高性能混凝土耐久性.总结

1、现代混凝土新理论与新技术课程论文结构工程张庆武高性能混凝土耐久性摘要：本文首先从高性能混凝土的抗渗性、抗冻性、抗硫酸盐侵蚀性以及碱 -骨料等方面等进行探讨， 分析了引起混凝土破坏的原因以及影响耐久性的因素。 然后从高性能混凝土的组成材料入手， 分析了原材料的选择对高性能混凝土耐久性能的影响。最后从设计和施工养护等方面， 进一步探讨了高性能混凝土作为新型的优质材料提高其耐久性的必要性和有效措施。关键词：高性能混凝土，耐久性，掺加料1 论文研究背景混凝土从问世以来， 经历了低强度、 中等强度、 高强度乃至超高强度的发展历程，似乎人们总是乐于追求强度的不断提高。 但是近四五十年以来， 混凝土结构因材

2、质劣化造成过早失效以至破坏崩塌的事故在国内外都屡见不鲜， 并有愈演愈烈之势。混凝土工程的过早破坏， 其原因除了强度不足外， 还因为混凝土耐久性不良。例如，在日本海沿岸， 许多港湾建筑、 桥梁等，建成后不到 10 年的时间，混凝土表面即出现开裂、剥落，钢筋锈蚀外露。美国：美国国家材料顾问委员会 1987 年提交的报告报道，约有 25.3 万座混凝土桥面板出现不同程度的破坏（其中部分使用不到 20 年），而且每年还以 3.5 万座的速度递增 1；同年 Litvan 和 Bickley 发表了对加拿大停车场的检测报告，发现大量停车场的服务寿命远比预期的短很多。美国 1991 年在提交国会报告国家公路

3、和桥梁现状 中指出，美国当时的全部混凝土工程价值约 6 万亿美元，而每年用于维修的费用高达 300 亿美元；南非 1981 年用于拆换桥梁、挡土墙、墩柱、路面、路缘、蓄水坝、系桩柱、防波堤、电杆基础等的经费就超过 2700 万英镑，这些结构物多是在建成后 3-10 年内就发现开裂破坏。我国基本建设比发达国家迟三十多年， 但已建的一些工程也有类似令人堪忧的状况，有不少混凝土工程使用寿命远低于设计要求。据统计，在我国现有的近70 亿平方米的城镇建筑物中， 有 50%进入老化阶段， 其中约有 10-12 亿平方米需经加固改造才能安全使用。 1989 年，建设部科技发展司混凝土结构耐久性综合调查组对北

4、京、西宁、贵阳和杭州的一些建筑物进行了调查，其结果表明，建国初期的建筑均已达到必须大修的状态， 现有大多数工业建筑不能满足安全、 经济使用 50 年的要求，一般使用 25-30 年就需大修加固。我国混凝土工程的过早破坏 ,有的是结构设计不合理引起 ,有的是荷载的不利变化造成 ,但更重要的原因是由于混凝土耐久性不良 ,造成使用不久结构承载力就达到极限状态 ,某一偶然的荷载造成结构物的必然破坏。如果对混凝土耐久性理念认识不足 ,缺乏必备的材料组成设计、施工方法、技术措施和质量控制方案 ,就会使很多工程在建成时就埋下了耐久性不足的隐患 ,将会在其运营期和后期维护中付出巨大的经济代价。因此 ,重视并开

5、展混凝土的耐久性研究 ,使混凝土朝着以耐久性为核心的高性能化方向发展 ,对确保混凝土工程使用寿命 ,推进我国建筑科技发展和经济建设步伐具有极其重要的意义。2 高性能混凝土的概述2.1 高性能混凝土的定义高性能混凝土是在 20 世纪 80 年代未 90 年代初才出现的 ,其定义没有明确规定 , 不同国家及领域的学者根据各自的认识、 研究、实践、应用范围和目的要求的差异 ,对高性能混凝土有不同的定义和解释，例如：（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 月召开的讨论会上提出 :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

6、用优质材料配制的，便于浇筑振捣，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。（2）1990 年美国 Mehta P K 认为 :高性能混凝土不仅要求高强度，还应具有高耐久性 (抵抗化学腐蚀 )等其他重要性能， 例如高体积稳定性 (高弹性模量、 低干缩率、低徐变和低的温度应变 )、高抗渗性和高工作性。（3）1992 年法国 Malier Y A 认为 :高性能混凝土的特点在于有良好的工作性、高的强度和早期强度、工程经济性高和高耐久性，特别适用于桥梁、港工、核反应堆以及高速公路等重要的混凝土结构物。（4）1

7、992 年日本小泽一雅和冈村甫认为 :高性能混凝土应具有高工作性 (高流动性、黏聚性与可浇筑性 )、低干缩率、高抗渗性和足够的强度。（5）1992 年日本 Sarkar S L 提出 :高性能混凝土具有较高的力学性能 (如抗压、抗折、抗拉强度 )、高耐久性 (如抗冻融循环、抗碳化和抗化学侵蚀 )、高抗渗性，属于水胶比很低的混凝土家族。以上几种观点是针对于高性能混凝土比较有代表性的几种， 现在普遍得到认同的是 :高性能混凝土 (High Performance Concrete,简称 HPC)是由美国国家标准与技术研究院、美国混凝土学会 (ACI)于 1990 年 5 月提出的，是以耐久性指标为

8、基本要求，在采用常规材料和工艺制造的水泥混凝土中掺入一定量的矿物掺合料和专用复合外加剂， 取用较低的水胶比和较少的水泥用量， 并在施工时采取严格质量控制措施制备满足力学性能要求，具有较高耐久性和良好工作性的混凝土。综合以上论点， 结合我国国情和具体行业情况， 吴中伟对高性能混凝土提出以下定义：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础上采用现代混凝土技术制作的混凝土， 它以耐久性作为设计的主要指标。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、经济性。为此，高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比，选用优质原材料

9、，并除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。2.2 高性能混凝土的特点（1）工作性能好。高性能混凝土拌和物具有良好的和易性， 不泌水，不离析，坍落度、扩展度、坍落度损失等指标均好于普通混凝土。 从而保证在施工过程中新拌混凝土的工作性能 ,提高硬化后混凝土的耐久性。（2）硬化过程中体积稳定，水化热低 ,温度峰值及时间可形成梯度，冷却时收缩小，硬化后体积致密，不会因为膨胀或收缩产生微观裂缝。（3）高性能混凝土可对同标号的普通混凝土力学性能加以改善。如提高不同时期的强度，提高弹性模量，减小徐变系数等。（4）大量使用粉煤灰、硅粉、矿渣等矿物掺合料是配制高性能混凝土不可或缺的环节，

10、同时使用高效减水剂 2。这些都是使混凝土高性能化的重要环节，并能减少工业废料的污染。（5）耐久性大大提高。高性能混凝土不一定是高强的，但其工作性能、耐久性等必须是好的。这也是其与普通混凝土的最重要区别。因此 ,高强混凝土不一定是高性能混凝土， 高性能混凝土也不一定是高强的。 这个“高”指的是性能好 , 耐久性好。2.3 高性能混凝土的性能耐久性混凝土的耐久性破坏主要有：混凝土碳化、氯离子侵蚀、钢筋锈蚀、碱-骨料反应、冻融破坏等。混凝土碳化是指由大气环境中的二氧化碳引起的混凝土 pH 值下降的过程， 碳化的主要负面影响是引起钢筋的锈蚀问题。 氯离子侵蚀是指在混凝土生产或结构使用过程中侵入氯离子，

11、 当混凝土中的氯离子含量达到一定限值时，会促成混凝土中钢筋的锈蚀。 钢筋锈蚀是钢筋表面钝化膜破坏后在水和氧气充足的情况下发生的电化学锈蚀， 钢筋锈蚀会减小钢筋的有效面积， 导致混凝土保护层膨胀脱落，破坏钢筋与混凝土之间的粘结，影响结构物的安全性。碱 -集料反应是指混凝土中的碱与具有活碱性的骨料之间发生膨胀性反应，反应后混凝土体积膨胀、 力学性能下降。 冻融破坏是指混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破坏作用， 其破坏作用主要是使混凝土发生冻胀开裂和表面剥蚀，危害结构物的安全。 绝大多数结构的破坏是由于氯离子侵入混凝土钢筋表面，引起钢筋锈蚀， 破坏钢筋与混凝土间粘结力， 同时产生膨胀破坏混凝土保护

12、层，导致结构破坏。目前，对于HPC 耐久性的评定没有统一的指标和方法，对其进行试验和评价基本仍沿用普通混凝土的方法和指标 3。对于 HPC的耐久性的安全使用期限， HPC 可以保证重要建筑在不利环境中使用 100 年，在正常环境使用 200 年，在特殊环境使用 300 年，而混凝土建筑的使用寿命可以预期达到 500 年。冯乃谦通过测量掺加矿物超细粉的 HPC 的导电量评判其抗氯离子渗透性明显提高；东南大学通过掺加粉煤灰等活性掺料配制不同配合比的 C55的 HPC，并对其进行长期耐久性、收缩、抗渗、碳化、钢筋锈蚀等试验，表明掺加粉煤灰可以提高混凝土的长期耐久性。工作性坍落度是评价混凝土工作性的主

13、要指标，反应混凝土拌和物在重力作用下的流动和变形能力。 HPC的坍落度控制功能好， 但由于其在配制过程中加入了减水剂和矿物质超细粉， 在与普通混凝土在坍落度相同的情况下，粘度较大，仅采用坍落度尚不足以完全反应HPC的施工性能，但目前尚未有专门针对HPC的检测标准。在振捣的过程中， HPC 粘性大，粗骨料的下沉速度慢，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HPC 的水灰比低，自由水少，且掺入超细粉，基本上无泌水，其水泥浆的粘性大，很少产生离析的现象。而自密实混凝土不需机械振捣， 在施工现场无振动噪声， 可进行夜间施工， 混凝土质量均匀，钢筋布置较密或者构件体型复杂时也可进行浇

14、筑，施工速度快， 现场劳动小。力学性能混凝土的强度有抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、疲劳强度、粘结强度等。由于混凝土是一种非均质材料， 强度受诸多因素的影响， 但各种强度之间有一定的关系，一般可以用抗压强度的关系表现。水灰比是影响混凝土强度的主要因素，对于普通混凝土 ,随着水灰比的降低，混凝土的抗压强度增大，但对于 HPC，由于低水灰比下存在搅拌困难、 振捣不充分等问题， 其强度提高不是无限制的， 最高达到水泥的强度界限。 高效减水剂是 HPC必需成分，其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 4。在 HPC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

15、的密实度，提高强度，不同种类的矿物超细粉的最优置换率和对强度的影响不同。 HPC对力学性能的要求不仅体现在高强度上， 还体现在高强度质量上， 即要求强度的分散性小， 后期的强度增长稳定。体积稳定性混凝土的体积稳定性是指混凝土在抵抗物理、 化学作用下产生变形的能力。 混凝土的体积变形包括收缩变形、 弹性变形、 徐变变形和温度变形。 收缩变形是混凝土的固有特性， 不均匀的收缩变形会引起混凝土的内应力产生裂缝， 影响强度和耐久性；弹性变形是所有材料共有的变形，弹性模量越大，变形越小；徐变变形是混凝土在荷载作用下随时间增加而产生的不利变形，会影响结构的使用安全；温度变形是指混凝土在约束条件下热胀冷缩或

16、者因内外温差而产生的变形。 体积稳定性不良的混凝土会产生收缩开裂， 使混凝土的抗渗性及其物理、 化学、力学性能降低，耐久性下降。 影响混凝土体积稳定性的因素很多， 包括水泥颗粒的细度、用水量、骨料情况等。 HPC的干缩随着水灰比的增大而略有增大，骨料情况是影响干缩的最主要因素， 骨料的体积含量越大、 粒径越大，混凝土的干缩越小，不同种类高效减水剂对干缩的影响也不同，硅粉、粉煤灰等会降低干缩，沸石、页岩灰等会增大干缩。 混凝土在使用过程中会发生徐变， HPC的徐变较普通混凝土明显减低，并随强度的提高，最终单位徐变减小。经济性HPC较高的强度、 良好的耐久性和工艺性都能使其具有良好的经济性。 HP

17、C良好的耐久性可以减少结构的维修费用， 延长结构的使用寿命， 收到良好的经济效益；HPC的高强度可以减少构件尺寸，减小自重，增加使用空间，有研究表明采用 C30C60 可减少 1/3 的自重，采用 C60C80 可减少 1/4 的自重； HPC良好的工作性可以减少工人强度，加快施工速度，减少成本。前苏联学者研究发现用C110C137 的 HPC 替代 C40C60 的混凝土，可以节约 15%25%的钢材和30%70%的水泥。虽然 HPC本身的价格偏高，但是其优异的性能使其具有了良好的经济性。2.4 高性能混凝土的发展前景高性能混凝土 (HPC)具有优良的耐久性、工作性和强度，在最近十多年中已经

18、被工程界所接受，并认为是新型高技术混凝土，是今后混凝土的发展方向。 HPC 在工程应用的推广中，首先面临的是 HPC 较普通混凝土要高的造价，由于材料成本以及质量控制严格， HPC 的价格必然会高于普通混凝土，但是如果从工程总造价上进行比较，就会发现其实 HPC 的应用可以令其它方面更加经济，比如节省钢筋、加快模板周转等等。 所以我们相信当人们树立起安全、 环保的概念以后，HPC 的市场将会更大。目前，对于 HPC 的设计规程和验收标准还未取得统一，各国、各地区和不同学者对 HPC 涵义的理解和见解也不完全一致。多数人认为如果要求 HPC 必须具有高强度，那么很可能会限制 HPC 的应用范围，

19、目前应根据用途和经济合理等条件对 HPC 的性能有所侧重，它的强度标号可以向中等标号适当延伸， 但以不损及混凝土内部结构的发展高耐久性为度， 将工作性放在首位。扩大 HPC 的强度范围，使 HPC 得到更广泛的推广 5。HPC不仅在性能上对传统混凝土有很大突破，在节约资源、能源、改善劳动条件、经济合理等方面，尤其对环境，有着十分重大的意义，因此是一种可持续发展的绿色材料。绿色高性能混凝土这一概念的提出进一步指明了混凝土的发展方向，也使混凝土工作者明确提高 HPC 的绿色含量，节约能源，减少环境破坏是下一步的工作目标 6。综上所述，高性能混凝土就是具有优异耐久性的混凝土。 其主要特点是高的强度、

20、高的抗渗性、高的工作性能与体积稳定性。目前，国内外高性能混凝土的开发研究发展迅速， 如何实现高性能混凝土一直在探索中， 要实现高性能混凝土必须经过正确选择原材料；合理的工艺参数；施工工艺的控制； HPC的性能等主要途径。3 高性能混凝土耐久性影响因素分析3.1 高性能混凝土耐久性概述水泥基材料的耐久性可定义为：在使用过程中经受 (抵抗 )各种破坏因素的作用(破坏力 )而能保持其使用功能的能力。因此，耐久性涉及两个方面：一是引起破坏的作用力或破坏力； 一是材料对破坏作用的抵抗力。 两种力对抗的结果决定了材料是否耐久。如果抵抗力总是大于破坏力， 则材料的耐久性始终可以得到保证。影响高性能混凝土耐久

21、性的原因常见的破坏因素有： (1)冻融循环作用； (2)钢筋锈蚀作用； (3)碳酸盐化的作用；(4)淡水融蚀作用； (5)盐类侵蚀作用； (6)碱-集料反应；(7)酸碱腐蚀作用； (8)冲击、磨损等机械破坏作用等。如何有效的预防和抵抗这些破坏因素的破坏力， 是解决混凝土耐久性问题的关键。对于耐久性问题， 几十年来曾进行了大量的研究工作， 但由于研究思想与方法上存在缺点，收效不大。这也是耐久性问题愈来愈严重的一个原因。因耐久性能涉及方面很多， 现仅对抗渗性、 冻融破坏、 抗碳化性能和抗硫酸盐侵蚀以及碱 -集料反应等方面进行论述。3.2 高性能混凝土的渗透性混凝土的抗渗性是指混凝土在压力水的作用下

22、抵抗渗透的能力。 混凝土阻止水向内部流动的能力越好， 混凝土抗渗性越好。 如抗渗性不好的混凝土， 溶液性的物质能浸透混凝土，使混凝土的耐久性降低 7。渗透性与耐久性息息相关，抗渗性良好的混凝土可以抵御一切外来侵蚀介质的影响，大大提高混凝土的耐久性。渗透性作为耐久性的一个重要方面， 也直接影响其它因素对混凝土的破坏。 因此，对混凝土的渗透性进行评价显得尤为重要。（1）水灰比越低，渗透性越低，抗渗性越好。（2）水泥水化越充分，水泥石越致密，孔隙率越小，抗渗性越好。（3）单掺粉煤灰时，强度随掺量增加而下降， 渗透电量先下降，掺量达到 30-40% 左右，渗透电量达到最低点，然后随掺量增加渗透电量升高

23、。（4）单掺矿粉，掺量在 60%以前，强度变化不大， 但 90d 渗透电量逐渐下降，能够很好满足低氯离子渗透混凝土要求； 随掺量进一步增加， 强度迅速下降， 渗透电量相应下降，但力学指标不满足工程混凝土要求。（5）采取矿粉、粉煤灰复掺可以配制低氯离子渗透混凝土。3.3 高性能混凝土的抗冻性抗冻性是指混凝土在水饱和状态下能经受多次冻融循环作用而不被破坏的性能。在寒冷地区， 混凝土受冻融循环破坏往往是导致混凝土劣化的主要因素。 抗冻性可间接反映混凝土抵抗环境水浸入和抵抗冰晶压力的能力， 因此，抗冻性常作为混凝土耐久性的指标。（1）水灰比是决定混凝土组织致密性，也既是决定孔结构特性的基本因素，水分的

24、冻结与混凝土细孔孔径有相关性，水灰比低，混凝土越致密，抗冻性越好。（2）骨料特别是细骨料，引入混凝土中气泡的特性给予抗冻性很大的影响。混凝土水灰比相同，养护条件相同，使用的骨料不同，抗冻性不同。其对抗冻性的作用，主要是吸水率的影响。（3）高性能混凝土具有抵抗冻融循环的能力，在高性能混凝土中，掺用微细活性材料置换部分水派，经冻融循环后，混凝土强度减低很少，甚至略有提高，说明低温下水泥继续水化。3.4 高性能混凝土抗硫酸盐腐蚀性混凝土中的组成成分多种多样， 常常能与外界有害物质发生复杂多变的化学反应而引起混凝土的性能劣化。 特别是随着工农业的发展， 有害物质与日俱增。 许多天然的土壤和地下水、海水

25、、酸雨、工农业废弃物农用化肥等都含有硫酸盐，在它们的侵蚀作用下，混凝土的力学性能和使用寿命严重受到影响， 因此近年来，硫酸盐 (如硫酸钾、硫酸钠、硫酸镁等 )侵蚀成为了影响混凝土耐久性的重要方面之一，其危害极大，已受到广大科技人员和工程技术人员的普遍关注。硫酸盐与混凝土中的成分发生化学反应有两种危害： 一是膨胀开裂， 渗透性增加，硫酸盐及其它的有害物质更易进入混凝土内部； 二是硫酸盐侵蚀水泥石的粘聚性，使混凝土的强度与质量逐渐损失。（1）掺入 25%-30%粉煤灰取代水泥，可提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能，可以提高耐久性。（2）硅灰和粉煤灰双掺是提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的一个有效途径。3.5

26、高性能混凝土碳化性能混凝土的基本组成材料为水泥、 水、砂和石子。其中的水泥与水发生水化反应，生成的水化物自身具有强度 (称为水泥石 )，同时将散粒状的砂和石子粘结起来，成为一个坚硬的整体。 而在自然环境中，空气、土壤或是地下水中酸性物质， 如：C02，S02，Cl2 深入混凝土表面，与水泥石中的碱性物质发生反应，此过程称为混凝土的中性化。混凝土中性化的结果，其质量、孔结构、孔体积与强度等均发生变化，且不论其对混凝土性能影响的好坏与否， 混凝土中性化是对钢筋锈蚀的最重要问题，将直接影响到钢筋混凝土结构的耐久性， 这才是问题的关键所在。 混凝土在空气中的碳化是中性化最常见的一种形式， 而且混凝土碳

27、化是一个复杂的物理化学过程，混凝土自然碳化进程非常缓慢， 试验周期长，研究起来十分困难，所以目前对混凝土碳化的研究主要是建立在实验室中人工快速碳化试验的基础上的 8。环境因素对高性能混凝土抗碳化性能的影响影响混凝土碳化的因素分为：材料因素、环境因素和施工因素三大类。其中，材料因素包括水灰比、水泥品种与用量、骨料品种与级配、粉煤灰的掺量、外加剂品种与掺量等， 其主要是通过影响混凝土的碱度来影响混凝土碳化；环境因素包括环境相对湿度、 温度、压力以及 C02 浓度等，其主要是通过影响碳化反应的发生条件来影响混凝土碳化的速度；施工因素主要指的是混凝土的搅拌、振捣和养护条件等，其主要是通过影响混凝土密实

28、性来影响混凝土碳化。粉煤灰和外加剂对高性能混凝土抗碳化性能的影响粉煤灰：高性能混凝土中粉煤灰的掺量为 10%其抗碳化性能呈现出早期低而后期强的现象，说明粉煤灰确实对混凝土的密实性和孔结构有所改善， 且后期作用较强。可以说当粉煤灰在一定掺量的条件下， 其对混凝土抗碳化性能方面是有利的。外加剂：高效减水剂对混凝土抗碳化性能的作用是积极的； 双掺高效减水剂和引气剂的混凝土初期抗碳化能力有了提高， 但是由于引气剂在混凝土内部留下的连通孔道成为 CO2 渗透的途径，其后期碳化深度增长趋势比较大， 所以在分析引气剂对混凝土抗碳化性能的作用时，就要分别考虑前期和后期的影响程度。4.高性能混凝土的原材料对其耐

29、久性的影响目前，混凝土的组分已发展到水泥、水、砂、石、外加剂和细磨掺合料6 种，外加剂和掺合料已不是可有可无的组分，二者在混凝土中起着相当重要的作用。这些掺合料大多是以工业废渣经过超细粉磨制得， 在混凝土中可以单掺也可以复掺，如以矿渣加粉煤灰、 矿渣加硅灰、 粉煤灰加硅灰等来提高混凝土的各项性能指标 9。细磨掺合料不仅能够代替较多的熟料，并且不降低强度，还能够改善混凝土的某些性能， 尤其是 90d 以后的强度有明显提高。 这样既利用了废渣， 又大量减少了熟料用量，对环保十分有利。4.1 水泥水泥太细需水量大幅度增加，干缩大，水化热集中， (小于 l m)还使 HPC强度增长能力过早耗尽， 甚至

30、到 28d 发生倒缩；水泥越细水化越快， 新拌混凝土的坍落度损失较大；水泥过细还显著影响着 HPC的自收缩，容易导致 HPC早期开裂；水泥过细还加剧了 HPC中水泥与高效减水剂相容性问题随水泥比表面积增加，与高效减水剂的相容性变差， 饱和点提高，为减小流动度损失要增加更多的高效减水剂。高性能混凝土所用水泥应具有较高的强度、 良好的流变性能以及与高效减水剂良好的相容性。 因此选择水泥时， 应重点按照其强度等级、 水化热、需水量、 C3A 含量、碱含量等指标进行评定，高性能混凝土所用水泥的强度等级应不低于42.5MPa，以保证混凝土的高强度。为确保其流动性，所用水泥的流变性能更为重要，一般要求选用

31、中热硅酸盐水泥， 并宜选择活性较高的， 这样其标准稠度用水量较低，能使混凝土在较低水灰比例下具有良好的工作性， 并可以降低水泥的水化热，提高混凝土的体积稳定性，减少温度裂缝的产生机会。总之，高性能混凝土的问世及推广应用， 对我国水泥行业提出了更高要求。 水泥是高性能混凝土中最关键的组分， 水泥品质对高性能混凝土性能和成本有着直接的影响。衡量高性能混凝土质量的首要指标是耐久性， 因此，要综合考虑水泥的各项性能对高性能混凝土耐久性的影响，同时，水泥还应具有良好的流变性，并与高效减水剂有很好适应性， 较容易控制混凝土坍落度损失。 随着高性能混凝土的发展，生产适用于高性能混凝土的水泥势在必行。4.2

32、骨料集料的选择是 HPC 的一个重要问题。集料的粒径、颗粒形状、表面结构与矿物成分对界面区的水泥石显微结构都有显著的影响， 高性能混凝土由于其水泥石强度很高，水泥石与集料的结合力很强，其破坏断面中的集料几乎都遭到破坏，集料的岩石强度就成为高性能混凝土强度的一个制约因素。在选择粗细骨料时，注意骨料的品种、表观密度、吸水率、粗骨料的强度、最大粒径、级配、体积用量，砂率、碱活性组分等。细骨料宜选用石英含量高、颗粒形状浑圆、洁净、具有平滑筛分曲线的中粗砂，细度模数控制在2.63.2，砂率 36左右。粗骨料要求表面粗糙、近似球形；压碎指标控制在 10 15；最大粒径不大于 15mm；粗骨料的体积用量一般

33、为 400L；粗骨料无碱活性成分。4.3 外加剂本世纪出现了混凝土化学外加剂， 特别是当前具有高分散维持性的高效减水剂的出现，揭开了混凝土技术新的一页。 据不完全统计， 全世界化学外加剂的产品已有 500 种以上。日本、北欧、澳大利亚等国几乎百分之百的使用外加剂来生产混凝土制品。我国大约有 20%的混凝土掺用外加剂，而且成功地研制和生产了 300 种以上的混凝土外加剂。 外加剂的应用不但提高了水泥混凝土的施工性能和硬化后的性能，而且节约了水泥，降低了能耗。据统计，利用高效减水剂，在达到同样强度下可节约水泥 10% 20%。从混凝土的搅拌和成型来看， 每用 1t 高效减水剂，可节煤 4t。高性能

34、混凝土用外加剂要满足低水胶比条件下提高混凝土流动性的要求， 减水率要大 (一般在 20以上 )，且坍落度的经时损失要小。这就要选用高效外加剂，主要为高效减水剂、引气减水剂及缓凝剂的复合外加剂。4.4 掺和剂矿物掺合料和高效减水剂是配制高性能混凝土必不可少的原料。 常用的掺合料大都是工业副产品， 因此对它们的利用不仅具有材料科学和工程应用方面的意义，而且对环境保护、再生资源开发利用具有更为深远的影响 10。（1）基于水泥性能的发展趋势，从耐久性出发，在高性能混凝土中应降低水泥在胶凝材料中的比重， 以较大量的抗裂性较好的矿物掺合料 ( 如粉煤灰 ) 取而代之。不必过分强调掺合料的细度， 因为掺合料

35、中的粗颗粒在混凝土中能起到稳定体积的作用。（2）在高性能混凝土中使用合适的矿物掺料替代等量水泥，可以使其耐久性能得到进一步的优化 11，具体体现在： 使胶凝材料密实度提高， 胶凝材料水化后密实度提高， 抗侵蚀能力提高。 可以改善混凝土中水泥石与粗骨料间的界面结构，使混凝土的强度、耐久性都得到提高。可以减少化学收缩、干缩，降低水化热，减少开裂，使混凝土的强度、耐久性提高。改善混凝土的孔隙结构，对其抗渗性、耐久性十分有利。5 高性能混凝土的设计及施工养护5.1 高性能混凝土的设计在结构设计中， 设计人员通常注意混凝土的结构强度， 而忽略了混凝土两大基本性能之一的耐久性。 而从大量的文献资料及最新的

36、统计资料显示， 国内外都出现了相当多的混凝土结构物没有达到预期的使用年限， 受环境作用而过早地破坏的实例 12。随着建筑工业的迅猛发展， 大坍落度混凝土拌和物的大量生产和应用，这种大坍落度混凝土强度能符合要求， 但从钢筋保护的混凝土耐久性方面则不满意。笔者认为除了混凝土研究领域的技术人员应关注混凝土耐久性问题外， 设计工作者也应在设计工作的同时考虑钢筋混凝土的强度和耐久性两大基本性能。高性能混凝土配合比设计以耐久性为主要设计目标， 将传统的按强度设计混凝土改为按耐久性进行设计。 高性能混凝土的水胶比主要由耐久性确定。 为使高性能混凝土有高的抵抗侵蚀性离子的渗透能力， 应保证足够的胶凝材料用量

37、(400500Kg/m3)。高性能混凝土配合比设计时，普通混凝土配合比设计中的填充包裹理论等仍适用。其施工、养护、验收等与普通混凝土也相同。5.2 高性能混凝土的施工及养护高性能混凝土应采用强制式搅拌，搅拌时间不应少于2min ；混凝土结构模板应保证不漏浆，无灰尘，拆模方便；高性能混凝土宜采用混凝土泵运输，对于特殊部位也可采用塔式起重机或人力翻斗车，但应保证运输工具不漏浆， 当采用人力翻斗车运输时，应保证运输道路平坦，运输距离不应过大，炎热天气施工时，还应对运输过程中的混凝土加以覆盖，以保证其施工性能的要求； 高性能混凝土成型时应高频加压振捣、真空作业、离心、喷射等方法，以提高混凝土密实度。现

38、场搅拌低水胶比混凝土时， 用以往使用的自落式搅拌机和翻转式搅拌机都无法将其搅拌均匀，所以推荐使用卧轴强制式搅拌机和逆流行星式搅拌机来拌和低水胶比混凝土。 同样，由于这类混凝土不同于普通混凝土， 在浇筑和振捣中也要采取相应措施。 振捣板式结构时不宜将插入式振捣器插入水平拖动振捣， 以防止回料困难而形成薄弱部位， 宜采用小间距浅插频振的方法； 浇筑梁柱或混凝土墙等需深插时，则应上下振动，垂直且缓慢拔棒，以免留下孔洞，振点同样要加密。高性能混凝土施工注意要点（1）HPC 生产质量控制要求原材料质量稳定、称量准确和搅拌均匀。当水胶比较小时，含水量变化会引起较大的强度波动，要严格控制水胶比， 并注意骨料

39、含水量的变化。 外加剂、硅粉等必须在混凝土中充分分散，并要适当延长搅拌时间。（2）高性能混凝土应选择坚实强度高、杂质少的骨料。材料级配和原材料加入顺序都会影响其强度。 混凝土搅拌好后， 就应立即运送， 只有当确认混凝土没有发生拌和料离析后才能进行浇注。（3）混凝土自由落下的高度要求，以不超过 5m 为宜；当进行分层浇注时，最好考虑连续浇注。（4）为防止水分蒸发导致增加表面出现塑性裂缝的危险，因此高性能混凝土的振捣、抹面和养护必须连续进行， 不得耽搁。高性能混凝土对养护的好坏非常敏感，养护方法的关键是能够从开始就应有可靠的防止混凝土表面的水分蒸发和保持表面潮湿的措施。湿养护应持续至少 7d。（5

40、）对混凝土流动性的检查应是全面检查而不是抽样检查，并注意初期阶段的潮湿养护。（6）抗离析剂的高效减水剂合用时，它们之间的性能是否相互影响，应事先做试验进行确认。高性能混凝土养护注意要点（1）高性能混凝土由于用水量低，水灰比低，易发生自收缩而产生裂缝。所以浇筑捣实后， 盖上湿布或湿草帘进行早期养护， 以保证内部水分不逸散， 是保证高性能混凝土性能的重要工艺措施。（2）对于预制构件，当采用蒸气养护时，静停期间应保持环境温度不低于 5，灌筑结束 4h 6h 后方可升温，升温速度不宜大于 10 /h ，恒温期间混凝土内部温度不宜超过 60，最大不得超过 65，恒温养护时间应根据构件脱模强度要求、混凝土

41、配合比情况以及环境条件等通过试验确定，降温速度不宜大于10 /h 13 。（3）混凝土带模养护期间，应采取带模包裹、浇水、喷淋洒水或通蒸汽等措施进行保湿、潮湿养护。（4）混凝土去除表面覆盖物或拆模后 , 应对混凝土采用蓄水、浇水或覆盖洒水等措施进行潮湿养护， 并保证养护时间满足规定要求。 也可在混凝土表面处于潮湿状态时， 迅速采用麻布、 草帘等材料将暴露面混凝土覆盖或包裹， 再用塑料布或帆布等将麻布、草帘等保湿材料包覆 (裹 )完好。包覆 (裹)期间，包覆 (裹 )物应完好无损，彼此搭接完整， 内表面应具有凝结水珠。 有条件地段应尽量延长混凝土的包覆 (裹)养护时间。（5）混凝土采用喷涂养护液

42、养护时，应确保不漏喷，施工缝混凝土不得喷涂养护液。6 结论本文作者通过阅读大量的文献资料， 对高性能混凝土的耐久性的意义和重要性的理解和认识有了进一步的提高， 通过深入探讨和分析高性能混凝土组成材料的性能，总结了高性能混凝土各组成材料对其耐久性的影响， 同时也探讨和分析了高性能混凝土耐久性的影响因素，主要从抗渗性，抗冻性以及碱 -骨料反应等几个方面加以总结。同时分析了将抗氯离子渗透性作为评定高性能混凝土耐久性的综合指标的可行性和必要性。 通过对高性能混凝土耐久性的试验分析得出以下结论：（1）择优选用组成材料， 如采用低热水泥， 能有效的减少混凝土的整体收缩。尽量选用的粗骨料级配良好，颗粒较大，弹性模量大，针片状含量少；细骨料的细度模数较大，偏中粗砂为宜；粗细