高性能混凝土的研究与发展现状毕业论文

1、学科名称高性能混凝土的研究与发展现状概括随着我国改革开放和现代化进程的加快，我国的建设规模与日俱增。如何保证建设工程质量，使工程能够长期安全使用，受到各级政府和社会各界的广泛关注。在许多土木工程建设中，混凝土的应用广泛，使用频率却很少。特别是近年来，一种较新的混凝土技术正在迅速发展并应用于许多实际工程项目中，那就是高性能混凝土。高性能混凝土（HPC）因其具有高耐久性、高和易性、高强度和高体积稳定性等诸多优异性能而被认为是世界上综合性最强的混凝土。用于工程，特别是桥梁、高层建筑、海港建筑等工程。本文主要介绍了高性能混凝土发展的历史背景和国外研究现状，阐明了高性能混凝土的特点，列举了国外高性能混凝

2、土研究和应用的重要成果，并进行了展望。其发展趋势。随着我国高层、大型、现代化建筑的发展，HPC必将成为新世纪重要的建筑工程材料。关键词：高性能混凝土；耐用性；体积稳定性；绿色高性能混凝土。目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc290629440 简介 PAGEREF _Toc290629440 h 1 HYPERLINK l _Toc290629441 一、高性能混凝土的背景与研究现状 PAGEREF _Toc290629441 h 1 HYPERLINK l _Toc290629442 (1) 背景 PAGEREF _Toc290629442 h 1 HYPE

3、RLINK l _Toc290629443 （2）研究现状与发展方向 PAGEREF _Toc290629443 h 2 HYPERLINK l _Toc290629444 2、高性能混凝土的性能研究与应用分析 PAGEREF _Toc290629444 h 4 HYPERLINK l _Toc290629445 (1) 高性能混凝土的概念 PAGEREF _Toc290629445 h 4 HYPERLINK l _Toc290629446 (2) 高性能混凝土的性能 PAGEREF _Toc290629446 h 6 HYPERLINK l _Toc290629447 (3)高性能混凝土的

4、水泥石显微组织 PAGEREF _Toc290629447 h 8 HYPERLINK l _Toc290629448 （4）高性能混凝土开发应用面临的问题 PAGEREF _Toc290629448 h 8 HYPERLINK l _Toc290629449 3. 高性能混凝土质量与施工控制 PAGEREF _Toc290629449 h 8 HYPERLINK l _Toc290629450 (1) 高性能混凝土原材料及其选择 PAGEREF _Toc290629450 h 8 HYPERLINK l _Toc290629451 （2）配合比设计控制要点 PAGEREF _Toc29062

5、9451 h 10 HYPERLINK l _Toc290629452 1.设计思路大不相同 PAGEREF _Toc290629452 h 10 HYPERLINK l _Toc290629453 2 、胶凝材料与粉煤灰的比例 PAGEREF _Toc290629453 h 11 HYPERLINK l _Toc290629454 3.含气量要求 PAGEREF _Toc290629454 h 11 HYPERLINK l _Toc290629455 4.电通量指数 PAGEREF _Toc290629455 h 11 HYPERLINK l _Toc290629456 (3) 高性能混凝土

6、施工控制 PAGEREF _Toc290629456 h 11 HYPERLINK l _Toc290629457 四、高性能混凝土的特点 PAGEREF _Toc290629457 h 14 HYPERLINK l _Toc290629458 (1) 高耐久性 PAGEREF _Toc290629458 h 14 HYPERLINK l _Toc290629459 (2) 高工作性能 PAGEREF _Toc290629459 h 14 HYPERLINK l _Toc290629460 (3) 抗冻性 PAGEREF _Toc290629460 h 14 HYPERLINK l _Toc2

7、90629461 (4) 抗渗性 PAGEREF _Toc290629461 h 15 HYPERLINK l _Toc290629462 (5) 抗疲劳性 PAGEREF _Toc290629462 h 15 HYPERLINK l _Toc290629463 (6) 其他 PAGEREF _Toc290629463 h 16 HYPERLINK l _Toc290629464 5.绿色高性能混凝土 PAGEREF _Toc290629464 h 16 HYPERLINK l _Toc290629465 (1) 发展绿色高性能混凝土的必要性 PAGEREF _Toc290629465 h 1

8、6 HYPERLINK l _Toc290629466 （2）绿色高性能混凝土的可行性 PAGEREF _Toc290629466 h 17 HYPERLINK l _Toc290629467 (3) 绿色高性能混凝土的基本概念 PAGEREF _Toc290629467 h 18 HYPERLINK l _Toc290629468 (4) 性能优越的绿色高性能混凝土 PAGEREF _Toc290629468 h 18 HYPERLINK l _Toc290629469 （5）绿色高性能混凝土的应用 PAGEREF _Toc290629469 h 20 HYPERLINK l _Toc290

9、629470 (6) 开发绿色高性能混凝土 PAGEREF _Toc290629470 h 21 HYPERLINK l _Toc290629471 六、高性能混凝土的发展前景 PAGEREF _Toc290629471 h 22 HYPERLINK l _Toc290629472 7. 结论 PAGEREF _Toc290629472 h 23 HYPERLINK l _Toc290629473 参考文献 PAGEREF _Toc290629473 h 24 HYPERLINK l _Toc290629474 至 PAGEREF _Toc290629474 h 24高性能混凝土的研发现状介绍

10、自1824年波特兰水泥发明以来，混凝土材料已有100多年的历史。以水泥为胶凝材料的混凝土也取得了长足的发展，从普通混凝土向高性能混凝土发展。 20世纪以来，混凝土已成为房屋、桥梁、水利、公路等现代工程结构的首选材料。混凝土是土木工程中最大的人造材料，消耗量巨大。据统计，我国混凝土年消费量约为100 109m3%，随着近年来我国工业化、城镇化进程的加快，其消费量将继续保持较快增长。人类进入21世纪，随着科学技术的飞速发展，新型混凝土层出不穷。混凝土能否长期作为最重要的建筑结构材料，必须具有高强度、高和易性、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，也是混凝土的发展方向。高

11、性能混凝土（High Performance Concrete，HPC）是1980年代末1990年代初一些发达国家在混凝土结构耐久性设计的基础上提出的一种新概念的混凝土。它以耐用性为主要设计指标。可以为基础设施工程提供超过 100 年的使用寿命。与传统混凝土不同，高性能混凝土以其高耐久性、高和易性、高强度和高体积稳定性等优异性能被认为是世界上综合性最强的混凝土。已被采用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中，显示出其独特的优势，在安全使用期限、经济合理性、对环境条件的适应性等方面产生了明显的效益。被学者们所接受，被认为是未来混凝土技术的发展方向。一、高性能混凝土的背景与研究现状(1) 背景

12、当代大跨度、高层、海洋、军事工程结构的发展对混凝土提出了更高的要求。在恶劣的环境中，现有建筑不断恶化和退化，导致过早失效、报废，甚至恶性事故的严重后果，造成巨大损失。 ;原材料生产开采导致生态环境恶化，是砂石料枯竭、资源紧缺严重影响进一步发展的严峻现实。这就要求混凝土以耐久性为重点，不断提高各项性能，更多地使用天然材料和工业废料来保护环境，走可持续发展的道路。高性能混凝土就是在这样的背景下出现并逐渐完善和发展的。混凝土作为用量最大的人造材料，不能忽视其使用对生态环境的影响。传统混凝土的原材料均来源于自然资源。每1吨水泥需要0.6吨以上的清水、2吨沙子、3吨以上的石子；每1吨硅酸盐水泥大约需要1

13、.5吨石灰石和大量的煤炭和电力，排放1吨CO 2 。 2浓度的增加是全球变暖效应的原因之一。虽然与钢、铝、塑料等其他建筑材料相比，混凝土生产造成的能源消耗和污染相对较小或小得多。混凝土本身也是一种清洁材料。矿石和砂石骨料在多地造成资源破坏，严重影响环境和自然景观。一些大城市现在很难获得优质砂石。另一方面，由于混凝土过早变质，昂贵的项目拆除后如何处理混凝土废料也对环境构成威胁。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其原料；必须充分考虑废弃混凝土的回收利用，未来的混凝土必须是高性能的，特别是耐用的。耐用和高强度意味着节省资源。 “高性能混凝土”就是在这样的背景下

14、诞生的。（二）研究现状及发展方向针对混凝土过早劣化的问题，发达国家在1980年代中期掀起了以提高混凝土材料耐久性为主要目标的“高性能混凝土”的开发研究高潮，受到了各国的重视。各国政府。 1980年代以来，各国混凝土结构的设计规范逐渐突出了对耐久性设计的考虑，从只注重强度设计到强度与耐久性并重。进入1990年代后，混凝土结构的耐久性设计方法成为土木工程领域的研究热点。根据不同环境类别的侵蚀效应，提出材料性能退化的理论或经验模型，并据此估算结构的使用寿命，已成为耐久性设计方法开发和研究的主流。自高性能混凝土提出十多年前，世界各国对其进行了大量的研究、开发、推广和应用。事实上，早在高性能混凝土一词诞

15、生之前，世界各国就已经客观成功地应用了高性能混凝土，例如：C135 混凝土，双子广场，西雅图，美国（1988 年） 芝加哥水塔 C75 混凝土 (1975) C65 混凝土，特朗普大厦，纽约，美国（1981 年） C80 混凝土，新斯科舍广场中心大楼，加拿大多伦多（1987 年） 日本明石海峡大桥 C40 混凝土（1988 年） 1990年代以来，高性能混凝土的研究、开发、推广和应用发展迅速，世界各国都高度重视。 1986年至1993年，法国政府组织政府科研院所、高等院校、建筑公司等23家单位开展“混凝土新方法”研究项目，开展高性能混凝土研究，完成示范项目。如Joigny市一座三跨后法预应力钢

16、筋混凝土桥，其混凝土强度等级相当于我国C70；另一个例子是西沃核电站2号反应堆的预应力混凝土安全壳，高度为85m，直径为44m。混凝土强度等级为C70，其水泥用量仅为240kg/ m3 ，但气密性高；又如英吉利海峡隧道衬砌，设计寿命为120年，水灰比为0.350.32，水泥用量为400kg/m3。抗压强度为63MPa，渗透系数极低（K=1.410-13 m/s）。 1996年，法国公共工程部和教育与研究部组织了一项为期四年的国家研究项目“高性能混凝土2000”，投资550万美元，对设计、耐久性和高性能混凝土材料的工程性能。研究。 1988年至1993年，日本建设省实施了“钢筋混凝土建筑超轻超高

17、层技术开发（简称“新RC计划”）的综合发展计划。在高性能混凝土的高和易性、高强度方面取得了大量的科研成果，并在工程上得到了实验验证和工程应用。 挪威皇家科技学院的科学与工程研究基金 (SINEF) 继续支持对高强度混凝土和高性能混凝土的研究。 瑞典从1991年到1997年由政府和企业共同投资5200万克朗实施国家高性能混凝土研究计划。 加拿大于1990年启动“优质混凝土研究网络”，这是政府科研基金（2.4亿加元）提供的国家重大科研项目。多年努力，在高性能混凝土和活性粉末混凝土领域取得了享誉世界的成果，并制定了高性能混凝土法规。 美国在高性能混凝土的研究和应用方面取得了丰富的成果。 1994年，

18、美国联邦政府16个机构联合提出将高性能混凝土应用于基础设施工程建设的提案，并决定在10年内投入2亿美元进行研发。美国国家自然科学基金会 (NSF)、美国国家标准与技术研究院 (NIST)、美国联邦公路管理局 (FHWA) 以及一些州政府、交通部和美国陆军研究所，一直投入大量资金资助高水平混凝土和高性能混凝土的研发，例如NSF定期资助由西北大学牵头的水泥基复合材料联合研究中心，开展高性能混凝土研究每年资助200万美元。 1999年，美国NIST的建筑与防水研究实验室（BFRL）在网上宣布了“高性能混凝土技术合作伙伴关系”。与混合混凝土协会、硅酸盐水泥协会合作，承担了“商用高性能混凝土结构工程计算

19、机集成知识系统（CIKS）开发”国家重点研究计划。 英国、西班牙、德国、澳大利亚、波兰等国也组织了专门机构对高性能混凝土进行研究。 近年来，我国高强混凝土和高性能混凝土的研究与应用在有限的资金支持下发展迅速。清华大学于1992年开始进行高性能混凝土的研究，得到了各部门的重视和支持。 1994年至1997年，由国家自然科学基金委、建设部、铁道部、国家建材局共同资助。国家自然科学基金重点项目“高强高性能混凝土材料的结构与力学性能研究”，项目由清华大学主办，中国科学院铁道科学研究院联合承担建筑材料系，原建筑大学，东南大学。杰出的。 “九五”期间，国家计委、科技部安排了重大科技攻关项目“重点工程中混凝

20、土的安全性研究”。对耐久性和高性能混凝土进行了系统的研究，并取得了许多成果。近年来，我国许多重大工程都不同程度地应用了高性能混凝土。 2000年至2003年期间，由中国工程院土木工程部建设部科技司组织，清华大学赵元教授主持，来自国内的有关专家进行了研讨和讨论。制定了混凝土结构耐久性设计与施工导则，将应用于高性能混凝土。和发展起到了很大的推动作用。 1995年至1997年，中国第一高、世界第三高的金茂大厦（总高度420.5m），采用C40、C50、C60高性能混凝土，泵送施工。的世界纪录。此外，高性能混凝土已成功应用于上面的明珠电视塔、地王大厦、首都机场航站楼、东地石大厦等项目。近两年，中国大力

21、建设高铁。已建成的武广客运专线等11个高铁项目，设计使用寿命可达100年。普通混凝土已不能满足耐久性要求。因此，高性能混凝土被用于高速铁路的建设。试用申请开始。由于没有具体标准，我国铁道部科技司于2005年发布了客运专线高性能混凝土暂行技术条件，作为客运专线高性能混凝土质量的参考。线。提出了一些要求，成为国家工程建设中第一个高性能混凝土实施基础。这对高性能混凝土在我国铁路建设中的应用起到了一定的作用。世界各国之所以能在许多重点工程中成功应用高性能混凝土，是基于对高性能混凝土的基础研究。目前，高性能混凝土的发展有以下几个方向：(1) 绿色高性能混凝土水泥混凝土是当代最大的人造材料。它消耗资源和能

22、源，极大地破坏环境，与可持续发展的要求背道而驰。绿色高性能混凝土的研究和应用主要是粉煤灰混凝土。与基准混凝土相比，粉煤灰混凝土大大提高了新拌混凝土的工作性能，显着降低了混凝土硬化阶段的水化热，提高了混凝土的强度。是后期实力。节约水泥，减少环境污染，是绿色高性能混凝土的代表材料。(2) 超高性能混凝土超高性能混凝土，如活性粉末混凝土，具有强度高、抗压强度高达300MPa、致密性高等特点。已成功应用于军工、核电站等特殊工程。(3) 智能混凝土智能混凝土是在混凝土原有成分的基础上，结合智能成分，使混凝土材料具有自感知、自适应、自修复的特性，具有感知和功能的多功能材料。环境变化的控制。随着损伤自诊断混

23、凝土、温度自调节混凝土、仿生自愈混凝土等一系列智能混凝土的出现，为智能混凝土的研发和研究与开发奠定了基础。智能混凝土结构的应用2、高性能混凝土的性能研究与应用分析（一）高性能混凝土的概念迄今为止，国际上对高性能混凝土的定义或含义还没有统一的认识，不同国家的不同人有不同的理解。一般来说，高性能混凝土是指高强度、高耐久性和高和易性。高性能混凝土是近20年来发展起来的一种新型混凝土。欧洲混凝土协会和国际预应力混凝土协会将HPC定义为水胶比低于0.40的混凝土；在日本，高流动性自密实混凝土（即无振动混凝土）称为HPC ；中国土木工程学会高强高强混凝土性能混凝土理事会将HPC定义为基于耐久性和可持续性的

24、适用于工业生产和建筑的混凝土。在我国，也有关于高性能混凝土含义的争论。乃谦在他1996年出版的高性能混凝土一书中指出：高性能混凝土必须是高强度的，因为总的来说，高强度有利于耐久性。同时他认为，高性能混凝土发展的物质基础是有良好的外加剂和减水剂，所以高性能混凝土必须掺入外加剂。乃倩的这些观点代表了当时我国大多数混凝土学者对高性能混凝土的认识。针对当时科研界过度追求高强度的趋势，吴忠伟指出，“有人认为高强度一定要有高耐久性，这并不全面，因为高强混凝土会带来因素不利于耐久的”。高性能混凝土还应包括中等强度混凝土，例如 C30 混凝土。吴忠伟非常重视耐用性，早在1986年他就提出高强度不一定高耐用，低

25、强度不一定不耐用。很有前瞻性，今天他的观点是正确的。1990 年 5 月，美国国家标准与技术研究院 (NIST) 和美国混凝土协会 (AC I ) 主办了第一届高性能混凝土研讨会，将高性能混凝土定义为有需求和要求的混凝土。均质混凝土必须采用严格的施工工艺，用优质材料配制，易于浇筑，不离析，力学性能稳定，早期强度高，混凝土具有韧性和体积稳定性等性能。他们中的大多数人承认，高强度不一定耐用，在提出高性能时，他们想要高强度和耐用性。可能是因为发现了强调高强度的弊端。 1998 年，美国 ACI 发表了如下定义：“高性能混凝土是满足特殊性能组合和均质要求的混凝土。如果传统的原材料成分和一般的混合、浇筑

26、和养护方法并不总是能在大批量。” ACI 解释了定义：“当混凝土的某些特性针对特定用途和环境进行定制时，就可以实现高性能。混凝土。以下特性可能对特定应用至关重要：易于放置、振动时不离析、早期强度、长期力学性能、抗渗性、压实度、水化热、韧性、体积稳定性、在恶劣环境下的长寿命。由于高性能混凝土的许多性能是相互关联的，因此在生产混凝土时，改变其中一种性能往往会改变其他性能出于某种目的和必须考虑的几个特性，每个特征都必须在合同文件中明确规定。” 1998年的ACI定义与1990年的ACI和NIST定义的区别在于前者将早期强度作为“特殊性能组合”的可选属性之一，而不是强调它是必要的规定。欧洲混凝土协会和

27、国际预应力混凝土协会将高性能混凝土定义为水胶比低于 0.40 的混凝土。在日本，高流动性自密实混凝土（即无振动混凝土）被称为高性能混凝土。 ,强度一般为40-45兆帕，混凝土中除水泥外，还有矿渣粉、粉煤灰和膨胀剂。还有一些部门根据其专业特点对高性能混凝土有具体要求，如1995年联邦公路管理局（FHWA）高性能混凝土分为4个等级，每个等级规定了与强度和耐久性相关的8个参数的量化指标。美国战略公路研究计划（SHRP）提出，高性能混凝土对公路工程应满足以下要求：（1）水胶比0.35； (2) 300次冻融循环，相对动弹性模量0%铝； (3)抗压强度4h17.2MPa，或2434.5MPa，或28d6

28、8.9MPa。该定义侧重于早期强度，定义了特定的高性能混凝土，缺乏普遍适用性。用于桥梁特别是大跨度桥梁的高性能混凝土应满足：（1）水胶比0.40； (2)强度41.4MPa； (3)蠕变率低。我国著名混凝土科学家吴忠伟教授将高性能混凝土定义为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成的新型高科技混凝土。应保证以下性能要求；耐久性、可加工性、适用性、强度、体积稳定性和经济合理性。为此，高性能混凝土的特点是水胶比低，原料质量好，除水泥和骨料外，还必须加入足量的矿物细外加剂和高效外加剂。 1997年3月，吴中伟教授在高强高性能混凝土会议上指出，高性能混凝土应在工业废渣基础上掺入更多的

29、外加剂，节约更多的水泥熟料。提出了绿色高性能混凝土（GHPC）。的概念。中国土木工程学会高强高性能混凝土专业委员会将高性能混凝土定义为以耐久性和可持续发展为基本要求，适用于工业生产和建设的混凝土。与传统混凝土相比，这种高性能混凝土的特点是耗水量低（水与胶凝材料总量之比小于0.4，最多不超过0.45），水泥用量低，化学外加剂和矿物外加剂用作水泥、水、沙子和石头以外的必要成分。这也是现代高强混凝土的制备方法。事实上，正是现代高强混凝土技术的出现，为解决高性能混凝土的耐久性问题指明了道路。结合我国对高性能混凝土十余年的推广应用，廉慧珍教授于2003年写了一篇文章，反思对高性能混凝土认识上的一些误区，

30、造成使用上的盲目和混乱高性能混凝土。她对高性能混凝土的理解对于，“高性能混凝土不是混凝土的一种，而是达到工程结构耐久性的质量要求和目标，是一种性能和均质性，满足不同工程要求的混凝土。高强度不一定持久，高流动性不是任何工程需要的，而且不仅是外加剂的高性能；混凝土的质量不是在实验室里配制的，而是在结构中实现了具有最佳配合比的混凝土对生产、设计、施工和管理人员来说，Cracked不是高性能混凝土。除了特殊结构（如临时结构）外，没有不需要耐久性的混凝土结构。根据不同工程的特点和需要，混凝土结构的性能和耐久性是为满足特定要求而设计的。 gh-performance 混凝土更科学。”在这里，高性能混凝土强

31、调的是“性能”或混凝土的质量、状态、水平或质量目标。对于不同的工程，高性能混凝土有不同的侧重点（即“特殊性能组合”） 。尽管在不同的国家，不同的学者或工程技术人员对高性能计算有不同的理解。例如，美国学者强调高强度和尺寸稳定性，欧洲学者更注重耐久性，日本学者强调高可加工性。但它们的基本点是高耐用性，这方面的理解是一致的。(2) 高性能混凝土的性能与普通混凝土相比，高性能混凝土具有以下独特性能：1.耐用性高性能混凝土使用寿命长。对于一些特护工程的特殊部位，控制结构设计的不是混凝土的强度，而是耐久性。它可以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。目前，评价高性能混

32、凝土的耐久性还没有统一的指标和方法，检测评价仍采用普通混凝土的方法和指标。对于HPC耐久性的安全使用年限，高性能混凝土可以保证重要建筑在恶劣环境下可以使用100年，在正常环境下可以使用200年，在特殊环境下可以使用300年。2.可操作性高性能混凝土具有良好的和易性，坍落度是评价混凝土和易性的主要指标。 HPC具有良好的坍落度控制功能。在振捣过程中，高性能混凝土具有较高的粘度和粗骨料的下沉速度。慢，在相同的振动时间内，下沉距离短，稳定性和均匀性好。同时，由于高性能混凝土水灰比低，游离水少，加入超细粉，基本无泌水，水泥浆粘度大，离析较快。很少引起。3 、机械性能由于混凝土是一种异质材料，其强度受多

33、种因素影响。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加，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，可以大大降低混凝土单边耗水量。将矿物超细粉掺入高性能混凝土中，可以填补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。混凝土的强度包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、疲劳强度、粘结强度等。由于混凝土是异质材料，其强度受多种因素影响，但各种强度之间存在一定的关系，一般可以用抗压强度的关系来表示。高性能混凝土具有一定的强度和高抗渗性，但不一定是高强度，中低强度都可以。4.音量稳定性混凝土的体积稳定性是指混凝土在物理和化学作用下抵

34、抗变形的能力。高性能混凝土具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化初期应具有较低的水化热，在硬化后期应具有较小的收缩变形。高性能混凝土具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化初期应具有较低的水化热，在硬化后期应具有较小的收缩变形。5.经济高性能混凝土可以使其具有良好的经济性。高性能混凝土良好的耐久性能降低结构的维护成本，延长结构的使用寿命，获得良好的经济效益；高性能混凝土的高强度可以减小构件尺寸，减轻重量，增加使用空间； HPC效果好 性可以降低工人的工作强度，加快建设，降低成本。前人研究发现，用C110C137高性能混凝土代替C40C60混凝土，可节约钢材15 %25% ，节约水泥30%70% 。虽

35、然HPC本身的价格很高，但其出色的性能使其经济实惠。综上所述，高性能混凝土是能够更好地满足结构功能要求和施工工艺要求，并能最大限度地提高混凝土结构使用寿命和降低工程造价的混凝土。(3)高性能混凝土的水泥石显微组织根据质心假说，在亚中心体和亚介质的尺度上，未水化的水泥熟料颗粒（ H颗粒）属于亚中心质，水泥凝胶（L颗粒）属于亚介质，和属于负中心体的颗粒毛细孔组成水泥石。从强度上看，当孔隙率一定时，H/L颗粒的比值越大，水泥石的强度就越高；当H/L颗粒比达到最佳值后，水泥石的强度随着H/L颗粒比的增加而增加。增加和减少；水灰比越低，H/L比的最佳值越大。水泥只能在水灰比约为0.44的水泥浆中充分水化

36、，留下的毛细孔最少。随着水灰比降低，未水化水泥增加。可以看出，高性能混凝土中加入了大量产生良好效果的亚中心体和大中心体。即高性能混凝土中的H/L颗粒比远高于普通混凝土。在水灰比很低的高性能混凝土中，水泥石的孔隙率也很低。在一定的H/L颗粒比下，强度随着孔隙率的降低而增加。（4）高性能混凝土开发应用面临的问题高性能混凝土的应用也存在一些问题。在高性能混凝土原材料方面，我国水泥质量不稳定，分散性大；骨料方面，粗骨料质量差，含泥量大，级配较差。差，细骨料细度模数不理想；在外加剂和外加剂的选择上，还缺乏足够的适用性研究。高性能混凝土施工过程中，施工人员技术水平有限，维护措施不到位，使得HPC的密实度和

37、质量不稳定；在高性能混凝土的耐久性方面，由于高性能混凝土微管内水分的蒸发凝结和凝结引起的收缩，导致混凝土表面出现裂缝，不利于抗碳化， HPC的抗冻融循环和抗氯离子扩散。硬化后长时间在水中，水通过微管向底部扩散，未水化的水泥颗粒进一步水化，微膨胀也会使混凝土表面产生裂缝，为混凝土的渗透提供通道。各种有害介质，并让氯离子侵入，发生碱骨料反应，可能腐蚀钢筋；在高性能混凝土的设计中，由于高性能混凝土的后期强度不如普通混凝土高，而且其脆性大，应特别注意。同时，在高性能混凝土的研究中，目前的研究主要以实验室研究为主，但实验室情况与实际工况相差较大，不利于高性能混凝土的推广应用。 -未来的性能混凝土。3、高

38、性能混凝土质量与施工控制(1) 高性能混凝土原料及其选择1、细骨料细骨料应选用质地坚硬、洁净、级配良好的天然中粗河砂，其质量要求应符合普通混凝土砂石标准的要求。砂的厚度对混凝土的强度有显着影响。一般来说，沙子越粗，混凝土的强度就越高。制备C50 - C80混凝土砂应选用细度模数大于2.3的中砂，制备C80 - C100混凝土砂应选用细度模数大于2.6的中砂或粗砂。2.粗骨料高性能混凝土必须使用强度高、吸水率低、级配好的粗骨料。宜选用表面粗糙、形状棱角分明、针片含量低、级配符合规定要求的硬质砂岩、石灰岩、花岗岩和玄武岩碎石。由于高性能混凝土要求高强度，因此需要使粗骨料具有足够高的强度。一般粗骨料

39、的强度应为混凝土强度的115210倍或破碎指标值应控制在 10 % 。最大粒径不宜大于25mm 10mm，20mm因为粒度较小的粗骨料降低了其部位出现缺陷的概率，增加了与砂浆的粘结面积，界面力更均匀。此外，粗骨料还应注意骨料的颗粒类型、级配和岩石类型。一般采用连续级配，以级配好、表面粗糙的石灰石碎石为最佳。粗骨料的线膨胀系数应尽可能小，这样可以大大降低温度应力，提高混凝土的体积稳定性。3. 精细外加剂在配制高性能混凝土时，加入活性细外加剂可以大大提高水泥浆的流动性，充分填充空隙，提高硬化水泥石的强度。更重要的是，添加活性细外加剂改善了混凝土中水泥石与骨料的界面结构，提高了混凝土的强度、抗渗性和

40、耐久性。活性细外加剂是高性能混凝土的重要组成部分。高性能混凝土常用的活性细外加剂有硅灰（SF） 、矿渣粉（BFS） 、粉煤灰（FA） 、天然沸石粉（NZ）等。粉煤灰是燃煤锅炉排出的烟灰在热电厂。能有效提高混凝土的抗渗性，显着改善混凝土拌合物的和易性。混凝土中大量的粉煤灰也有利于环境保护和资源节约。重要的意义。制备高性能混凝土的粉煤灰应选用低碳、低细度、低需水量的优质粉煤灰。熔渣是高炉炼铁排出的熔渣在高温下快速水淬冷却而形成的。硅灰是电炉法生产硅铁合金时排放的烟灰。 SiO2含量大于90% ，平均粒径约0.11 m ，比表面积大于20,000 m2 / kg。在大剂量减水剂和强力搅拌的帮助下，可

41、以填充到水泥或其他外加剂的缝隙中，具有很高的活性。在各种外加剂中对混凝土的补强作用最为显着。混合物。4、减水剂和缓凝剂由于高性能混凝土强度高，而一般混凝土拌合物的坍落度大（约15-20厘米） ，在水胶比低（一般0.35）的情况下，需要用高跌幅。如果坍落度大，必须使用减水剂，减水率应在20 %以上。有时为了减少混凝土坍落度的损失，减水剂中还应掺入缓凝成分。另外，由于高性能混凝土的水胶比低，水泥颗粒间距小，能进入溶液的离子少，减水剂对水泥的适应性更敏感。 .由于高性能混凝土大多采用泵送施工，加入减水剂后的混凝土拌合物坍落度损失不宜过快或过大，否则会影响泵送。5. 矿物外加剂(1)粉煤灰，粉煤灰是从

42、燃烧煤粉的锅炉烟气中收集的细粉，又称“粉煤灰” ，其颗粒多为球形，表面光滑。大量实践证明，掺入粉煤灰的混凝土的长期使用性能可以得到很大的提高，对延长结构的使用寿命具有重要意义。粉煤灰在混凝土中的主要作用包括以下几个方面：将骨料颗粒的空隙填充并包裹起来，形成润滑层，产生“球润滑”效果； 物理分散水泥颗粒，使其分布更均匀；粉煤灰与聚集在骨料颗粒周围的氢氧化钙晶体之间产生具有胶凝性能的产物，强化了弱过渡区，对改善混凝土性能有显着作用；粉煤灰延缓水化速率，降低混凝土因水化热而引起的温升，对防止混凝土温度裂缝非常有利；可降低混凝土在温度下开裂的风险，同时由于加速火山灰反应可提高28d强度。值得注意的是，

43、粉煤灰的水泥替代率对强度有显着影响，早期强度和后期强度较好的水泥替代率应小于10% 。粉煤灰含量低时，仅影响水泥早期水化热，对7d水化热影响不大。（2）硅灰（简称SF ）又称硅灰，是从硅铁或硅钢等合金生产过程中排放的烟气中收集的一种极细粉尘。硅灰主要由非常微小的玻璃状球形颗粒组成，表面光滑，粒径为0.1m 1.0m ，是水泥粒径的1 / 50 1/100 ，一般比表面积为18500 / kg 20000 / kg，主要化学成分为二氧化硅，含量达90%以上。在混凝土中添加少量硅灰或用硅灰代替部分水泥，并结合减水剂的应用，可显着提高混凝土各方面的物理力学性能。 .的主要影响混凝土的性能：提高新拌混

44、凝土的凝聚力和保水性，增加需水量；提高混凝土强度，增加混凝土的弹性模量和干缩率；提高混凝土的耐久性。另外，在配制硅粉混凝土时，一定要注意：由于硅灰的需水量比水泥大，在配制硅灰混凝土时，一般需要添加减水剂。选择减水剂时，应与所用水泥相适应，否则易影响混凝土的工作性能。同时，应根据减水剂的性能和需求的减水要求选择合适的用量。比表面积和活性SiO2含量是硅灰的重要指标。硅灰的比表面积越大，活性SiO2含量越高，硅灰的性能越好。制备硅灰混凝土需要选择性能良好的硅灰。硅粉混凝土的干燥收缩率一般比普通混凝土大，配制高性能混凝土时应采取补偿收缩的措施，如添加粉煤灰。（2）配合比设计控制要点1、设计思路大相径

45、庭以前的配合比设计方法中，水灰比是根据混凝土的强度等级要求来计算的，现在是根据耐久性要求来计算的。控制与外加剂成比例的胶凝材料的最小用量。由于客运专线隧道衬砌和仰拱的设计强度等级为C30或C35 ，一般来说，为了满足电通量和水胶比限值的要求，混凝土的强度一般都超强。2、胶凝材料的用量和粉煤灰的比例在设计配合比参数时，为保证混凝土的耐久性，混凝土中胶凝材料的总量应在一个合适的范围内，不仅是最低要求，同时对于C30及以下混凝土，胶凝材料总量不宜过高400kg/m3 ， C35 C40不宜高于450kg/m3 。铁路客运专线大力提倡将粉煤灰、矿渣粉等矿物掺合料与普通硅酸盐水泥一起作为胶结材料使用。使

46、用粉煤灰等矿物外加剂不仅仅是为了降低混凝土的成本。一是混凝土耐久性的需要，特别是有效提高混凝土抵抗化学侵蚀（包括氯化物腐蚀、硫酸盐腐蚀、碱腐蚀、碱腐蚀等）的能力。聚合反应等）。国外大量研究表明，粉煤灰含量在20%以上时，提高混凝土耐久性的效果更好。更多的研究数据表明，飞灰的最高含量可达50%左右。 铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定中明确规定，一般情况下，矿物掺合料的用量不应低于胶凝材料总量的20%，大于30%时，混凝土的水胶比不应大于0.45。 .三、含气量要求对含气量的要求也是客运专线高性能混凝土与普通混凝土的重要区别之一。以往只有在有抗冻性要求时才考虑适当增加混凝土的含气量，这是对混凝土耐

47、久性规律认识不足的表现。事实上，在混凝土中加入适量的引气不仅可以提高抗冻性，还能显着减少混凝土的泌水，使水在混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。 .因此，客运专线规定，即使在配制不冻混凝土时，其含气量也不得低于2% ，是施工质量控制的强制性检验项目之一。为适当增加混凝土的含气量，获得较好的减水保塑效果，可采用新型聚羧酸减水剂。4. 电通量指标该指标是客运专线混凝土耐久性的最重要、最具体的指标。目前，我国还没有电通量测试的国家标准。铁路行业的电通量测试方法是根据美国ASTMC1202快速电量测量法制定的。测得的指标能最大程度地区分和评价混凝土的密度。度是影响混凝土耐久

48、性的最关键因素。过去，抗渗性多用于评价混凝土的密实度，但实践证明，抗渗性试验仅适用于判断强度等级较低的混凝土的密实度。当强度等级超过C30时，抗渗等级几乎可以达到P20以上。 ，进一步向下测试更难。这是用电通量指标代替抗渗指标作为混凝土耐久性控制的主要原因。混凝土的电通量主要取决于水胶比。该规律是通过大量实验得出的。一般水胶比小于0.5时，基本可以满足2000以下的电通量要求。水胶比小于0.45时，基本可以满足2000以下的电通量要求。不到1500。要求。(3) 高性能混凝土的施工控制1.搅拌混凝土原材料应严格按照施工配合比要求准确称量，称量最大允许偏差应满足以下要求（按重量计）：胶凝材料（水

49、泥、外加剂等） 1% ；外加剂 1% ;合计 2% ;混合水 1% 。混凝土搅拌宜采用水平轴、行星式或逆流强制式搅拌机，原料计量宜采用电子计量系统。搅拌时间不得少于2min，也不得超过3min 。在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的温度，以确保进入模具的混凝土温度符合规定。减水剂可以分批加入。方法是在混合物出机前加入一部分高效减水剂，然后在施工现场卸货前加入剩余的高效减水剂。配水后继续搅拌至少1min后出料。分步搅拌法有利于减少坍落度损失，特别是对于混凝土运输距离较长的项目。2. 运输应采取有效措施，保证混凝土在运输过程中保持均匀，各项性能指标波动不大。运输设备应采取保温

50、措施，防止局部混凝土温度升高（夏季）或冻结（冬季） 。应采取适当措施防止水分进入运输容器或蒸发。混凝土应在搅拌后 60 分钟泵送，并在初凝时间的 1/2之前泵送。所有混凝土应在初凝前浇筑。在交通拥堵和炎热天气等情况下，应采取特殊措施防止混凝土坍落度损失过大。3.浇注(1)混凝土入模前，应使用专用设备测量混凝土的温度、坍落度、含气量、水胶比、泌水率等工作性能；只能使用性能符合设计或配合比要求的混凝土。浇铸到模具中。混凝土入模温度一般应控制在5 30 (2)混凝土浇筑时的自由落体高度不得大于大于该高度2m时，2m应使用溜槽、绳、漏斗等设备辅助输送混凝土，确保混凝土不出现分层和隔离。(3)混凝土浇筑

51、应分层连续浇筑，间隙时间不得超过90min，不得随意留施工缝。(4)新浇混凝土与相邻硬化混凝土或土工介质的温差不得大于15 。4.振动_振动设备如插入式振动棒、附接板式振动器和平板式振动器可用于振动混凝土。振动时避免与模板、钢筋、预埋件碰撞。使用插入式振动器振捣混凝土时，应采用垂直点振法振捣混凝土。各点振动时间以表面有无飞溅或无大气泡为准，一般不超过30s，以免过振。如果需要改变振动器在混凝土混合料中的水平位置，应先将振动器垂直缓慢拉出，然后再移动到新的位置。不应将振动器放在混合物中。平拖。混凝土搅拌后，总是含有相当数量的气泡分散在骨料的空隙中。混合料放入模板时，由于粘度高，不能在自重作用下流

52、动，与先插入模板的混合料接触模板和钢筋，留下许多尺寸较大的形状。不规则空隙。抗震加固是关系工程质量的主要环节。混凝土振动法必须避免粗骨料与混凝土分离。单个骨料分离不一定有害，但粗骨料分离成桩会影响混凝土质量。在这种情况下，需要将粗骨料重新分散到混凝土中进行夯实，以避免出现蜂窝状空隙和麻点表面。振捣时，振捣棒应垂直等间隔插入，使整个周围混凝土均匀压实。振动间距一般不大于振动半径的1.5倍。为避免渗漏和振动，振动时间为混凝土停止下沉，表面平整无气泡，混凝土表面用木头摩擦。振动时应避免振动棒与模板、钢筋等预制件发生碰撞。5. 维护养护是指在混凝土拌合物压实成型后，为保证水泥能正常完成早期水化反应，从

53、而获得预定的物理力学性能和耐久性而采取的过程控制措施。养护是获得优质混凝土的关键工序之一。当表层混凝土迅速干燥至相对湿度低于75%时，水泥的水化停止，混凝土的各种性能受到破坏。做好混凝土造型压延和覆盖浇水养护，防止混凝土出现裂缝。养护一般用稻草帘或麻袋覆盖，经常浇水保持湿润。固化时间取决于水泥的类型和温度。养护期前三天，白天每2小时浇一次水，晚上至少浇水2次，以后每天每晚至少浇水4次，干雨天适当增减。大体积混凝土的养护，按照大体积混凝土专项研究确定的方案进行。高性能混凝土早期强度提高较快，一般3天达到设计强度的60%，7天达到设计强度的80% 。因此，混凝土的早期养护显得尤为重要。通常混凝土浇

54、筑后，主要采用模具养护，并辅以浇水养护，保持混凝土表面湿润。维护时间不少于14天。6 、质量检验控制除了在施工前对原材料进行严格的质量检查外，在混凝土施工过程中还应检查和控制以下混凝土指标：混凝土配合比：水胶比、坍落度、含气量、入模温度、泌水率、均匀度等。硬化混凝土：标准养护试件的抗压强度、相同条件下养护试件的抗压强度、抗渗性、电通量等。混凝土也是一种产品，具体工程有一定的质量要求。由于混凝土是一种异质材料，其成分和质量差异很大，因此整个过程的质量控制对混凝土的性能非常重要。混凝土质量控制的最终目标是获得质量均匀、体积稳定、经久耐用、符合设计强度、经济的混凝土。为获得如此优质的混凝土，混合物必

55、须具有良好的工作性能，易于搅拌、运输、浇注、振动和压实，填充模型，并且始终均匀。因此，混合物质量控制的目标是具有足够的流动性、体积稳定性和施工条件所需的最低温度应力。高性能混凝土混合料的要求：流动性坍落度在170mm以上，坍落度在430mm以上（非振动混合料的坍落度在240-270mm，坍落度在550-700mm之间）；体积稳定性不偏析、不渗色、表观密度稳定；温度应力浇注混凝土外部温差不高于25，浇注时混合物温度夏季不高于35，冬季不低于12。与普通混凝土相比， HPC的生产和施工不需要特殊的工艺，但HPC对普通混凝土在过程中不敏感的因素非常敏感，因此需要严格的控制和管理。尤其是在现场施工时，

56、包括试拌、原料管理、搅拌、浇注、振动成型、脱模和维护等，都需要重点强调。四、高性能混凝土的特点(1) 高耐久性高性能混凝土的重要特点是其高耐久性，而耐久性取决于抗渗性；抗渗性与水泥石的密实度和混凝土中的界面结构有关。混凝土的耐久性主要取决于其渗透性。在这方面，高强混凝土应称为高性能混凝土，但如果不控制裂缝的产生和发展，就会丧失其优势。众所周知，随着强度的增加，大多数结构材料如钢材、砖石和混凝土的塑性相应降低。如果不考虑这个因素，就会出现更多的脆性结构。由于在高性能混凝土中添加了高效减水剂，其水胶比很低（ 0.138 ），且水泥充分水化后，混凝土中没有多余的毛细水，毛孔很精致。孔隙率低；此外，在

57、高性能混凝土中加入矿物超微粉后，混凝土中骨料与水泥石界面过渡区的孔隙率显着降低，矿物超微粉的加入也可以降低孔隙率。水泥石的孔隙结构得到改善， 100 m的孔隙含量显着降低。矿物超细粉的加入也大大提高了混凝土的早期抗裂性能。上述措施可有效提高混凝土的抗冻融、中和、碱-骨料反应、硫酸盐腐蚀等酸、盐腐蚀的性能。高性能混凝土良好的耐久性来源于高性能混凝土水泥石的结构特性、孔隙结构和界面。混凝土的强度和体积稳定性是由水泥石的亚微观结构决定的。消除或减少水泥石中的应变量100mm以上有害气孔，使水泥石的孔隙结构不会对混凝土的性能和基材的强度产生负面影响。由于人们以强度为常数来衡量混凝土的水平和质量，从设计

58、到混凝土生产再到施工，混凝土的强度往往是逐层增加的，没有达到实际工程的要求。大多数项目需要中等强度等级的混凝土，例如C30 和 C40。正如吴忠伟所讨论的： “如果强调高性能混凝土必须在C50以上，势必会大大限制高性能混凝土的应用。低层、多层等大量钢筋混凝土建筑与高层建筑的上部构件配合使用，如海洋工程、水利工程，特别是在不利环境中，结构大体积混凝土等，对强度要求不高， .但要求很高为了耐久性， .高性能混凝土不仅强度高，而且包括所有强度水平. ”(2) 工作性能高高性能混凝土具有良好的流变性能、高流动性、不泌水、不离析，在正常施工条件下能保证混凝土结构的密实性和均匀性。自流式密实混凝土也可用于

59、钢筋密集的地方，以保证该部位的密实性，可减轻施工劳动强度，节约施工能耗。(3) 抗冻性抗冻性可以间接反映混凝土抵抗外界有害介质侵蚀的能力，被认为是混凝土耐久性的指标之一。普通混凝土可以通过添加引气剂在硬化混凝土中形成微泡，从而获得必要的抗冻、冰盐侵蚀的能力，但是在高性能混凝土中，微泡的强度会降低，所以一般不使用引气剂。试验表明，当水胶比小于0.3，并加入适量的细磨矿物外加剂，可以改善界面。结构得到良好改善的无引气剂高性能混凝土的抗冻性比加有引气剂的混凝土好得多。(4) 不渗透性高性能混凝土具有高密实度和良好的抗渗性。 AASHTO T277和ASM C1202的直流法不能用现行的压力-渗透法评

60、价高性能混凝土的抗渗性能。将直径100mm、高50mm的圆柱形混凝土试件在真空条件下浸泡加热，两侧分别安装在两个带铜网电极的试验箱中，加入0.3mol的NaOH溶液，放入3%的NaCl溶液在带负极的试验箱中，测量60V电压下通电6h的电量，其评价范围见表1。表 1 混凝土渗透性与通过混凝土的电的关系通过凝固地球的电混凝土渗透性混凝土类型4000高的W/C0.6的普通混凝土2000 4000中间W/C=0.40.61的普通混凝土10002000低的W/C 0.4的普通混凝土100 到 1000非常低改性乳胶混凝土100可忽略的聚合物混凝土从上表来看，高性能混凝土属于后两类，其抗渗性非常好。(5)