJiUE制在10%更小.迪过早題剂，促歸剂等可以人为的控制其早期强度和初樂歷吋 间.日木人发明的免振捣自密实高流态混礙土将是岛性能混瓏土工件性的发展方向一由尸丄 作性的显著提髙便散装水泥、商品混凝土、泵送泯鬣上的塩展前虽广阔；建逋工业摆脱繁重 的手工操作而向工厂化、机械化和集团化方问发展：施工进度成借增加，斯带来的经济效益 和社会效益是前所未有的*高性能混嚴土由

12、F超细掺合料的加人使其体积稳定性也显著提高.超细掺料町以代替 1/21/3的水泥熟料，可口显暑降低因高水泥用量而产生的畠水化热、蛊度空形、收缩 变形和徐变业缩等不良示呆超细播合料的尢址应用促进了掺合料加工产业的形成和发展， 也为大最的丄业副产品的台理应用提供了岀路.作为-种发展历史不足W年的新型材料.高性能混凝土的缺点也同其扰点样明显一 低水胶比和致密的微观结构导致其脆性明显增大；后期强度不但很少增加甚至还有衰退；防 火能力F降；由J-不能口外界进行遛度交换，使内韶韦细孔失水产生负压引起自收轴；大虽 未水化木泥若受外界水分长期作用，会继绫水化将产生怵积膨胀引起塔！:胀"幵製；収及外加

13、 利与水泥的粮容性将是决定外加利能否发挥应有敕果的关讎等等.尤其是脆性增加产生的延 性不足严重地够响高性能混凝土作为結构主要受力材料的地位，虽然冃前采用掺加增强纤 维（尤其是钢纤维）改善具延性但搅拌工艺无法突破.影响了其实际碰用高性能混瞬上的 上述缺陷也是制约其罚更扁层次发匿的主要障碍6高性能混凝土应符合可持续发展的需耍生态与环境是困绕经济持续发展的2大难題r建材行业在我皿四大耗能和污栾大户（冶 金、有色.建机、火力发电）中位居第三.水渥丄业圉其大呈圧釆白燃矿石资源*高能耗和 彷锻严垂，乂直是建材行业的大户.专家指;h作対建筑工业上要喘料的水淀实际上是| 维普资讯 h ttp:/-)02福州大

14、学学报(自然科学版)第对巻-种不可持统发展的产品.因此，应将限制水泥用齟作为发展商性能混凝土的一个基呆 要求.实际上高水泥用就也有挣于发展高性能混凝土的初裏.除不苻合口丁持续发展战 略外、烏水泥用凰不仅是造成混凝土休积稳定性不良并产生宏观和微观裂讎的主要原因.还 是引起混凝土后期强度衰减的主要因素.在高水耀用量的高性能混凝上中，由水胶比低. 未水化的水泥所占比例较高1它们仅施-种微集料的作用、这显然是二种能源的浪费.减少水泥用览的主要途径是加大超细掾合料在高性能混凝土中的比例，除使混殿丄中 粉料的级配皓于合理和扱强的火LJI灰效应消耗掉大董Ca(OH)2晶体并产生大眾水化硅酸钙 外.在大掺量掺

15、合料的混凝土中虽然水眩比很低，但水灰比相对较高*所以其看期强度在 水泥水化和火山灰反应的作用F仍宥明显増检叫这既能减弱高性能混凝土后期强度 又从另一角度反映了少須水泥对混凝土的益处国内外在减少水泥用虽配制高性能混凝上 方面均有大绘实例 如俄罗斯开发的低霍水址水泥用23瞞石英粉和25%磨细矿 渣代替§0%的BHB水泥熟料配制成別 100 MPa的HPC； H木怔细度为10 j/m的粉煤 灰10%和曆细矿渣30%代替40%的水泥黙料制成軽度更盛的HPC；我国首都国际机肠停 车楼:E程10万mJ C50. C6Q高性能混凝土、分别用比表面积为400 m1/kg和硒号 磨细矿渣代30%水温

16、其水泥用量仅为341 kg/m1和350kg/m3 (i».发展适合我国国悄的高性網混瞬土，还应注盘其实际应用价值片面追求低水胶比和离 强度等级*以及对原材料质毘利施工操作要求尅于严格等都不利于推广应用.只有用普通材 料利普通的生产丄艺、并有足够数量的工业废料生产歯性能优良的混擬上洋能便水泥和混凝 土成为可持续发展的林料.参考文獻11昊申伟.翕性能福醸土(HPC)的发展趋挣与问题皿建螢技术19盹："1工 码乃谦，用新曬，郝挺宇.等.耐久】曲年厲上的高性能混凝土J，混凝土与水泥制品r 1998(4)； 5虫习昊中祎，绿邑高性能混凝土的发展方向幵 混联土禺水泥制1998(1 k

17、 3-e.HJ感筆元.拓强程醸土另高性旄混羸土几建諛拽忌1997(9); 641-643； (1O): 723725.李姚忠.刘明购.路来军.等.虻蛊高性能混瓏土侶HPC在菅棉国际机畅停车楼工稗中的陵用几握 讎土与水泥制品，1998(4); 14 16.A Commentary on Ordinary Concreteand High Performance ConcreteLF Feng(College of ClviI and ArcMicectural Eancring, Fuzhou Umvrsjty, Fu|an Fuzhou 35CKW)2t China) Abstract The comparison between ordinary concrete and high performance concrcie in thi$ paper wai bas