淺析普通混凝土和HPC的區(qū)別.doc

淺析普通混凝土和HPC的區(qū)別摘要:本文從特征指標(biāo)、組成材料、水膠比、微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能等方面分析普通混凝土與高性能混凝土的區(qū)別,并分析高性能混凝土的配制與耐久性的關(guān)系。 關(guān)鍵詞: 高性能混凝土；普通混凝土；耐久性 1 引言 高性能混凝土(High performance concrete,簡稱HPC)是在高強(qiáng)混凝土(High strength concrete,簡稱HSC)的基礎(chǔ)上發(fā)展而起來的。高性能混凝土有多種定義,不同國家,甚至同一個(gè)國家的不同部門,對高性能混凝土的定義都有差別。吳中偉院士認(rèn)為“高性能混凝土是在大幅度提高常規(guī)混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù),選用優(yōu)質(zhì)原材料,除水泥、水、集料外,必須摻加足夠數(shù)量的活性細(xì)摻料和高效外加劑的一種新型高技術(shù)混凝土”。通俗地講,我們通常所謂的高性能混凝土是指混凝土具有高強(qiáng)度、高耐久性、高流動(dòng)性等多方面的優(yōu)越性能。高強(qiáng)度、高工作性、高耐久性這三項(xiàng)指標(biāo),構(gòu)成了“高性能混凝土”所具備“三高(即3H)”的性能指標(biāo)。但目前,高性能混凝土的概念又有新的變化,清華大學(xué)馮乃謙教授提出普通混凝土也可以高性能化,其研究成果在工程實(shí)際中也得到了應(yīng)用。因此,高性能混凝土并不一定強(qiáng)調(diào)高強(qiáng),也就是說高性能混凝土除了包含以前的概念外,還包括另一個(gè)方面,就是普通混凝土的高性能化。2 普通混凝土與HPC的區(qū)別2.1 特征指標(biāo)不同普通混凝土以抗壓強(qiáng)度作為最基本的特征,即強(qiáng)度是普通混凝土配合比設(shè)計(jì)和生產(chǎn)需要的唯一指標(biāo);而高性能混凝土則以耐久性作為主要指標(biāo),同時(shí)還有強(qiáng)度、工作性和體積穩(wěn)定性等。2.2組成材料不同普通混凝土是以水泥、粗細(xì)骨料和水四大組分為原材料;而高性能混凝土則是在前者的基礎(chǔ)上,大量增加化學(xué)外加劑和礦物摻合料,使其性能得到質(zhì)的變化。外加劑、礦物摻合料等輔助配料已被確認(rèn)為高性能混凝土必不可缺的組分。1)外加劑已不是單一的品種,而是向著復(fù)摻、復(fù)合型的方向發(fā)展。如:高效減水劑是一種表面活性劑,具有高度分散水泥顆粒、消除絮凝結(jié)構(gòu)的作用,解決了低水膠比與工作性的矛盾,使混凝土的水膠比突破理論水膠比(0.38)的愿望成為現(xiàn)實(shí)。2)礦物摻合料也由簡單的使用未加工過的單一品種,向著磨細(xì)深加工、復(fù)合化的方向發(fā)展。普通混凝土主要采用天然火山灰材料和原狀工業(yè)副產(chǎn)品(即粉煤灰、水淬礦渣等)作為摻合料,因細(xì)度不夠,品質(zhì)不佳,使得火山灰反應(yīng)程度有限,其主要貢獻(xiàn)是微集料效應(yīng)和填充效應(yīng)。而對于HPC,則采用品質(zhì)優(yōu)良的硅灰或經(jīng)過再加工的工業(yè)副產(chǎn)品為摻合料。因細(xì)度小,活性極高,其主要作用有:可以代替一定比例的水泥,改善混凝土的體積穩(wěn)定性;改善混凝土的級配,增加密實(shí)度;能與水泥水化產(chǎn)物中的薄弱結(jié)晶Ca(OH)2發(fā)生火山灰反應(yīng),形成對強(qiáng)度和耐久性有益的水化硅酸鈣凝膠,有抑制有害化學(xué)反應(yīng)的作用。2.3水膠比不同這是普通混凝土與HPC在耐久性和強(qiáng)度方面的本質(zhì)區(qū)別,兩者的分界為水泥的理論水灰比0.38(或0.4)。普通混凝土一般采用0.40.8的水膠比;而HPC由于摻入高效減水劑使水膠比減小,即不大于0.38(或0.4),甚至可以不大于0.2。2.4微觀結(jié)構(gòu)不同混凝土是一種具有不同孔隙的多孔體。毛細(xì)孔和凝膠體數(shù)量是決定混凝土強(qiáng)度和耐久性的重要因素。毛細(xì)孔越少,混凝土越密實(shí),耐久性越好,反之越差;而凝膠體數(shù)量越多,混凝土的強(qiáng)度越高,反之越低。相比普通混凝土,采用低水膠比的HPC,硬化后毛細(xì)孔數(shù)量顯著減少；而超細(xì)摻合料改善粉體集料的級配,也大幅度減少毛細(xì)孔數(shù)量,使HPC形成高度致密的微觀結(jié)構(gòu)。此外,超細(xì)摻合料的活性大,火山灰反應(yīng)強(qiáng)烈,消耗掉大量的Ca(OH)2,產(chǎn)生較多的凝膠體量,使得強(qiáng)度得到提高；同時(shí),Ca(OH)2的減少,也提高了HPC的抗腐蝕性能。2.5宏觀性能不同相比普通混凝土,HPC具有高強(qiáng)度、高耐久性及高工作性等宏觀性能。HPC的高耐久性比高強(qiáng)度更有優(yōu)勢,因毛細(xì)孔的減少和粉料的合理級配使其微觀結(jié)構(gòu)達(dá)到相當(dāng)致密的狀態(tài),外界有害介質(zhì)很難侵入,即使對遭受海水腐蝕的海上鉆井平臺(tái)和跨海大橋也能達(dá)到很高的耐久性。清華大學(xué)的研究表明3,經(jīng)過合理的設(shè)計(jì),高性能混凝土在海洋環(huán)境中能達(dá)到100年以上的耐久性,其耐久性之高是普通混凝土難以達(dá)到的。3 高性能混凝土的配制與耐久性高性能混凝土是以耐久性和可持續(xù)發(fā)展為基本要求并適合工業(yè)化生產(chǎn)施工的混凝土,一般具有高強(qiáng)度、高工作度、高體積穩(wěn)定性和高抗?jié)B性,可以為基礎(chǔ)設(shè)施工程提供100年200年甚至更長的使用壽命。在配制HPC時(shí),必須盡快修改我國的工程技術(shù)規(guī)范,將按強(qiáng)度設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅途眯栽O(shè)計(jì)為主、強(qiáng)度設(shè)計(jì)為輔的設(shè)計(jì)原則。HPC的高耐久性是至關(guān)重要的,其關(guān)鍵在于:1)改變混凝土孔結(jié)構(gòu),提高混凝土的抗?jié)B透、抗凍融和抗碳化的性能；2)防止溫度裂縫產(chǎn)生和混凝土本身的收縮；3)抑制堿集料反應(yīng),提高混凝土抗化學(xué)侵蝕的能力。在實(shí)際工程中,人們應(yīng)該加強(qiáng)對HPC耐久性的重視,采取必要的工程技術(shù)措施。高性能混凝土的配制特點(diǎn):1)低水膠比(即水與膠結(jié)材料的重量之比,一般低于0.4或0.38),同時(shí)使混合料的坍落度達(dá)到20 cm以上;2)較低的水泥用量,選用優(yōu)質(zhì)材料,并以化學(xué)外加劑與礦物細(xì)摻料作為除水泥、砂、石、水外必需的基本組分;3)高效外加劑。高性能混凝土的主要目標(biāo)是耐久性,而獲得耐久性的核心問題是獲得水泥基材料的密實(shí)填充結(jié)構(gòu)。采用低水膠比,是為了降低混凝土的水化熱、增強(qiáng)硬化前后混凝土的體積穩(wěn)定性,同時(shí)是摻用礦物細(xì)摻料的要求,也是高性能混凝土實(shí)現(xiàn)高耐久性的關(guān)鍵。硅灰、粉煤灰及高爐礦渣微粉等摻合料拌和在混凝土中,會(huì)產(chǎn)生填充效應(yīng)、潤滑效應(yīng)及增強(qiáng)效應(yīng),使混凝土更加密實(shí),大大降低水分及有害物質(zhì)的滲透,有利于提高其工作性、體積穩(wěn)定性和抗化學(xué)侵蝕性；也有利于提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。高效外加劑是配制高性能混凝土的必備材料。在混凝土中摻入較大量的超細(xì)礦物粉料,加大了膠結(jié)料的需水量,因此應(yīng)加入高效減水劑以滿足工程結(jié)構(gòu)對高性能混凝土的要求,即在大幅度減水的同時(shí)獲得滿意的和易性及較高的強(qiáng)度,同時(shí)使混凝土在低水灰比條件下獲得很高的坍落度。超疊加效應(yīng)已存在于外加劑與外加劑、外加劑與礦物細(xì)摻料的復(fù)合使用中,將兩種萘系高效減水劑按照一定的比例復(fù)合使用,可使復(fù)合后各組分間的作用相互調(diào)節(jié),從而達(dá)到發(fā)揮各自優(yōu)勢的目的,其綜合效果超過兩種外加劑單獨(dú)使用的效果總和。目前,高性能混凝土一般采用“雙摻”技術(shù)制備,即在混凝土中加入礦物摻合料及高效減水劑,使混凝土的工作性、強(qiáng)度得到很大地改善。4 結(jié)語隨著社會(huì)的發(fā)展,高層建筑、大跨橋梁、港口建筑等多種薄形結(jié)構(gòu)大量涌現(xiàn),國內(nèi)外應(yīng)用高性能混凝土建造的工程將越來越多。由于高性能混凝土的高強(qiáng)度、高耐久性和高工作性滿足了現(xiàn)代建筑的需求,必定會(huì)得到更大范圍的推廣和應(yīng)用,真正成為21世紀(jì)的混凝土。參考文獻(xiàn)：1吳中偉.高性能混凝土綠色混