高性能混凝土的研究和应用现状
摘要：高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC) 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。 本文主要阐述了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在国内外的研究与发展现状。同时，还阐明了高性能混凝土的特性，列举了高性能混凝土在国内外研究应用中的重要成果。最后，指出了高性能混凝土研究与发展中的一些问题。
关键词：高性能混凝土 定义 应用现状
Status of research and application of high
performance concrete
Abstract: High performance concrete (High Performance Concrete, HPC) due to its high
durability, high workability, high strength and high volume stability and many other fine features, is considered the world's most comprehensive performance of concrete, has been adopted in many important projects, especially in high-rise building, bridge, harbor construction engineering.
This paper mainly expounds the understanding and definition of high performance concrete at home and abroad, and introduces the current research and development of high performance concrete at home and abroad. At the same time, also shows the characteristics of high performance concrete, the high-performance concrete in the domestic and foreign research achievements in the application of. Finally, it points out some problems in there search and development of high performance concrete.
Keywords: High performance concrete Definition Application status
1. 前言
高性能混凝土（High Performance Concrete，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。
2. 高性能混凝土的定义
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（ACI）首次提出了高性能混凝土的概念。但是，到目前为止，各国对高性能混凝土提出的要求和涵义不完全相同。
美国工程技术人员认为：高性能混凝土是一种易于浇筑、捣实、不离析，能长期保持高强、韧性与体积稳定性，在严酷环境下使用寿命长的混凝土。美国混凝土协会认为：此种混凝土并不一定需要很高的混凝土抗压强度，但需达到55MPa以上，需要很高的抗化学腐蚀性
1
或其它一些性能。
日本的工程技术人员则认为，高性能混凝土是一种具有高填充能力的混凝土，在新拌阶段不需要振捣就能完成浇筑；在水化、硬化的早期阶段很少产生由于水化热或干缩等因素而形成的裂缝；在硬化后具有足够的强度和耐久性。
综合各国对高性能混凝土的要求，可以认为，高性能混凝土具有高抗渗性（高耐久性的关键性能)；高体积稳定性（低干缩、低徐变、低温度变形和高弹性模量）；适当的高抗压强度；良好的施工性（高流动性、高黏聚性、自密实性）。
我国《高性能混凝土应用技术规程》（CECS 207—2006）将高性能混凝土定义为：采用常规材料和工艺生产，具有混凝土结构所要求的各项力学性能，且具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。
3. 高性能混凝土的研究开发现状和工程应用实例
高性能混凝土作为一种新的建筑材料，其耐久性为普通混凝土耐久性的两倍以上，可增加混凝土结构安全使用寿命，减少造成修补或拆除的浪费和建筑垃圾；可大量利用工业副产品和废弃物，尽量减少自然资源和能源的消耗，减少对环境的污染；收缩徐变小，适合建造高效预应力结构；高性能混凝土适用于高层、大跨、大体积、长跨桥梁、海底隧道、高速公路及严酷环境中使用的结构物，如核反应堆、海上结构和处于有腐蚀性介质环境的结构等的建筑和修补。其他用于特殊用途的智能高性能混凝土更有着其独特的、其他混凝土难以替代的优势。
正因为高性能混凝土具有以上诸多优越性能，自从产生以来，便大放异彩，世界各国对其研究和应用势头的发展十分迅猛。 3.1 HPC在国外的研究应用现状
1986～1993，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，并建立了示范工程。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”，投入研究经费550万美元。法国修建的3座高性能混凝土的斜拉桥一佩尔蒂大桥以及最近建设的埃洛恩河大桥和诺曼底大桥也都使用了高性能混凝土。 日本不仅应用超高强高性能混凝土住宅，而且用其制造预应力混凝土桥梁、预应力混凝土柱、桁架、管、电杆等。日本在80年代后期研制开发高性能混凝土时，尤其重视混凝土的施工性能，特别是高流动性，要求浇筑混凝土后不振或微振。日本采用免振自密实混凝土超过800000m3。日本自成型混凝土的发展是实现混凝土浇筑质量控制的重要一步。这种流动性混凝土远距离泵送而不离析的特性减轻了混凝土的运输、浇筑和成型过程的人工操作。如今日本已研制出使用寿命在500年以上的超高耐久性混凝土。 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各大州政府也致力于高性能混凝土的推广和应用。在纽约州已建成了100多座具有高性能混凝土桥面的桥梁。在华盛顿州，公路部门正在制定高性能混凝土梁的标准。
目前德国现行的混凝土结构设计规范已达C110级，强度等级为当今世界之最。挪威皇家科技研究院的科学与工程研究基金持续资助高强混凝土和高性能混凝土的研究。丹麦的大贝尔特工程是一座大型的隧道与桥梁连接结构，规定的设计使用寿命为100年。国外的这些抗议应用高性能混凝土的历程，对我们很有启发的参考价值。 3.2 HPC在国内的研究应用状况
1992年，吴中伟首次将高性能混凝土介绍到国内。近年来，我国高性能混凝土的研究、应用发展较快。我国是生产和使用混凝土的大国，混凝土的质量在不断地提高，涉足高性能混凝土的研究和应用还是近10年的事。随着高性能混凝土的优越性不断地得到认可，混凝
2
土应用技术的进步，城市建设速度的加快，高性能混凝土获得了迅速发展。 高性能混凝土在实际工程中获得了越来越广泛的应用，尤其是在高层建筑、大跨度桥梁、海上采油平台、矿井工程、海港码头等工程中的应用日益增多。例如：上海金茂大厦（C60）、北京静安中心大厦（C80）、辽宁物产大厦（C80）、南京希尔顿国际大酒店（C30和C50）、长春国际商贸城（C55）、广州虎门大桥（C50）、上海杨浦大桥（C50）等都是应用的典范。 全国很多研究单位已经研制出普通泵送高性能混凝土、大掺量粉煤灰高性能混凝土、高流态自密实高性能混凝土、纤维增加高性能混凝土、轻骨料高性能混凝土、水下不分散高性能混凝土港工与海工高性能混凝土、高抛纤维高性能混凝土等等，研制出C30-C80的各种强度等级的高性能混凝土和完备的混凝土耐久性检测设备，以及掌握了配套的施工成套技术和各种混凝土耐久性检测技术等。其中具有优异耐久性的C30高性能混凝土即将在地质条件复杂的深圳地铁工程中大规模使用。
据《山西日报》报道，一种掺入大量粉煤灰的“高流态混凝土简捷控调工艺”日前由山西大学吴世勇高级工程师主持研制成功，并通过了专家鉴定。“高流态混凝土简捷调控工艺”在不改变常规施工工艺的情况下，在高层框架结构中进行了坍落度大于220mm的高流态混凝土施工，具有良好的流动性、高分离性、间隙通过性和填充性。由于该工艺在混凝土中大量掺合了粉煤灰，减少了污染。同时施工时无噪音，不扰民，环境效益好，而被称作“绿色高性能混凝土工艺”。
最近，又有上海攻克高性能混凝土“寿命”可达100年的报道，这种混凝土已用于东海大桥。广州省科技厅主持召开的一项新成果“抗盐污染高性能配制成套技术研究”，经过专家多方面的科学论证，通过鉴定。此外，在高性能混凝土技术规程中混凝土强度等级已到C100。
3.3目前我国HPC研究和应用存在的问题 一方面是对性能的研究：（1）自干燥引起的自收缩；（2）脆性；（3）矿物微细粉的科学分类和品质标准及其与混凝土外加剂之间的相容性；（4）高性能混凝土多组分复合材料的复合化超叠加效应；（5）高强高性能混凝土的韧性。此外，现行规范在实验室制作的小试件，以撞化的条件和强制的过程进行的“耐久性”试验结果又同该混凝土在实际结构中的表现不一致。
另一方面是工程应用。若仅将HPC用于大跨度桥梁、高层建筑的下层柱及某些要求高强度、高性能的构件与部位，不仅大大限制了HPC的扩大使用，而且其诸多优势性能，尤其是现在所大为提倡的绿色优势的发挥亦是相当有限的，这于国家要大力发展和推广“节能与绿色建筑”更是不相符。
4. 结语
HPC诞生时间虽短、各国研究有限，尚无统一标准和结论，但因其自身优异的性能，已得到迅速发展和一定范围的应用。今后，必须加强对HPC及其结构性能进行系统研究,完善理论体系，制定相关规范和文件，总结应用经验，优化使用方法，提高使用的有效性和可靠性。那么，HPC定能克服现存不足和问题，向更加高效、环保和经济的方向发展，走优质、低耗、高效、可持续发展之路，必将成为混凝土工程的主导材料，在工程实践中得到更为广泛的应用。
3
参考文献：
[1]冯乃谦.高性能混凝土结构[M].北京:机械工业出版社,2004. [2]刘国忠.高性能混凝土的应用与发展[M].河南:河南建材,2007.
[3]初少凤,施养杭.高性能混凝土的研究现状与应用前景[M].福建:低温建筑技术,2007.
[4]夏靖华.发展高性能混凝土[J].特种结构,1997.
[5]冯乃谦.高性能混凝土的发展与应用[J].广东建设信息,2003.
[6]杨占印,曹德光.高性能混凝土的发展现状及应用探讨[J].建筑技术开发,2004. [7]李崇智,冯乃谦.现代高性能混凝土的研究与发展[J],2003. [8]俞瑞堂.高性能混凝土的发展与展望[J].水利水电工程设计,1997. [9]陈肇元.高强与高性能混凝土的发展与应用[J].土木工程学报,1999. [10]吴中伟.绿色高性能混凝土-混凝土的发展方向[J].混凝土与水泥制品,1998. [11]湖南大学,天津大学等合编.土木工程材料.高性能混凝土.中国建筑工业出版社.2013.
[12]Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics.2011.02期
4