高性能混凝土的应用和发展

网络教育学院

本 科 生 毕 业 论 文（设 计）

题 目：高性能混凝土的发展和应用

学习中心： 保定奥鹏学习中心 层 次： 专科起点本科 专 业： 土木工程 年 级： 2013 年 春 季 学 号： 121159303450 学 生： 胡鹏 指导教师： 张园园 完成日期： 2014 年 3 月 3 日

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

内容摘要

随着新型高效减水剂的发明与应用、矿物超细粉的回收与加丁、纤维材料的发展以及新型水泥基材料的发明，混凝土技术有了重大突破，尤其是高性能混凝土(HPC)目前，HPC已经广泛地应用于世界各地的莺特大工程中。在HPC配制中，要特别注意采用合理的配合比，同时指出混凝土在不同龄期的强度均明显高于设计基准强度。］高性能混凝土是一种具有高强度、高耐久性与高工作性的混凝土，混凝土中的水泥石只有凝胶孔无毛细孔，具有高的抗渗性和耐久性。HPC组成材料中必须具有矿物质超细粉和高效减水剂。同时介绍了高性能混凝土在具体工程中的应用。

关键词：高性能混凝土；发展；应用

Abstract

With the invention and application of new high efficiency water reducing agent and mineral ultrafine powder and recycle and butyl, fiber materials as well as the invention of the new type of cement base material, the development of concrete technology has a major breakthrough, especially high performance concrete (HPC) currently, HPC has been widely used around the world warbler super-large projects. In HPC configuration, pay special attention to the reasonable mixing ratio, and points out that the strength of the concrete at different age were significantly higher than the design strength of benchmark. ] Is a kind of high performance concrete with high strength, high durability and workability of concrete, the cement in concrete only gel hole without wool stoma, have high permeability resistance and durability. Of HPC in materials must have mineral ultrafine powder and high efficiency water reducing agent. At the same time, the application of high performance concrete in the concrete engineering is introduced.

Key words: high performance concrete; Development; application

1

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

目 录

内容摘要 .................................................................................................................. 1 引 言 .................................................................................................................... 3 绪论 .......................................................................................................................... 1 l、高性能混凝土的定义 ......................................................................................... 1

1.1分析国内高性能混凝土的现状 ................................................................ 1 1.2、高性能混凝土的主要发展动向 ............................................................. 2 2 典型高性能混凝土的特点及工程应用 ............................................................ 3

2.1 典型高性能混凝土的特点 ..................................................................... 3

2.1.1 超高强混凝土的特点 ................................................................ 3 2.1.2 绿色高性能混凝土的特点 .......................................................... 4 2.1.3 机敏型高性能混凝土的特点 ...................................................... 4 2.1.4 普通混凝土的高性能化 .............................................................. 4 2.2 高性能混凝土的工程应用 ..................................................................... 5

2.2.1 高性能混凝土的原材料及配合比 .............................................. 5 2.2.2 绿色高性能混凝土的工程应用范围 .......................................... 7 2.2.3 机敏性能混凝土的工程应用范围 ................................................ 9

3 新型绿色高性能混凝土的研究及工程应用 .................................................. 10

3.1 高性能混凝土绿色化的途径 ............................................................... 10 3.2 绿色高性能混凝土的发展展望 ........................................................... 11 4 工程实例分析 .................................................................................................. 12 5 结论与展望 ...................................................................................................... 15 参考文献 ................................................................................................................ 16

2

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

引 言

从1824年波特兰水泥发明开始，混凝土材料至今已有100多年的历史，以水泥为胶结材的混凝土也取得了具大的发展，由普通混凝土向高性能混凝土发展。从20世纪以来，混凝土就己成为房屋建筑、桥梁、水利、公路等现代工程结构首选材料，混凝土作为土木工程中最大宗的人造材料，其用量巨大。据统计，当今我国每年混凝土用量约109m3，并且随着我国近年来工业化、城市化进程的加快，其用量将继续快速增长。

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。高性能混凝土是一种具有高强度、高耐久性与高工作性的混凝土，混凝土中的水泥石只有凝胶孔无毛细孔，具有高的抗渗性和耐久性。

混凝土达到高性能最重要的技术手段是使用新型高效减水剂和矿物质超细粉。前者能降低混凝土的水灰比、增大坍落度和控制坍落度损失，即赋予混凝土高的密实度和优异的施工性能；后者填充胶凝材料的空隙，参与胶凝材料的水化反应，提高混凝土的密实度，改善混凝土的界面结构，提高混凝土的耐久性与强度。可以说20世纪70 年代高效减水剂的发明与应用，使混凝土技术进入高强度与高流态的新领域；20 世纪90 年代的粉体工程，进一步使混凝土进入了高性能时代。

3

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

绪论

l、高性能混凝土的定义

高性能混凝土是一种新型的高技术混凝土，有多种定义，不同国家，甚至同一个国家的不同部门，对它的定义都有所差别。1993年，美国混凝土学会下属的技术委员会提出高性能混凝土定义：满足工程特殊要求的各种性能，可包括易浇捣而不离析，高长期力学性能、高早期强度、高坚韧性与高体积稳定性，或在严

酷环境中使用寿命长久，并且匀质性良好的混凝土。近年来，美国混凝士学会又给出一个文字上较精练的定义：“高性能混凝土是一种能符合特殊性能与均匀性要求的混凝土，此种混凝土往往不能用常规的混凝土组分材料和通常的搅拌、浇捣和养护的习惯做法所获得。”

我国著名的混凝土科学家吴中伟院士认为“高性能混凝土是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术，选用优质原材料，除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的活性细掺料和高效外加剂的一种新型高技术混凝土”。通俗地讲，我们通常所谓的高性能混凝土是指混凝士具有高强度、高耐久性、高工作性等多方面的优越性能。高强度、高工作性、高耐久性这三项指标，构成了“高性能混凝土”所具备“三高(即3H)”的性能指标。

1.1分析国内高性能混凝土的现状

当代大跨、高层、海洋、军事工程结构的发展对混凝土提出的更高的要求;处在恶劣环境下既有建筑不断劣化、退化导致过早失效、退役甚至出现恶性事故造成巨大损失的严重后果;原材料生产、开采造成的生态环境恶化以及砂石料枯竭、资源短缺严重影响进一步发展的严酷现实。这就要求混凝土不断提高以耐久性为重点的各项性能, 多使用天然材料及工业废渣保护环境, 走可持续发展的道路, 高性能混凝土就是在这种背景下出现并逐步完善与发展的。

混凝土作为用量最大的人造材料，不能不考虑它的使用对生态环境的影响。传统混凝土的原材料都来自天然资源。每用1t水泥，大概需要0.6t以上的洁净水，2t砂、3t以上的石子；每生产1t硅酸盐水泥约需1.5t石灰石和大量燃煤与电能，并排放1tCO2，而大气中CO2浓度增加是造成地球温室效应的原因之一。尽管与钢材、铝材、塑料等其它建筑材料相比，生产混凝土所消耗的能源和造成的污染相对较小或小得多，混凝土本身也是一种洁净材料，但由于它的用量庞大，过度开采矿石和砂、石骨料已在不少地方造成资源破坏并严重影响环境和天然景观。有些大城市现已难以获得质量合格的砂石。另一方面，由于混凝土过早劣化，如何处置费旧工程拆除后的混凝土垃圾也给环境带来威胁。

因此，未来的混凝土必须从根本上减少水泥用量，必须更多地利用各种工业废渣作为其原材料；必须充分考虑废弃混凝土的再生利用，未来的混凝土必须是高性能的，尤其是耐久的。耐久和高强都意味着节约资源。“高性能混凝土”正是在这种背景下产生的。

1

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

1.2、高性能混凝土的主要发展动向

超高强(活性细粉)混凝士：在混凝土中掺人超细粉物质，可以使硬化水泥石结构致密，孔径细化，改善界面结构，具有高的抗渗性、耐久性和强度，即在混凝土中掺人超细粉物质可以改善高强混凝土的结构并提高其性能。国外已成功研制了立方体抗压强度达到200MPa～800MPa超高强活性细粉混凝土，其抗拉强度也可达25MPa～150MPa，它是一种超高强混凝土，并且这种混凝土在工程实际中也得到了应用。

机敏型高性能混凝土：自身诊断、自身控制、自身修复等机敏能力功能的机敏型高性能混凝土，如自密实混凝土、内养护混凝土、承受高温的高强混凝土。

普通混凝土的高性能化：普通混凝土的高性能化在公路路面研究上有其重要作用，但国内外大量研究与生产应用的高性能混凝士均属于高强度水泥混凝土，基本上是C60以上，此时面临的问题出现了，高强度导致了高脆性，如果直接用于路面有不可克服的缺点。可以这样理解：高性能混凝土必须具有高的耐久性。同时高性能混凝土也应具有高的强度，但仅仅是高强度，还不一定具有高耐久性。耐久性是高性能混凝土的最重要技术指标，它还要与使用的环境相结合，采取相应的对策，例如掺入矿物质超细粉。

2

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

2 典型高性能混凝土的特点及工程应用

高性能是在1990年的一次国际会议上对混凝土提出的新的要求。而高性能混凝土也是今后混凝土技术发展的一个基本方向。对高性能混凝土的定义，国内外的提法不尽相同，但概括起来，可以归结为以下五个方面：

高耐久性，能在正常使用环境下具有超长的使用年限和较小的维护费用；在特殊要求的使用条件下，能满足抗侵蚀、抗冻融等抵抗恶劣使用环境下的特殊要求。

高施工性能，能在具体的施工条件下，顺畅地完成混凝土的运送和浇注，能得到密实性和均匀性优越的混凝土结构。

较高强度，能满足设计承载力所提出的强度要求，且具有足够的后期强度增长能力，并保证在正常使用条件下的强度要求。

高体积稳定性，混凝土凝结前不分层、不离析，硬化后体积变化小，具有较好的抗裂能力。

能满足环境保护和可持续发展的要求。

本章主要对高性能混凝土的主要发展动向进行讨论，重点分析其特点和工程应用范围。

2.1 典型高性能混凝土的特点

2.1.1 超高强混凝土的特点

(1).耐久性。高效减水剂和矿物质超细粉的配合使用，能够有效的减少用水量，减少混凝土内部的空隙，能够使混凝土结构安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土应用的主要目的。

(2).工作性。坍落度是评价混凝土工作性的主要指标，HPC的坍落度控制功能好，在振捣的过程中，高性能混凝土粘性大，粗骨料的下沉速度慢，在相同振动时间内，下沉距离短，稳定性和均匀性好。同时，由于高性能混凝土的水灰比低，自由水少，且掺入超细粉，基本上无泌水，其水泥浆的粘性大，很少产生离析的现象。

(3).力学性能。由于混凝土是一种非均质材料,强度受诸多因素的影响，水灰比是影响混凝土强度的主要因素，对于普通混凝土，随着水灰比的降低，混凝土的抗压强度增大，高性能混凝土中的高效减水剂对水泥的分散能力强、减水率高，可大幅度降低混凝土单方用水量。在高性能混凝土中掺入矿物超细粉可以填充水泥颗粒之间的空隙，改善界面结构，提高混凝土的密实度，提高强度。

(4).体积稳定性。高性能混凝土具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。

(5).经济性。高性能混凝土较高的强度、良好的耐久性和工艺性都能使其具有良好的经济性。高性能混凝土良好的耐久性可以减少结构的维修费用，延长结构的使用寿命，收到良好的经济效益；高性能混凝土的高强度可以减少构件尺寸，减小自重，增加使用空间；HPC良好的工作性可以减少工人工作强度，加快施工速度，减少成本。前苏联学者研究发现用C110~C137的高性能混凝土替代C40~C60

3

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

的混凝土，可以节约15%~25%的钢材和30%~70%的水泥。虽然HPC本身的价格偏高，但是其优异的性能使其具有了良好的经济性。概括起来说，高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。

2.1.2 绿色高性能混凝土的特点

水泥混凝土是当代最大宗的人造材料，对资源、能源的消耗和对环境的破坏十分巨大，与可持续发展的要求背道而驰。绿色高性能混凝土研究和应用较多的是粉煤灰混凝土，粉煤灰混凝土与基准混凝土相比，大大提高了新拌混凝土的工作性能，明显降低混凝土硬化阶段的水化热，提高混凝土强度特别是后期强度。而且，节约水泥，减少环境污染，成为绿色高性能混凝土的代表性材料。

2.1.3 机敏型高性能混凝土的特点

机敏混凝土是一种具有感知和修复性能的混凝土，是智能混凝土的初级阶段，是混凝土材料发展的高级阶段。智能混凝土是在混凝土原有的组成基础上掺加复合智能型组分使混凝土材料具有一定的自感知、自适应和损伤自修复等智能特性的多功能材料，根据这些特性可以有效的预报混凝土材料内部的损伤，满足结构白我安全检测需要，防止混凝土结构潜在的脆性破坏，能显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。近年来，损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土及仿生自愈合混凝土等一系列机敏混凝土的相续出现，为智能混凝土的研究和发展打下了坚实的基础。

2.1.4 普通混凝土的高性能化

高性能化是指采用普通原材料、常规施工工艺，通过掺加外加剂和掺合料配制而成的具有高工作性、高强度、高耐久性的综合性能优良的政。具体是：

1）拌合料呈高塑或流态、可泵送、不离析，便于浇筑密实；

2）在凝结硬化过程中和硬化后的体积稳定，水化热低，不产生微细裂缝，徐变小；

3）有很高的抗渗性。其中高工作性是高性能政必须具备的首要条件，即高流动性、高抗分离性、高间隙通过性、高填充性、高密实性、高稳定性；并同时具备低成本的技术经济合理性。目前，高性能政在发达国家的工程实践中已较广泛采用，我国尚处于试验研究、推广试用的起步阶段。

高性能混凝土具有丰富的技术内容，尽管同业对高性能混凝土有不同的定义和解释，但彼此均认为高性能混凝土的基本特征是按耐久性进行设计，保证

4

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

拌和物易于浇筑和密实成型，不发生或尽量少发生由温度和收缩产生的裂缝，硬化后有足够的强度，内部孔隙结构合理而有低渗透性和高抗化学侵蚀。从我国目前的及优选并经过现场试拌后，检验砼坍落度的经时损失满足规范设计施工水平出发，强度等级达到或超过C50的混土被定义为要求，满足工程应用的高施工性要求，才能正式确定所选用的高强混凝土。而且随着工程建设的需要，高性能混凝土的使频率越来越高，对其进行严格质量控制的重要性也越来越强。

2.2 高性能混凝土的工程应用

如前所述，高性能混凝土的工程应用已经有了较大的发展，但是由于我国的现状，各种方法和技术还相对落后，仍需要在工程实践中不断使用和检验。因此，本节主要阐述的是高性能混凝土的材料要求、工程应用范围以及简单应用实例。

2.2.1 高性能混凝土的原材料及配合比

高性能混凝土原材料及其选用

(1).细集料。细集料宜选用质地坚硬、洁净、级配良好的天然中、粗河砂,其质量要求应符合普通混凝土用砂石标准中的规定。砂的粗细程度对混凝土强度有明显的影响,一般情况下,砂子越粗,混凝土的强度越高。配制C50～C80的混凝土用砂宜选用细度模数大于2.3的中砂,对于C80～C100的混凝土用砂宜选用细度模数大于2.6的中砂或粗砂。

(2).粗集料。高性能混凝土必须选用强度高、吸水率低、级配良好的粗集料。宜选择表面粗糙、外形有棱角、针片状含量低的硬质砂岩、石灰岩、花岗岩、玄武岩碎石,级配符合规范要求。由于高性能混凝土要求强度较高,就必须使粗集料具有足够高的强度,一般粗集料强度应为混凝土强度的115倍～210倍或控制压碎指标值＞10﹪。最大粒径不应大于25mm,以10mm～20mm为佳,这是因为,较小粒径的粗集料,其内部产生缺陷的几率减小,与砂浆的粘结面积增大,且界面受力较均匀。另外,粗集料还应注意集料的粒型、级配和岩石种类,一般采取连续级配,其中尤以级配良好、表面粗糙的石灰岩碎石为最好。粗集料的线膨胀系数要尽可能小,这样能大大减小温度应力,从而提高混凝土的体积稳定性。

(3).细掺合料。配制高性能混凝土时,掺入活性细掺合料可以使水泥浆的流动性大为改善,空隙得到充分填充,使硬化后的水泥石强度有所提高。更重要的是,加入活性细掺合料改善了混凝土中水泥石与骨料的界面结构,使混凝土的强度、抗渗性与耐久性均得到提高。活性细掺合料是高性能混凝土必用的组成材料。在高性能混凝土中常用的活性细掺合料有硅粉(SF)、磨细矿渣粉(BFS)、粉煤灰(FA)、天然沸石粉(NZ)等。粉煤灰是火电厂燃煤锅炉排出的烟道灰,它能有效提高混凝土的抗渗性,显著改善混凝土拌合物的工作性,大掺量粉煤灰混凝土还对环境保护和节约资源有重要意义。配制高性能混凝土的粉煤灰宜用含碳量低、细度低、需水量低的优质粉煤灰。矿渣是高炉炼铁排出的熔融矿渣在高温状态下迅速水淬冷却而成的,用于高性能混凝土的磨细矿渣细度大于水泥,能提高混凝土的工作性和耐久性。硅

5

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

粉是电炉法生产硅铁合金所排放的烟道灰,SiO2含量大于90﹪,平均粒径约011μm,比表面积>20000㎡/kg,借助大剂量高效减水剂和强力搅拌作用,可以填充到水泥或其他掺合料的间隙中去,并且具有很高的活性,在各种掺合料中对混凝土的增强作用最为显著,是国际上制备超高强混凝土最通用的超细活性掺合料。

(4).减水剂及缓凝剂。由于高性能混凝土具有较高的强度,且一般混凝土拌合物的坍落度较大(15～20㎝左右),在低水胶比(一般＜0.35)一般的情况下,要使混凝土具有较大的坍落度,就必须使用高效减水剂,且其减水率宜在20﹪以上。有时为减少混凝土坍落度的损失,在减水剂内还宜掺有缓凝的成份。此外,由于高性能混凝土水胶比低,水泥颗粒间距小,能进人溶液的离子数量也少,因此减水剂对水泥的适应性表现更为敏感。因大部分高性能混凝土施工时采用泵送,故掺减水剂后混凝土拌合物的坍落度损失不能太快太大,否则影响泵送。

(5).矿物掺合料。(1)粉煤灰,粉煤灰是燃烧煤粉的锅炉烟气中收集到的细微粉末,又称“飞灰”(Fly Ash),其颗粒多呈球形,表面光滑。粉煤灰在混凝土中的主要作用包括以下几个方面:①填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层,产生“滚珠润滑”效应;②对水泥颗粒起物理分散作用,使其分布得更均匀;③粉煤灰和聚集在骨料颗粒周围的氢氧化钙结晶发生火山灰反应,生成具有胶凝性质的产物,加强了薄弱的过渡区,对改善混凝土的各项性能有显著作用; (2)硅粉(Silica Fume,简写SF)又称硅灰,是从生产硅铁或硅钢等合金所排放的烟气中收集到的颗粒极细的烟尘。在混凝土中掺加少量硅粉或以硅粉取代部分水泥,结合应用减水剂,可使混凝土各方面的物理力学性能都得到显著提高,硅粉的适宜掺量为水泥用量的5﹪～10﹪。硅粉的加入对混凝土的性能的影响主要有:①改善了新拌混凝土的粘聚性、保水性,提高了需水量;②提高了混凝土的强度,增大了弹性模量和混凝土的干缩;③提高了混凝土的耐久性。另外,在配制硅粉混凝土时必须注意:①由于硅粉的需水量比水泥大,在配制硅粉混凝土时,一般要掺加减水剂。在选择减水剂时,应使之与所用的水泥具有相容性,否则,容易影响混凝土的工作性能。同时,根据减水剂性能及需求的减水需求来选择合适的掺量。②比表面积和活性SiO2含量是硅粉的重要指标,硅粉比表面积越大、活性SiO2含量越高,硅粉性能越好,配制硅粉混凝土需选择具有良好性能的硅粉。③硅粉混凝土的干缩一般比普通混凝土大,配制高性能混凝土时应采取补偿收缩的措施,如掺加粉煤灰等。

配合比设计控制要点 (1).设计思路有很大区别

在以往的配合比设计方法中，是按混凝土的强度等级要求计算水灰比，而现在则是按耐久性的要求，首先根据环境作用等级确定电通量指标，由此来选择水胶比、控制胶凝材料最小用量以及掺和料的比例。由于客专隧道的衬砌和仰拱设计强度等级为C30或C35，一般来说，为满足电通量要求和水胶比限值要求，混凝土的强度一般都是超强的。

(2).胶凝材料用量及粉煤灰所占比例

在进行配合比参数设计时，为保证混凝土的耐久性，混凝土中胶凝材料总量应处在一个适宜范围内，不仅有最低限要求，同时，对于C30及以下混凝土，胶凝材料总量不宜高于400kg/m3，C35～C40不宜高于450kg/m3。铁路客运专线大力提倡使用粉煤灰、矿渣粉等矿物掺和料，与普通硅酸盐水泥一起作为胶凝材料。使用粉煤灰等矿物掺和料，并不是单纯地考虑降低混凝土成本，首先是为了混凝土耐久性的需要，特别是可以有效改善混凝土抵抗化学侵蚀的能力（包括氯化物

6

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

侵蚀、硫酸盐侵蚀、碱骨料反应等）。国内外的大量研究表明，粉煤灰的掺量在20%以上时，改善混凝土耐久性的效果较佳，更有研究资料表明，粉煤灰的最大掺量可达到50%左右。在《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》中明确规定，一般情况下，矿物掺和料掺量不宜小于胶凝材料总量的20%，当大于30%时，混凝土的水胶比不得大于0.45。

(3).含气量的要求

含气量的要求也是客运专线高性能混凝土与普通混凝土的重要区别之一。以往工程仅在有抗冻要求时才考虑适当提高混凝土的含气量，这是对混凝土耐久性的规律认识不足的表现。实际上，混凝土中适量的引气，不仅能改善抗冻性，同时可显著减轻混凝土的泌水性，使水在拌合物中的悬浮状态更加稳定，从而提高混凝土材料的均匀性和稳定性。因此，客运专线规定，即使配制非抗冻混凝土时，含气量也应不小于2%，并且作为施工质量控制的必检项目之一。为适当提高混凝土的含气量，并获得较佳的减水和保塑效果，可使用新型聚羧酸盐减水剂。

(4).电通量指标

该指标是客运专线对混凝土耐久性最重要、最具体的指标。目前我国尚无电通量试验的国家标准，铁路行业电通量试验方法是以美国ASTMC1202 快速电量测定方法为基础制定的，其所测指标可以最大程度地区分和评价混凝土的密实度，而密实度正是影响混凝土耐久性最为关键的因素。以往多是以抗渗性来评价混凝土的密实程度，但实践证明，抗渗试验只适合于判定较低强度等级混凝土的密实性，当强度等级超过C30后，抗渗等级几乎都能达到P20以上，再往下试验比较困难。这正是用电通量指标取代抗渗标号作为混凝土耐久性控制的主要原因。混凝土的电通量主要取决于水胶比，通过大量试验得到规律，一般水胶比小于0.5时基本可满足电通量小于2000 的要求，水胶比小于0.45时基本可满足电通量小于1500的要求。

2.2.2 绿色高性能混凝土的工程应用范围

研发绿色高性能混凝土的必要性

1990年美国首先提出了高性能混凝土,得到了世界各国和专家的认可,法国政府组织包括政府研究机构、高等院校、建筑公司等单位开展了高性能混凝土的研究。1996年,法国公共工程部和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\投人了600万美元作为研究经费。1994年,美国联邦政府16个机构联合提出了一个在基础设施施工中应用高性能混凝土的决议,并决定在10年投资2亿美元进行研究。绿色是绿色环保,人类社会越发展,对绿色环保的要求越迫切。国外有位学者写一篇综述,题为“昨天和今天的水泥,明天的混凝土”,文中指出21世纪水泥工业应改名为水硬性胶凝材料工业,而且应是一种绿色工业。水泥和混凝土堪称为世界上耗用量最大的材料,在我国尤其如此。我国人多地少,资源缺乏,同时也是世界上能源消耗的大国,以水泥和混凝土为例,我国水泥的年产量大约9亿吨,占世界水泥产量的三分之一,混凝土产量约12亿m3,世界混凝土年产量大约30亿m3,混凝土的大量使用,需要大量水泥,水泥的生产又极大地影响了环境,直接影响子孙后代的生活,所以绿色高性能的发展是事在必行。绿色高性能混凝土的研究及使用,即保护了环境,又提高了混凝土的性能。以粉煤灰为例,现已研发与使用的绿色高性能混凝土,绝大部分把粉煤灰作主要掺料,粉煤灰是工业废料,如不很好利用,会对环境造成二次污染,在绿色高性能混凝土中采用粉煤灰,即解决了二次污染,又降低

7

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

了混凝土的成本,同时提高了混凝土的性能,主要表现在提高了混凝土的耐久性和工作性。混凝土的评价已由高强度转为高性能,高性能中耐久性是一个主要的评定标准,混凝土不是一劳永逸的材料,它也是随时间的增长、环境的影响和使用情况直接影响其使用寿命,一些发达国家面临这个问题, 我们国家也面临同样的问题。1991年美国在提交国会《国家公路与桥梁现状》的报告中指出,为了修理或更换现已存在缺陷的桥梁,需投资91 亿美元如拖延维护进程,费用将增至1310亿美元,美国每年用于混凝土维修的费用大约300亿美元。我国是发展中国家,在工程建设中基本没有维修费用,工程费用主要在新建工程,建国以来,五、六十年代的工程量大,经过几十年的使用,可以说需维修的工程量肯定也是巨大的,费用是惊人的,因此,站在历史的角度,站在发展的角度,研究混凝土高性能的意义巨大。

绿色高性能混凝土的可行性

绿色高性能混凝土是混凝土发展的方向,是我国国情的需要,是建筑工程发展的需要,是为了子孙后代造福的需要, 2005年建设部发布了《关于进一步做好建筑业10项新技术推广应用的通知》(建质〔2005〕)26号)文件中第2项既是“高性能混凝土技术”。建设部部长汪光熹在第2届国际智能绿色节能大会上表示:中国将大力开展科技创新以支援和促进行业发展,将对既有建筑节能改造成套技术,低能耗大型公关建筑技术等加快技术公关,推动以节能、节地、节水、节材和环保为核心的建筑技术发展,逐步提高绿色建筑比重。因此,研发绿色高性能混凝土体现科学发展观,是利国利民,惠及子孙之事。上述这些都为绿色高性能混凝土的研究与应用打下了良好的基础。

绿色高性能混凝土的发展

1997年3月的“高强与高性能混凝土”会议上,吴中伟院士首次出“绿色高性能混凝土(GHPC) ”的概念,并指出: GHPC是混凝土的发展方向,更是混凝土的未来。提高混凝土的绿色度,可以节约更多的资源与能源,将对环境的破坏减到最小。人类已经进入21世纪,混凝土应该更多地掺加工业废渣掺和料,更多地节约水泥,有更高的强度和耐久性。

高性能混凝土(HPC)具有下列特征:(1)更多地节约熟料水泥,降低能耗与环境污染;(2)更多地掺加工业废料为主的细掺料;(3)更大地发挥混凝土的高性能优势,减少水泥与混凝土的用量。因此,高性能混凝土本身就可成为绿色混凝土。事实上,许多工程如大体积水工建筑、基础等对强度要求不高,但对耐久性、工作性、体积稳定性、低水化热等有很高要求,都应采用HPC。例如日本跨海明石大桥基墩混凝土(50万m3)要求高耐久性、高抗冲刷性与低升温,而强度只要求20MPa,使用的就是掺加了复合外加剂与复合细掺料的HPC。由此可见,高性能混凝土并不一定强调高强,我国目前也己完成了普通混凝土的高性能化的研究和应用。因此,传统的GHPC的应用范围可以进一步扩大,可以将欧美对HPC强度的低限50MPa降低到C30左右,原则是只要不损害混凝土的内部结构如孔结构、水化物结构与界面结构等,保证混凝土具有良好的耐久性与体积稳定性。纳米混凝土、再生混凝土、免振捣自密实高性能混凝土等都是绿色高性能混凝土。绿色高性能混凝土已被广泛应用于市政工程、民用建筑和工业建筑,与普通混凝土相比,高性能混凝土具有更好的施工性能和耐久性,同时可以更多地利用工业废渣及其它废弃物,有良好的经济指标和环保意义,因此,绿色高性能混凝土是混凝土的发展方向。

8

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

2.2.3 机敏性能混凝土的工程应用范围

机敏混凝土是一种具有感知和修复性能的混凝土，是智能混凝土的初级阶段，是混凝土材料发展的高级阶段。智能混凝土是在混凝土原有的组成基础上掺加复合智能型组分使混凝土材料具有一定的自感知、自适应和损伤自修复等智能特性的多功能材料，根据这些特性可以有效的预报混凝土材料内部的损伤，满足结构白我安全检测需要，防止混凝土结构潜在的脆性破坏，能显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。近年来，损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土及仿生自愈合混凝土等一系列机敏混凝土的相续出现，为智能混凝土的研究和发展打下了坚实的基础。

1）自诊断智能混凝土

自诊断智能混凝土具有，压敏性和温敏性等性能。普通的混凝土材料本身并不具有自感应功能，但在混凝土基材中掺入部分导电相组分制成的复合混凝土可具备自感应性能。目前常用的导电组分可分为3类：聚合物类、碳类和金属类，而最常用的是碳类和金属类。碳类导电组分包括石墨、碳纤维及碳黑；金属类材料则有金属微粉末、金属纤维、金属片及金属网等。

2）自调节机敏混凝土

自调节机敏混凝土具有电力效应和电热效应等性能。Wittmann F H在1973年首先研究了力由变形产生电、电力，由电产生变形效应。Wittmann F H在做水泥净浆小梁弯曲时，通过附着在梁上下表面的电极可检测到电压，且对其逆反应一电力效应进行了研究，发现梁产生弯曲变形，改变电压的方向时，弯曲的方向也发生相应的变化。

机敏混凝土的力电效应、电力效应是基于电化学理论的可逆效应，因此将电力效应应用于混凝土结构的传感和驱动时，可以在一定范围内对它们实施变形调节。例如，对于平整度要求极高的特殊钢筋混凝土桥梁，可通过机敏混凝土的电热和电力自调节功能进行调节由于温度自重所引起的蠕变；机敏混凝土的热电效应使其可以方便的实时检测建筑物内部和周围环境温度变化，并利用电热效应在冬季控制建筑物内部环境的温度，可极大的促进智能化建筑的发展。

3）自修复机敏混凝土

混凝土结构在使用过程中，大多数结构是带裂缝工作的。含有微裂纹的混凝土在一定的环境条件下是能够自行愈合的，但自然愈合有其自身无法克服的缺陷，受混凝土的龄期、裂纹尺寸、数量和分布以及特定的环境影响较大，而且愈合期较长，通常对较晚龄期的混凝土或当混凝土裂缝宽度超过了一定的界限，混凝土的裂缝很难愈合。国内的研究表明，掺有活性掺和料和微细有机纤维的混凝土破坏后其抗拉强度存在自愈合现象；国外研究混凝土裂缝自愈合的方法是在水泥基材料中掺人特殊的修复材料，使混凝土结构在使用过程中发生损伤时，自动利用修复材料（粘结剂）进行恢复甚至提高混凝土材料的性能。美国伊利诺伊斯大学的Carolyn Dry采用在空心玻璃纤维中注入缩醛高分子溶液作为粘结剂，埋人混凝土中，制成具有自修复智能混凝土。当混凝土结构在使用过程中发生损伤时，空心玻璃纤维中的粘结剂流出愈合损伤，恢复甚至提高混凝土材料的性能。

9

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

3 新型绿色高性能混凝土的研究及工程应用

混凝土能否长期作为最大宗的建筑结构材料，关键在于能否成为绿色材料，绿色高性能混凝土应具有以下特征，更多地节约熟料水泥，减少环境污染，更多地掺加工业废渣为主的细掺料，更大地发挥高性能的优势，减少水泥与混凝土用量。

混凝土的绿色含量，着眼于混凝土的可持续发展，绿色高性能混凝土由于具有良好的性能与环境协调性，已成为混凝土产业未来发展方向。

本章主要就一些新型绿色高性能混凝土进行详细分析，阐述其主要概念、绿色化途径、优缺点及发展展望等内容。

3.1 高性能混凝土绿色化的途径

如何发展绿色混凝土，许多学者提出了许多中肯的意见和建议现归纳如下： 1）加强混凝土科研开发、标准制定、工程设计和施工人员等的环保意识，加大绿色概念的宣传力度，以引起混凝土工程领域各个环节的高度重视。

2）大力发展高标号熟料水泥生产，提高高标号熟料在整个熟料生产中的比重；研究改进熟料矿物组分，对传统的熟料矿物、水泥进行改性、改型发展生产能耗低的新品种，调整水泥产品结构，及发展满足配制高性能混凝土和绿色高性能混凝土要求的水泥，并在满足这一要求的前提下，尽量减少混凝土中的水泥用量；研究开发、改进、提高和发展水泥生产工艺及技术装备，采用新技术、新工艺、新装备改造淘汰落后技术和装备，以提高水泥质量，达到节能、节约资源的目的。

3）大力发展人造骨料，特别是利用工业固体废弃物粉煤灰、煤矸石生产制造轻骨料；积极利用城市固体垃圾，特别是拆除的旧建筑物和构筑物的废弃物混凝土、砖、瓦及废物，以其代替天然砂石料，减少砂石料的消耗。

4）更新传统的混凝土设计方法，提高施工质量意识，严格施工，以保证混凝土的施工质量。

5）研究和制定绿色高性能混凝土的设计规程、质量控制方法、验收标准、施工工艺等。

6）加强对绿色高性能混凝土配套技术的研究开发，使之向理想化发展，并使其适合于各种应用场合，扩大其应用范围。着重解决高性能混凝土和绿色高性能混凝土由于低水胶比引起的自收缩问题、进一步水化造成的裂纹问题、由于高强度带来的脆性问题等。

7）制定有关国家法律、政策，以保护和鼓励使用绿色高性能混凝土。

8）成立有关绿色高性能混凝土专门的研究、开发、推广、质量检验和控制的机构。

9）加强水泥混凝土行业与其它行业部门的协调，减少推广应用高性能混凝土和绿色高性能混凝土的阻力。

10）加强调查研究，开展大范围的工程调查。弄清目前在高性能混凝土和绿色高性能混凝土研究和应用中存在的主要问题、经验教训，制订相应的对策和计划。

10

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

3.2 绿色高性能混凝土的发展展望

HPC 是近一二十年才提出的,它的出现,把混凝土技术从经验技术转变为高科技,代表着当今混凝土发展的总趋势. 其特点集中表现为具有大流动性、高强度、高耐久性、低水化热、高体积稳定性等多方面的优越性能. 从强度而言,抗压强度大于C60的混凝土即属于高强混凝土. 提高混凝土强度是发展高层建筑、高耸结构、大跨度结构的重要措施.采用高强混凝土,可以减小截面尺寸,减轻自重,因而可获得较大的经济效益,而且高强度混凝土一般也具有良好的耐久性.

随着HPC的开发和应用, 建筑对生态环境产生的影响正引起社会的关注。建筑物在建造和运行的过程中需消耗大量的自然资源和能源,并对环境产生不同程度的影响。有专家指出, 作为建筑工业主要原料的水泥,实际上是一种不可持续发展的产品。因此,高性能混凝土的技术核心是在限制水泥用量以获得混凝土高性能的同时,坚持其可持续性的发展原则。21世纪前后, 吴中伟等提出了绿色混凝土的概念,在高性能混凝土的基础上增加了三个含义:1)节约资源、能源;2)不破坏环境,更有利于环境;3)可持续发展, 既要满足当代人的需求,又不危害后代人满足其需要的能力。大力开展绿色高性能混凝土的研究和应用高性能混凝土具有普通混凝土无法比拟的优良性能,对混凝土的发展将起重要作用, 并为HPC的发展指明了非常明确的方向。

在节材方面，如果能够将目前使用的钢材和混凝土提高一个强度等级，则可以获得明显的经济效益和社会效益。粗略计算，到2010年，仅通过推广应用高强钢和高性能混凝土，就可节省资金约596.94亿元，同时产生间接经济效益144.18～216.27亿元/年，合计可节约640～810亿元/年。另外，采用高强材料，可以提高施工作业效率，提高建筑质量，延长使用年限，减少维护使用费用，解决了建筑结构中肥梁胖柱问题，这样不仅能增加建筑使用面积，增大建筑使用空间，也可以使结构设计更加灵活，提高建筑使用功能。推广应用高强钢和高性能混凝土，在建设阶段可以节约钢材和混凝土，减少资源和能源的消耗量，进而减少二氧化碳、二氧化硫等有害气体和废渣的排放。据有关专家统计分析，节约1吨钢材可以节省电能300千瓦时、标准煤0.70吨，节约1吨水泥，可以节省电能110千瓦时、标准煤0.2吨。比照以上数据，到2010年，通过推广应用高强钢和高性能混凝土，则每年可节省电能58.56亿千瓦时、标准煤1120.2万吨，大量减少二氧化碳排放。

随着HPC的开发和应用, 建筑对生态环境产生的影响正引起社会的关注。建筑物在建造和运行的过程中需消耗大量的自然资源和能源,并对环境产生不同程度的影响。有专家指出, 作为建筑工业主要原料的水泥,实际上是一种不可持续发展的产品。因此,高性能混凝土的技术核心是在限制水泥用量以获得混凝土高性能的同时,坚持其可持续性的发展原则。21世纪前后, 吴中伟等提出了绿色混凝土的概念,在高性能混凝土的基础上增加了三个含义:1)节约资源、能源;2)不破坏环境,更有利于环境;3)可持续发展, 既要满足当代人的需求,又不危害后代人满足其需要的能力。大力开展绿色高性能混凝土的研究和应用高性能混凝土具有普通混凝土无法比拟的优良性能,对混凝土的发展将起重要作用, 并为HPC的发展指明了非常明确的方向。

11

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

4 工程实例分析

如果把混凝土材料归纳为用途、施工性能及耐久性三方面,未来展望如表所示。

12

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

工程概略

沙坡头黄河特大桥位于宁夏回族自治区中卫市常乐镇小湾村西侧，处于黄河黑山峡峡谷河段，向西穿越腾格里沙漠东南活动沙丘与孟家湾段道路相接，是上海至武威公路中宁至营盘水高速公路逾越黄河的一座特大桥梁。黄河大桥起自K58+347，终至K59+688.5，全长1341.5m。中宁岸引桥采用9孔40m先简支后连续预应力混凝土箱梁；主桥采用（65+2×120+65）m预应力混凝土连续钢构箱梁；孟家湾岸引桥采用15孔40m先简支后连续预应力混凝土箱梁。主桥墩采用矩形薄壁空心墩，墩身中间采用两系梁衔接，根底采用18根2.0m钻孔灌注多排桩。桥址区属黄河上游，桥位处河面宽为200m～250m，施工常水位H=1241.20m，水深7.0～8.0m。

沙坡头黄河特大桥主桥11#墩位于黄河中间，墩身高度55.4m，墩身底单柱截面尺寸为8.0×2.0m，采用双柱矩形薄壁空心墩构造方式，根底采用18根64m长直径2.0m的钻孔灌注多排桩，承台尺寸28.8×13.2×4 m3（长×宽×高）。承台混凝土的设计强度为30MPa，承台混凝土设计总方量为1520.64m3，属于大致积的混凝土。承台采用钢套箱施工，钢套箱内部尺寸为29.0×13.4×8.5 m3，混凝土浇筑采用泵送的施工办法，混凝土浇筑开端时间7月21日16：45时，完毕时间7月23日17:00时,浇筑时间48小时，混凝土浇筑量1684m3。

由于墩承台所处的特殊位置及庞大的体积，决议混凝土必需具有高抗渗性、良好的工作性能、优越的耐久性，因而在主桥承台施工中针对性采用了掺有粉煤灰的高性能混凝土。

高性能混凝土在高层建筑中的应用 高性能混凝上（﹥60MPa）首先用于30层以上高层建筑物的钢筋混凝土结构，因为这种建筑物下部三分之一的柱子，在用普通混凝土时断面很大。除节省材料费用外，与钢结构相比，加快施工速度也是采用混凝土结构的重要特点，自美国芝加哥在1965年以50MPa混凝土浇注Lake Point Tower的一些柱子以来，北美和其他国家到处都在用高性能混凝土建造高层建筑。芝加哥79层的Water Tower P1ace大楼柱子采用了60MPa混凝土；多伦多的Scotia Plaza Building和西雅图的Two Union Square Building（1998年建）两座建筑物则分别有90和120MPa强度的高性能混凝土柱子。另外，世界上最深的钻井平台即1998年建成的比著名的埃菲尔铁塔还高的挪威Troll平台使用的就是超高强混凝土，其立方体抗压强度超过100MPa；当今世界第三高的建筑物——马来西亚首都吉隆坡的双子塔(petronas towers)，采用的是C80混凝土；我国的上海东方明珠电视塔也是采用C60混凝土建造而成。

高性能混凝土在性能上尚存在的问题

配制高性能混凝土的特点是低水胶比并掺有足够数量的矿物细掺合料和高效减水剂，从而使混凝士具有综合的优异的技术特性，但由此也产生了几个值得重视的性能缺陷。

混凝土早期裂缝问题。

高性能泥凝土，尤其是高强度的高性能泥凝土，混凝土早期收缩较大，易造成泥凝土的早期开裂，使渗透性降低，严重危害混凝土的耐久性。目前，有效地抑制泥凝土早期干缩微裂及离折裂纹产生的主要途径包括：降低泥凝土的单方用水量；增加矿物超细粉用量，减小水泥胶凝材料用量，在泥凝土中引入微小气孔，

13

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

减小混凝土总收缩值；在混凝土中掺入纤维，避免连通毛细孔的形成：加强混凝土的早期湿养护等。

脆性问题

高强混凝土随着强度的大幅度增长，弹性模量有所增长，但增长的比例远小于强度增长的比例，极限应变显著缩小，由此体现出较强的脆性。普通混凝土的应变达到3‰时，承载能力能保持一半以上。而对于高强混凝土，实际承载力已近于零。由此种混凝土构筑的建筑物的抗震性能是很差的，特别是面对日异加高的建筑更是不利，由此也将制约高强高性能混泥土的推广。

混凝土流动性损失问题。

混凝土流动性损失问题主要是由高效减水剂与水泥之间的相容性不好造成的。由于水泥颗粒表面对减水剂有吸附作用，当水泥浆体中残余减水剂浓度降低至不足以起到分散作用时，随着水泥水化，水泥浆体的流动性损失很快。解决的办法是保持减水剂在泥凝土的水泥浆体中具有一定的残余浓度，包括物理和化学两种途径。物理途径包括减水剂的后掺法、多次添加法、矿物载体缓慢释放方法等，但在工程应用过程中不太方便，影响混凝土的质量：化学途径较多，复合缓凝剂在一定程度上可以减缓泥凝土流动性损失，通过复合或合成的高性能减水剂， 可以较好地控制混凝土坍落度损失，对混凝土硬化影响较小。

14

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

5 结论与展望

高性能混凝土的研究与开发应用，对传统混凝土的技术性能有了重大的突破，对节能、工程质量、工程经济、环境与劳动保护等方面都具有重大的意义。可以预期，高性能混凝土在工程上的应用领域将迅速扩大，并取得更大、更多的技术经济效益。

本文着重介绍了高性能混凝土的发展过程及应用现状。本文认为随着社会的发展，高层建筑、大跨桥粱、港口建筑等多种薄形结构将会大量涌现，国内外应用高性能混凝土建造的工程将越来越多，由于高性能混凝土的高强度，高耐久性和高工作性满足了现代建筑的需求。纳米混凝土、再生混凝土、免振捣自密实高性能混凝土等都是绿色高性能混凝土。绿色高性能混凝土已被广泛应用于市政工程、民用建筑和工业建筑，与普通混凝土相比，高性能混凝土具有更好的施工性能和耐久性，同时可以更多地利用工业废渣及其它废弃物，有良好的经济指标和环保意义，因此，绿色高性能混凝土是混凝土的发展方向。

15

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板

参考文献

[1] 吴中伟.高性能混凝土.北京:中国铁道出版社,1999.

[2] 吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土.北京:中国铁道出版社，1999.

[3] 丁大钧.高性能混凝土及其在工程中的应用.北京:机械工业出版社,2007. [4] 俞瑞堂．高性能混凝土的发展与展望[M]．水利水电工程设计，1997.

[5] 陈肇元.等.混凝土结构耐久性设计与施工指南[M].北京:中国建筑工业出版社，2004. [6] 卞春丽,梁晓平.高性能混凝土技术特点及应用[J].山西建筑 2007 . [7] 陈家辉.高性能混凝土应用现状及其前景[J]广东土木与建筑, 2000,(05). [8] 冯乃谦．高强混凝土技术的发展和现状[J]．混凝土与水泥制品，1992. [9] 龚洛宾．我国混凝土技术的现状与发展[J]．建筑技术，1999.

[10] 杨勇．浅谈高性能混凝土的特点及应用[J]．中国科技博览，2009. [11] 刘艳文．浅谈高性能混凝土的发展现状[J]．科技资讯，2009.

[12] 张万标．高性能混凝土的研究现状和发展方向[J]．科技博览，2008.

16

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/d38d.html