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、組成材料、水膠比、微觀結構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系。 關鍵詞: 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)是在高強混凝土(High strength concrete,簡稱HSC)的基礎上發(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)混凝土性能的基礎上采用現(xiàn)代混凝土技術,選用優(yōu)質原材料,除水泥、水、集料外,必須摻加足夠數(shù)量的活性細摻料和高效外加劑的一種新型高技術混凝土”。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度、高耐久性、高流動性等多方面的優(yōu)越性能。高強度、高工作性、高耐久性這三項指標,構成了“高性能混凝土”所具備“三高(即3H)”的性能指標。但目前,高性能混凝土的概念又有新的變化,清華大學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際中也得到了應用。因此,高性能混凝土并不一定強調高強,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 特征指標不同普通混凝土以抗壓強度作為最基本的特征,即強度是普通混凝土配合比設計和生產(chǎn)需要的唯一指標;而高性能混凝土則以耐久性作為主要指標,同時還有強度、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上,大量增加化學外加劑和礦物摻合料,使其性能得到質的變化。外加劑、礦物摻合料等輔助配料已被確認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,而是向著復摻、復合型的方向發(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、消除絮凝結構的作用,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。2)礦物摻合料也由簡單的使用未加工過的單一品種,向著磨細深加工、復合化的方向發(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,因細度不夠,品質不佳,使得火山灰反應程度有限,其主要貢獻是微集料效應和填充效應。而對于HPC,則采用品質優(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,增加密實度;能與水泥水化產(chǎn)物中的薄弱結晶Ca(OH)2發(fā)生火山灰反應,形成對強度和耐久性有益的水化硅酸鈣凝膠,有抑制有害化學反應的作用。2.3水膠比不同這是普通混凝土與HPC在耐久性和強度方面的本質區(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微觀結構不同混凝土是一種具有不同孔隙的多孔體。毛細孔和凝膠體數(shù)量是決定混凝土強度和耐久性的重要因素。毛細孔越少,混凝土越密實,耐久性越好,反之越差;而凝膠體數(shù)量越多,混凝土的強度越高,反之越低。相比普通混凝土,采用低水膠比的HPC,硬化后毛細孔數(shù)量顯著減少；而超細摻合料改善粉體集料的級配,也大幅度減少毛細孔數(shù)量,使HPC形成高度致密的微觀結構。此外,超細摻合料的活性大,火山灰反應強烈,消耗掉大量的Ca(OH)2,產(chǎn)生較多的凝膠體量,使得強度得到提高；同時,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具有高強度、高耐久性及高工作性等宏觀性能。HPC的高耐久性比高強度更有優(yōu)勢,因毛細孔的減少和粉料的合理級配使其微觀結構達到相當致密的狀態(tài),外界有害介質很難侵入,即使對遭受海水腐蝕的海上鉆井平臺和跨海大橋也能達到很高的耐久性。清華大學的研究表明3,經(jīng)過合理的設計,高性能混凝土在海洋環(huán)境中能達到100年以上的耐久性,其耐久性之高是普通混凝土難以達到的。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,一般具有高強度、高工作度、高體積穩(wěn)定性和高抗?jié)B性,可以為基礎設施工程提供100年200年甚至更長的使用壽命。在配制HPC時,必須盡快修改我國的工程技術規(guī)范,將按強度設計的傳統(tǒng)模式轉變?yōu)橐阅途眯栽O計為主、強度設計為輔的設計原則。HPC的高耐久性是至關重要的,其關鍵在于:1)改變混凝土孔結構,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,提高混凝土抗化學侵蝕的能力。在實際工程中,人們應該加強對HPC耐久性的重視,采取必要的工程技術措施。高性能混凝土的配制特點:1)低水膠比(即水與膠結材料的重量之比,一般低于0.4或0.38),同時使混合料的坍落度達到20 cm以上;2)較低的水泥用量,選用優(yōu)質材料,并以化學外加劑與礦物細摻料作為除水泥、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填充結構。采用低水膠比,是為了降低混凝土的水化熱、增強硬化前后混凝土的體積穩(wěn)定性,同時是摻用礦物細摻料的要求,也是高性能混凝土實現(xiàn)高耐久性的關鍵。硅灰、粉煤灰及高爐礦渣微粉等摻合料拌和在混凝土中,會產(chǎn)生填充效應、潤滑效應及增強效應,使混凝土更加密實,大大降低水分及有害物質的滲透,有利于提高其工作性、體積穩(wěn)定性和抗化學侵蝕性；也有利于提高混凝土的強度和耐久性。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礦物粉料,加大了膠結料的需水量,因此應加入高效減水劑以滿足工程結構對高性能混凝土的要求,即在大幅度減水的同時獲得滿意的和易性及較高的強度,同時使混凝土在低水灰比條件下獲得很高的坍落度。超疊加效應已存在于外加劑與外加劑、外加劑與礦物細摻料的復合使用中,將兩種萘系高效減水劑按照一定的比例復合使用,可使復合后各組分間的作用相互調節(jié),從而達到發(fā)揮各自優(yōu)勢的目的,其綜合效果超過兩種外加劑單獨使用的效果總和。目前,高性能混凝土一般采用“雙摻”技術制備,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、強度得到很大地改善。4 結語隨著社會的發(fā)展,高層建筑、大跨橋梁、港口建筑等多種薄形結構大量涌現(xiàn),國內外應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度、高耐久性和高工作性滿足了現(xiàn)代建筑的需求,必定會得到更大范圍的推廣和應用,真正成為21世紀的混凝土。參考文獻：1吳中偉.高性能混凝土綠色混