《混凝土外加剂原理与应用》报告

1、高性能混凝土论文混凝土外加剂原理与应用报告学 院 专 业: 班 级:姓 名: 学 号:任课老师 :高性能混凝土的发展进程及展望摘要 : 高性能混凝土是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，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。关键词 : 高性能混凝土; 展望 ; 性能 ; 发展 ; 绿色 High performance concrete isin the late 1980s a

2、nd early ,90 s, some developed countries based on the durability of concrete structure design of a new concept of concrete, it is primarily to the durability design index, different from traditional concrete, since high performance concrete with high durability, high workability, high strength and h

3、igh volume stability of many good features, has been adopted in many important projects. In this paper, the technical performance of high performance concrete, the applicationof both at home and abroad and its development trend is presented andanalyzed.Key words: high performance concrete; Look forw

4、ard to; Performance;Development; green一、高性能混凝土的定义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 高性能出现至今也就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，对高性能混凝土给出了不同的定义和解释。一般认为高性能混凝土是指用常规的硅酸盐或普通硅酸盐水泥、砂石等做原材料，使用常规制作工艺，主要依靠高效减水剂和活性矿物掺合料配制的水泥混凝土。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 :

5、 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。美国的 P K Mehta 认为 : 高性能混凝土不仅要求高强度，还应具有高耐久 性，且耐久性应当放在高性能混凝土的首位，同时具有高体积稳定性（ 高弹性模量、低干缩率、低徐变和低的温度应变） 、高抗渗性及高工作性。法国的 Malier 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

6、路等重要的混凝土建筑结构中。日本的小泽一雅和冈村甫认为 : 高性能混凝土应具有高工作性 （ 高的流动性、粘聚性与可浇筑性） 、低温升、低干缩率、高抗渗性和足够的强度。他们强调高性能混凝土首先应具备高工作性，甚至要达到免振捣，即自流平的状态。日本的 Sarkar 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性） 、高抗渗性，属于水胶比很低的混凝土家族。加拿大 Pierr-Claude 和 Adam Neville 于 1993年提出 : 高性能混凝土除比普通混凝土抗压强度高以外，还具有高弹性模量、高密实性能、低渗透性以及

7、能抵御多种形式侵蚀的性能; 特别适用于高层建筑、桥梁及暴露在恶劣环境中的结构。以美国弗吉尼亚州交通研究院的 C Ozyildirim 为代表强调 : 用于交通设施的高性能混凝土最重要的性能是低渗透性与高早期强度，在一些特殊设施中还要求较高的极限强度（40,60MPa） 。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

8、、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。黄大能教授认为 : 高性能混凝土应具有适当的高强性能，但必须有良好的耐久性，能抵抗各种化学侵蚀作用，体积稳定性好。综合以上观点，我们可以看出，大家公认高性能混凝土应具有高耐久性。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

9、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）但为了彳证这一 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。二、高性能

10、混凝土的特点 :高工作度，这是工业化泵送施工的条件，一般坍落度应达到20?2cmi而且不产生过多的泌水。良好的物理力学性能，高性能混凝土应具有较高的强度和体积稳定性。长期的耐久性，这是高性能混凝土最重要的性能指标。高性能混凝土应具有上百年而不是普通混凝土40,50 年的使用寿命。三、高性能混凝土实现的技术要点低的水胶比，在保证工作度的情况下尽可能减少水的用量。使用高效减水剂以保证在水胶比比较低，胶结材料用量不多的情况下大的工作度。选择高质量的骨料，高性能混凝土对骨料的颗粒级配和粒径有着更严格的要求，要求细骨料应选用洁净的砂子，粗骨料应是高强、低吸水性的碎石。掺入活性矿物材料。掺入活性矿物材料可

11、以带来很多益处:? 改善新拌混凝土的工作度。?降低混凝土硬化初期的水化热，减少了温度裂缝。?活性矿物材料与水泥水化产物Ca（OH）2起火山灰反应，使硬化水泥浆C135混凝土（1988年）美国芝加哥水塔大厦C75混凝土（1975年）美国纽约Trump塔楼C65混凝土（1981年）加拿大多伦多Nova Scotia广场中心大厦C80混凝土（1987 年） 日本明石海峡大桥C40 混凝土 （1988 年）进入 20 世纪 90 年代以后，高性能混凝土的研究开发与推广应用快速发展，世界各国均对此予以高度重视。1986年,1993 年，法国由政府组织包括政府研究机构、高等院校、建筑公司等23 个单位开展

12、了“混凝土新方法”的研究项目，进行高性能混凝土的研究，并建成了示范工程。如 Joigny 城一座三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C70;又如Civaux核电站2号反应堆预应力混凝土安全壳，高85m,直径44m混凝土强度等级为C70,其水泥用量只有240kg/m 3 ,却有很高的气密性 ; 再如英吉利海峡隧道衬里，由于设计寿命为 120 年，配制了水灰比为0.35,0.32 ,水泥用量为400kg/m3的混凝土，抗压强度为63MPa渗透系数极低（K=1.4X 10-13 m/s）。1996年，法国公共工程部、教育与研究部又组织了为期4年的国家研究项目“高性能混凝土2000

13、”，投入研究经费550万美元，对高性能混凝土材料设计、耐久性及工程性能进行广泛的研究。1988,1993 年进行了一项综合开发计划“钢筋混凝土结构建筑物的超轻质、超高层化技术的开发(简称“新RC计划)，该计划研究内容涉及到了有关高性能混凝土的高工作性、高强度等方面，获得大量的科研成果，并在工程中获得了试验验证与工程应用。挪威皇家科技研究院的科学与工程研究基金(SINEF) 持续资助高强混凝土和高性能混凝土的研究。瑞典 1991 年,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。加拿大于 1990 年启动“优质混凝土科研网”，这是由该国政府提供科研基金(2.4

14、亿加元 ) 的一项国家重大科研项目，集中了 7所大学和两家公司的科研力量，经过 8 年努力，在高性能混凝土及活性粉末混凝土领域取得了举世瞩目的成果，并制定了有关高性能混凝土的规范。美国在高性能混凝土研究应用方面成果丰富。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，并决定在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研究机构，都一直投入大量经费来资助高强混凝土和高性能混凝土的研究开发，例如NSF以每年200万美元的经费定

15、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进行研究。1999年，美国NIST的建筑与防水研究试验室(BFRL)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 (Partnership for High PerformanceConcrete Technology) ”，由工业界四个大企业和国家预拌混凝土协会、波特兰水泥协会合作，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。英国、西班牙、德国、澳大利亚、波兰等国也纷纷组织专门机构对高性能混凝土进行研究。近年来，我国高强混凝土与高性能混凝土的研究、应用在有限的经费支持下发展

16、也较快。清华大学于 1992 年开始进行有关高性能混凝土的研究，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

17、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 382 5m 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。五、绿色高性能混凝土研发绿色高性能混凝土的必要性1990年美国首先提出了

18、高性能混凝土,得到了世界各国和专家的认可, 法国政府 组织包括政府研究机构、高等院校、建筑公司等单位开展了高性能混凝土的研究。1996年,法国公共工程部和教育与研究部又组织了为期 4年的国家研究项目“高性能混凝土 2000, 投人了 600万美元作为研究经费。 1994年, 美国联邦政府16个机构联合提出了一个在基础设施施工中应用高性能混凝土的决议, 并决定在 10 年投资 2 亿美元进行研究。绿色是绿色环保, 人类社会越发展, 对绿色环保的要求越迫切。国外有位学者写一篇综述, 题为“昨天和今天的水泥, 明天的混凝土” , 文中指出 21 世纪水泥工业应改名为水硬性胶凝材料工业, 而且应是一种

19、绿色工业。水泥和混凝土堪称为世界上耗用量最大的材料, 在我国尤其如此。我国人多地少, 资源缺乏 ,同时也是世界上能源消耗的大国 , 以水泥和混凝土为例 , 我国水泥的年产量大约 9 亿吨，占世界水泥产量的三分之一，混凝土产量约12亿m3,世界混凝土年产量大约30亿m3,混凝土的大量使用，需要大量水泥，水泥的生产又极大地影响了环境，直接影响子孙后代的生活, 所以绿色高性能的发展是事在必行。绿色高性能混凝土的研究及使用 , 即保护了环境, 又提高了混凝土的性能。以粉煤灰为例 , 现已研发与使用的绿色高性能混凝土, 绝大部分把粉煤灰作主要掺料, 粉煤灰是工业废料, 如不很好利用,会对环境造成二次污染

20、, 在绿色高性能混凝土中采用粉煤灰 , 即解决了二次污染,又降低了混凝土的成本, 同时提高了混凝土的性能 , 主要表现在提高了混凝土的耐久性和工作性。混凝土的评价已由高强度转为高性能, 高性能中耐久性是一个主要的评定标准, 混凝土不是一劳永逸的材料, 它也是随时间的增长、环境的影响和使用情况直接影响其使用寿命, 一些发达国家面临这个问题 , 我们国家也面临同样的问题。 1991 年美国在提交国会国家公路与桥梁现状的报告中指出 , 为了修理或更换现已存在缺陷的桥梁, 需投资 91 亿美元如拖延维护进程, 费用将增至1310 亿美元 , 美国每年用于混凝土维修的费用大约 300 亿美元。我国是发展

21、中国家,在工程建设中基本没有维修费用 , 工程费用主要在新建工程, 建国以来 , 五、六十年代的工程量大, 经过几十年的使用 , 可以说需维修的工程量肯定也是巨大的 , 费用是惊人的 , 因此 , 站在历史的角度, 站在发展的角度, 研究混凝土高性能的意义巨大。绿色高性能混凝土的可行性绿色高性能混凝土是混凝土发展的方向 , 是我国国情的需要, 是建筑工程发展的需要 , 是为了子孙后代造福的需要, 2005 年建设部发布了关于进一步做好建筑业10项新技术推广应用的通知 （建质2005 ）26 号）文件中第 2 项既是“高性能混凝土技术”。建设部部长汪光熹在第 2 届国际智能绿色节能大会上表示 :

22、 中国将大力开展科技创新以支援和促进行业发展, 将对既有建筑节能改造成套技术, 低能耗大型公关建筑技术等加快技术公关 , 推动以节能、节地、节水、节材和环保为核心的建筑技术发展, 逐步提高绿色建筑比重。因此, 研发绿色高性能混凝土体现科学发展观, 是利国利民, 惠及子孙之事。上述这些都为绿色高性能混凝土的研究与应用打下了良好的基础。绿色高性能混凝土的发展1997 年 3 月的“高强与高性能混凝土”会议上 , 吴中伟院士首次出“绿色高性能混凝土（GHPC） ”的概念,并指出：GHPC是混凝土的发展方向,更是混凝土的未来。提高混凝土的绿色度, 可以节约更多的资源与能源, 将对环境的破坏减到最小。人

23、类已经进入 21 世纪 , 混凝土应该更多地掺加工业废渣掺和料, 更多地节约水泥, 有更高的强度和耐久性。高性能混凝土 （HPC）具有下列特征：（1）更多地节约熟料水泥,降低能耗与环境污染;（2） 更多地掺加工业废料为主的细掺料;（3） 更大地发挥混凝土的高性能优势, 减少水泥与混凝土的用量。因此, 高性能混凝土本身就可成为绿色混凝土。事实上, 许多工程如大体积水工建筑、基础等对强度要求不高 , 但对耐久性、工作性、体积稳定性、低水化热等有很高要求，都应采用HPC例如日本跨海明石大桥基墩混凝土（50万m3戌求高耐久性、高抗冲刷性与低升温,而强度只要求20MPa使用的就是掺加了复合外加剂与复合细掺料的HPC由此可见,高性能混凝土并不一定强调高强 , 我国目前也己完