高性能混凝土技术发展的一些动态和问题

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高性能混凝土是近期混凝土技术发展的主要方向，国外学者曾称之为21世纪混凝土。挪威于1986年首次对其进行研究，并于1990年在由美国国家标准与技术研究所(NIST)和美国混凝土协会(ACI)共同主办的研讨会上正式命名。高性能混凝土因其综合优异的技术特性，引起了国内外材料界和工程界的广泛关注和重视。十多年来，世界上许多国家都在这方面投入了大量的人力、财力和物力进行研究、开发和应用，使高性能混凝土技术取得了长足的进步。在原材料选择、配合比设计、物理力学性能、耐久性、和易性、结构性能和应用技术等方面取得了既有理论依据又有实用价值的科技成果。内容之丰富，单篇文章难以枚举。本文仅根据国外技术文献和个人知识，简要介绍高性能混凝土与高强混凝土的区别，高性能混凝土性能存在的问题及改善途径，以及高性能混凝土的新发展——免振捣自密实混凝土。
2高性能混凝土不同于高强混凝土
高性能混凝土可以看作是高强混凝土的发展和提高，也可以说是高强混凝土的进一步提高。近年来，在配制高强混凝土时，除了高效减水剂外，还经常加入一些活性磨细矿物掺合料，这些掺合料与高性能混凝土的成分类似。而且在一些国家早期发表的文献报道中已经提到“高性能混凝土不需要很高的混凝土抗压强度，但仍需达到55 MPa(8000 psi)以上”。迄今为止，国内外一些学者仍然混淆了高性能混凝土和高强混凝土的概念。在一些欧洲国家，高性能混凝土通常与高强混凝土(HPC/HSC)结合使用。
高强混凝土只是用来表征或确定什么是普通混凝土，什么是高强混凝土，什么是超高强混凝土，其强度指标是随着混凝土技术的进步而不断变化和提高的。然而，高性能混凝土由于其多样化的技术性能，如良好的工作性(和易性)、体积稳定性、耐久性、物理力学性能等，很难用量化的性能指标来定义混凝土。
不同国家和学者对高性能混凝土的理解、实践、适用范围和目的要求不同，提出了不同的解释和定义，对性能特征也各有侧重。1990年，NIST和ACI在命名高能混凝土时，提出了一个定义:高性能混凝土是具有一定性能要求的均质混凝土，必须采用严格的施工工艺，采用优质材料、易浇筑、不离析、力学性能稳定、早期强度高、韧性和体积稳定性好等耐久性混凝土。，特别适用于暴露在恶劣环境中的高层建筑、桥梁和建筑结构。近年来，美国混凝土学会给出了一个简明的定义:“高性能混凝土是一种能满足特殊性能综合和均匀性要求的混凝土。这种混凝土是常规的混凝土组分材料和搅拌、浇筑、养护的普通做法无法得到的。”
高强混凝土与高性能混凝土混合使用不仅是一个定义的问题，更是一个值得探讨的问题:
(1)高强混凝土必须具有良好的耐久性？
(2)高性能混凝土必须有高强度？
早在1990年，美国教授P.K .梅塔就提出:“严格地说，把高强混凝土假定为高性能混凝土是错误的。”
我国已故吴忠伟院士也在1996年提出:“有人认为混凝土强度高就一定耐久性高，这是不全面的，因为高强度混凝土会给耐久性带来一些不利因素……高性能混凝土还应包括中等强度混凝土，如C30混凝土。”1999年提出“单纯的高强度不一定有高性能。如果强调高性能混凝土必须在C50以上，大量恶劣环境下的海工、水工结构对混凝土的强度要求不高(C30左右)，但要求耐久性高，而高性能混凝土正好可以满足这一要求。
美国学者S.P.Shah教授最近也进进出出:“虽然高强混凝土具有较高的强度和较低的渗透性，但是高强混凝土并不具备所需的综合耐久性。"
美国学者Virendra K. Varma最近也撰文指出，高性能混凝土应区别于高强度混凝土。
从材料“性能”的含义来看，不仅包括力学性能的概念，还包括一些非力学性能，如高填充、不离析、抗渗、抗侵蚀、体积稳定等。
所以混凝土的技术进步应该是高性能而不是高强度。单纯用高抗压强度来表征混凝土的高性能是不准确的。高性能混凝土应根据工程建筑的要求，包括普通强度高性能混凝土和高强高性能混凝土等不同强度等级的高性能混凝土。
3高性能混凝土性能存在的问题及改善途径
高性能混凝土的特点是低水胶比和足量的细矿物掺合料和高效减水剂，使混凝土具有全面而优异的技术特性。但也产生了两个值得注意的性能缺陷:(1)自干引起的自收缩；(2)脆性。
3.1自干引起的自收缩
近年来，国外许多学者研究发现，高强混凝土和高性能混凝土都存在早期收缩开裂的问题。原因是水灰比或水胶比低、活性矿物细掺合料较多的混凝土会发生自干或自干，引起混凝土的自收缩，破坏混凝土内部结构，产生微裂缝。有关文献表明，水胶比低于0.3的混凝土的自收缩可高达200 ~ 400× 10-6。免振自密实混凝土含有大量的粉末，当粉末含量达到500kg/m3时，其自收缩值可达100 ~ 400× 10-6。而掺入大量磨细矿渣的大体积混凝土的自收缩可达100×10-6。混凝土的自干不是由于外界相对湿度的影响而干燥脱水造成的，而是由于混凝土内部结构的微孔中缺乏自由水，使混凝土内部供水不足，内部相对湿度自发降低，从而产生自干和混凝土的收缩变形，故称为自收缩。
高强或高性能混凝土的配制，由于其水灰比或水胶比低，且含有大量细活性矿物掺合料，对早期收缩开裂非常敏感。当混凝土中的水较少时，除了水泥水化所需的水外，孔隙和毛细管中的水逐渐被吸收减少，当没有剩余的自由水时，形成空的孔隙，使水泥浆体中不再有自由水的平衡。因此，水泥浆内部的相对湿度显著降低。在粘弹性固体胶凝材料体系中，处于封闭状态的水很难蒸发，同时也很难渗透，由于水泥浆体内部相对湿度的降低，孔隙中存在一定的气相，孔隙中水的饱和蒸气压也相应降低，使得毛细管中的水处于不饱和状态。这种情况长期处于封闭状态，随着水泥水化反应的进行，愈演愈烈。这样一来，毛细管内的液面就形成了一个月面，使得毛细管压力上升，产生毛细管应力，水泥石受到负压，成为凝结硬化混凝土自收缩的主要因素。
另外，大量细活性矿物掺合料的掺入也会引起混凝土的自收缩，尤其是硅灰的掺入。主要原因是硅灰火山灰活性高，增加了化学收缩。水泥早期水化阶段凝胶孔含量高的孔结构体系的水泥浆体也会产生较高的自干，引起严重的自收缩。再者，由于硅灰表面积大，活性强，会迅速与拌合水结合，加速水泥浆体中孔隙间空的缺水和内部相对湿度的降低，从而增加自干。
混凝土的自收缩一般发生在混凝土初凝之后。混凝土由流态转变为粘弹性固态时，初凝达到1d龄期时最为明显，自收缩值随龄期增长而减缓。水胶比越小，1d龄期的自收缩越大。
自收缩对混凝土内部结构裂缝的产生和扩展造成的危害是一个值得关注的问题。由于硬化后的高强或高性能混凝土密度高于普通混凝土，既减少了泌水，又阻碍了外部养护水对混凝土的湿养护作用。因此，采用传统的养护措施来改善普通混凝土的自干燥和自收缩效果并不明显。国内外学者提出了一些技术措施，如:添加一定量的膨胀剂；用部分粉煤灰代替水泥；高弹性模量纤维:高C2S、低C3A和C4AF的硅酸盐水泥能降低混凝土的自收缩。最近国外学者提出应采用积水养护，即当混凝土浇筑后仍处于塑性状态时，应尽快进行水雾养护，对降低或防止混凝土的自收缩有明显效果。