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2017-06-08

高性能混凝土發展現況



高性能混凝土(High performance concrete,簡稱HPC)是一種新型高技術混凝土,是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上採用現代混凝土技術製作的混凝土。

簡介
它以耐久性作為設計的主要指標,針對不同用途要求,對下列性能重點予以保證:耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩定性和經濟性。為此,高性能混凝土在配置上的特點是採用低水膠比,選用優質原材料,且必須摻加足夠數量的摻合料(礦物細摻料)和高效外加劑。[1]

定義
1950年5月美國國家標準與技術研究院(NIST)和美國混凝土協會(ACI)首次提出高性能混凝土的概念。但是到目前為止,各國對高性能混凝土提出的要求和涵義完全不同。
美國的工程技術人員認為:高性能混凝土是一種易於澆注、搗實、不離析,能長期保持高強、韌性與體積穩定性,在嚴酷環境下使用壽命長的混凝土。美國混凝土協會認為:此種混凝土並不一定需要很高的混凝土抗壓強度,但仍需達到55MPa以上,需要具有很高的抗化學腐蝕性或其他一些性能。

日本工程技術人員則認為,高性能混凝土是一種具有高填充能力的的混凝土,在新拌階段不需要振搗就能完善澆注;在水化、硬化的早期階段很少產生有水化熱或乾縮等因素而形成的裂縫;在硬化後具有足夠的強度和耐久性。

加拿大的工程技術人員認為,高性能混凝土是一種具有高彈性模量、高密度、低滲透性和高抗腐蝕能力的混凝土。

綜合各國對高性能混凝土的要求,可以認為,高性能混凝土具有高抗滲性(高耐久性的關鍵性能);高體積穩定性(低乾縮、低徐變、低溫度變形和高彈性模量);適當的高抗壓強度;良好的施工性(高流動性、高粘聚性、自密實性)。
中國在《高性能混凝土應用技術規程》(CECS207-2006)對高性能混凝土定義為:採用常規材料和工藝生產,具有混凝土結構所要求各項力學性能,具有高耐久性、高工作性和高體積穩定性的混凝土。

特性
自密實性
高性能混凝土的用水量較低,流動性好,抗離析性高,從而具有較優異的填充性。因此,配好恰當的大流動性高性能混凝土有較好的自密實性。

體積穩定性
高性能混凝土的體積穩定性較高,表現為具有高彈性模量、低收縮與徐變、低溫度變形。普通混凝土的彈性模量為20~25GPa,採用適宜的材料與配合比的高性能混凝土,其彈性模可達40~50GPa。採用高彈性模量、高強度的粗集料並降低混凝土中水泥漿體的含量,選用合理的配合比配製的高性能混凝土,90天齡期的干縮值低於0.04%。

強度
高性能混凝土的抗壓強度已超過200MPa。28d平均強度介於100~120MPa的高性能混凝土,已在工程中應用。高性能混凝土抗拉強度與抗壓強度值比較高強混凝土有明顯增加,高性能混凝土的早期強度發展加快,而後期強度的增長率卻低於普通強度混凝土。

水化熱
由於高性能混凝土的水灰比較低,會較早的終止水化反應,因此,水化熱相應的降低。
收縮和徐變

高性能混凝土的總收縮量與其強度成反比,強度越高總收縮量越小。但高性能混凝土的早期收縮率,隨著早期強度的提高而增大。相對濕度和環境溫度,仍然是影響高性能混凝土收縮性能的兩個主要因素。

高性能混凝土的徐變變形顯著低於普通混凝土,高性能混凝土與普通強度混凝土相比較,高性能混凝土的徐變總量(基本徐變與乾燥徐變之和)有顯著減少。在徐變總量中,乾燥徐變值的減少更為顯著,基本徐變僅略有一些降低。而乾燥徐變與基本徐變的比值,則隨著混凝土強度的增加而降低。
耐久性

高性能混凝土除通常的抗凍性、抗滲性明顯高於普通混凝土之外,高性能混凝土的Clˉ滲透率,明顯低於普通混凝土。高性能混凝土由於具有較高的密實性和抗滲性,因此,其抗化學腐蝕性能顯著優於普通強度混凝土。

耐火性
高性能混凝土在高溫作用下,會產生爆裂、剝落。由於混凝土的高密實度使自由水不易很快地從毛細孔中排出,再受高溫時其內部形成的蒸汽壓力幾乎可達到飽和蒸汽壓力。在300°C溫度下,蒸汽壓力可達8MPa,而在350°C溫度下,蒸汽壓力可達17MPa,這樣的內部壓力可使混凝土中產生5MPa拉伸應力,使混凝土發生爆炸性剝蝕和脫落。因此高性能混凝土的耐高溫性能是一個值得重視的問題。為克服這一性能缺陷,可在高性能和高強度混凝土中摻入有機纖維,在高溫下混凝土中的纖維能熔解、揮發,形成許多連通的孔隙,使高溫作用產生的蒸汽壓力得以釋放,從而改善高性能混凝土的耐高溫性能。

概括起來說,高性能混凝土就是能更好地滿足結構功能要求和施工工藝要求的混凝土,能最大限度地延長混凝土結構的使用年限,降低工程造價。

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