編輯推薦：裝配式建筑入門(建筑工程基礎知識)

1 高性能混凝土產生的背景

傳統的混凝土雖然已有近200年的歷史，也經歷了幾次大的飛躍，但今天卻面臨著前所未有的嚴峻挑戰：

(1)隨著現代科學技術和生產的發展，各種超長、超高、超大型混凝土構筑物，以及在嚴酷環境下使用的重大混凝土結構，如高層建筑、跨海大橋、海底隧道、海上采油平臺、核反應堆、有毒有害廢物處置工程等的建造需要在不斷增加。這些混凝土工程施工難度大，使用環境惡劣、維修困難，因此要求混凝土不但施工性能要好，盡量在澆筑時不產生缺陷，更要耐久性好，使用壽命長。

(2)進入20世紀70年代以來，不少工業發達國家正面臨一些鋼筋混凝土結構，特別是早年修建的橋梁等基礎設施老化問題，需要投入巨資進行維修或更新。1987年美國國家材料咨詢局的一份政府報告指出：在美國當時的57.5萬座橋梁中，大約有25.3萬座處于不同程度的破壞狀態，有的使用期不到20年，而且受損的橋梁每年還增加3.5萬座。1991年在提交美國國會的報告“國家公路和橋梁現狀”中指出，為修復或更換現存有缺陷橋梁的費用需投資910億美元;如拖延修復進程，費用將增至1 310億美元。美國現存的全部混凝土工程的價值約6萬億美元，每年用于維修的費用高達300億美元。

在加拿大，為修復劣化損壞的全部基礎設施工程估計要耗費5 000億美元。在英國，調查統計了271個工程劣化破壞實例，其中碳化銹蝕占17%，環境氯鹽銹蝕占33%，內部氯鹽銹蝕占5%，混凝土凍蝕10%，混凝土磨蝕10%，混凝土堿—骨料反應破壞9%，硫酸鹽化學腐蝕4%，其他各種不常發生的腐蝕破壞7%。

我國結構工程中混凝土耐久性問題也非常嚴重。建設部于20世紀90年代組織了對國內混凝土結構的調查，發現大多數工業建筑及露天構筑物在使用25～30年后即需大修，處于有害介質中的建筑物使用壽命僅15～20年，民用建筑及公共建筑使用及維護條件較好，一般可維持50年。

相對于房屋建筑來說，處于露天環境下的橋梁耐久性與病害狀況更為嚴重。據2000年全國公路普查，到2000年底我國已有各式公路橋梁278 809座，公路危橋9 597座，每年實際需要維修費用38億元，而實際到位僅8億元。

港口、碼頭、閘門等工程因處于海洋環境，氯離子侵蝕引發鋼筋銹蝕，導致構件開裂、腐蝕情況最為嚴重。1980年交通部四航局等單位對華南地區18座碼頭調查的結果，有80%以上均發生嚴重或較嚴重的鋼筋銹蝕破壞，出現破壞的時間有的距建成僅5—10年。

(3)混凝土作為用量最大的人造材料，不能不考慮它的使用對生態環境的影響。傳統混凝土的原材料都來自天然資源。每用1t水泥，大概需要0.6t以上的潔凈水，2t砂、3t以上的石子;每生產1 t硅酸鹽水泥約需1.5 t石灰石和大量燃煤與電能，并排放1tCO2，而大氣中CO2濃度增加是造成地球溫室效應的原因之一。盡管與鋼材、鋁材、塑料等其它建筑材料相比，生產?昆凝土所消耗的能源和造成的污染相對較小或小得多，混凝土本身也是一種潔凈材料，但由于它的用量龐大，過度開采礦石和砂、石骨料已在不少地方造成資源破壞并嚴重影響環境和天然景觀。有些大城市現已難以獲得質量合格的砂石。另一方面，由于混凝土過早劣化，如何處置費舊工程拆除后的混凝土垃圾也給環境帶來威脅。

因此，未來的混凝土必須從根本上減少水泥用量，必須更多地利用各種工業廢渣作為其原材料;必須充分考慮廢棄混凝土的再生利用，未來的混凝土必須是高性能的，尤其是耐久的。耐久和高強都意味著節約資源。“高性能混凝土”正是在這種背景下產生的。

2 高性能混凝土的定義與性能

對高性能混凝土的定義或含義，國際上迄今為止尚沒有一個統一的理解，各個國家不同人群有不同的理解。一般說來，高性能混凝土是指高強、高耐久性、高工作性。一些美國學者更強調高強度和尺寸穩定性(北美型)，歐洲學者更注重耐久性(歐，洲型)，而日本學者偏重于高工作性(日本型)，這可能由于日本更重視混凝土振搗工藝對工人聽力的不利作用，而推廣不需振搗的自密實混凝土。在我國，對高性能混凝土的含義也有爭論，馮乃謙在其1996年出版的《高性能混凝土》著作中開宗明義地指出了：高性能混凝土必須是高強的，因為一般情況下高強對耐久性有利，同時他認為高性能混凝土發展的物質基礎是現在有了好的摻合料和減水劑，因此高性能混凝土必須摻摻合料。馮乃謙的這些觀點代表了當時我國大多數混凝土學者對高性能混凝土的認識。吳中偉針對當時科研界過度追求高強度的趨向，及

時提出“有人認為高強度必須高耐久性，這是不全面的，因為高強混凝土會帶來不利于耐久性的因素……”。高性能混凝土還應包括中等強度混凝土，如C30混凝土。吳中偉高度重視耐久性，并早在1986年就提出高強未必一定高耐久，低強也不一定就不耐久的觀點是非常有前瞻性的，而且今天他的這個觀點也是正確的。

1990年5月由美國國家標準與技術研究所(NIST)與美國?昆凝土協會(ACl)主辦了第一屆高性能混凝土的討論會，定義高性能混凝土為具有所需，陛能要求的勻質混凝土，必須采用嚴格的施工工藝，采用優質材料配制的，便于澆搗，不離析，力學性能穩定，早期強度高，具有韌性和體積穩定性等性能的耐久的混凝土。大多數承認單純高強不一定耐久，而提出高性能則希望既高強又耐久。可能是由于發現強調高強后的弊端，1998年美國ACI又發表了一個定義為：“高性能混凝土是符合特殊性能組合和勻質性要求的混凝土，如果采用傳統的原材料組分和一般的拌和、澆筑與養護方法，未必總能大量地生產出這種混凝土。”ACI對該定義所作的解釋是：“當混凝土的某些特性是為某一特定的用途和環境而制定時，這就是高性能混凝土。例如下面所舉的這些特性對某一用途來說可能是非常關鍵的：易于澆筑，振搗時不離析，早強，長期的力學性能，抗滲性，密實性，水化熱，韌性，體積穩定性，惡劣環境下的較長壽命。因為高性能混凝土的許多特性是相互聯系的，改變其中之一常會使其它的特性發生變化，當混凝土為某一用途生產而必須考慮若干特性時，則每一個特性都必須清楚地規定在合同文件中”。1998年ACI定義與1990年ACI、NIST定義的區別是：前者把早強列入“特殊性能組合”可選性能之一，而不作為必要的規定而強調。

而歐洲混凝土學會和國際預應力混凝土協會則將高性能混凝土定義為水膠比低于0.40的混凝土小在日本，將高流態的自密實混凝土(即免振混凝土)稱為高性能混凝土，‘強度一般為40—45 MPa，混凝土中除水泥外，還有礦渣粉、粉煤灰及膨脹劑。也有一些部門根據其專業的特點對高性能混凝土提出具體的要求，如1995年美國聯邦公路管理局(FHWA)將高性能混凝土分成4級，每級在與強度和耐久性有關的8個參數上都規定了定量的指標。美國戰略公路研究計劃(SHRP)提出高性能混凝土用于公路工程應滿足：(1)水膠比≤0.35;(2)300次凍融循環，相對動彈模≥侶0%;(3)抗壓強度4 h≥17.2MPa，或24≥34.5 MPa，或28d≥68.9MPa。該定義偏重于早強，定義了一個特定的高性能混凝土，缺乏普遍適用性。用于橋梁尤其是大跨度橋梁的高性能混凝土應滿足：(1)水膠比≤0.40;(2)強度≥41.4 MPa;(3)徐變率低。

我國著名的混凝土科學家吳中偉教授定義高性能混凝土為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采用現代混凝土技術制作的混凝土，它以耐久性作為設計的主要指標，針對不同用途要求，對下列性能有重點的予以保證;耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩定性以及經濟合理性。為此，高性能混凝土在配制上的特點是低水膠比，選用優質原材料，并除水泥、集料外，必須摻加足夠數量的礦物細摻料和高效外加劑。1997年3月吳中偉教授在高強高性能混凝土會議上又指出，高性能混凝土應更多地摻加以工業廢渣為主的摻合料，更多地節約水泥熟料，提出了綠色高性能混凝土(GHPC)的概念。

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