高性能混凝土耐久性.總結(jié)

1、現(xiàn)代混凝土新理論與新技術(shù)課程論文結(jié)構(gòu)工程張慶武高性能混凝土耐久性摘要：本文首先從高性能混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗硫酸鹽侵蝕性以及堿 -骨料等方面等進(jìn)行探討， 分析了引起混凝土破壞的原因以及影響耐久性的因素。 然后從高性能混凝土的組成材料入手， 分析了原材料的選擇對高性能混凝土耐久性能的影響。最后從設(shè)計和施工養(yǎng)護(hù)等方面， 進(jìn)一步探討了高性能混凝土作為新型的優(yōu)質(zhì)材料提高其耐久性的必要性和有效措施。關(guān)鍵詞：高性能混凝土，耐久性，摻加料1 論文研究背景混凝土從問世以來， 經(jīng)歷了低強(qiáng)度、 中等強(qiáng)度、 高強(qiáng)度乃至超高強(qiáng)度的發(fā)展歷程，似乎人們總是樂于追求強(qiáng)度的不斷提高。 但是近四五十年以來， 混凝土結(jié)構(gòu)因材

2、質(zhì)劣化造成過早失效以至破壞崩塌的事故在國內(nèi)外都屢見不鮮， 并有愈演愈烈之勢?；炷凉こ痰倪^早破壞， 其原因除了強(qiáng)度不足外， 還因為混凝土耐久性不良。例如，在日本海沿岸， 許多港灣建筑、 橋梁等，建成后不到 10 年的時間，混凝土表面即出現(xiàn)開裂、剝落，鋼筋銹蝕外露。美國：美國國家材料顧問委員會 1987 年提交的報告報道，約有 25.3 萬座混凝土橋面板出現(xiàn)不同程度的破壞（其中部分使用不到 20 年），而且每年還以 3.5 萬座的速度遞增 1；同年 Litvan 和 Bickley 發(fā)表了對加拿大停車場的檢測報告，發(fā)現(xiàn)大量停車場的服務(wù)壽命遠(yuǎn)比預(yù)期的短很多。美國 1991 年在提交國會報告國家公路

3、和橋梁現(xiàn)狀 中指出，美國當(dāng)時的全部混凝土工程價值約 6 萬億美元，而每年用于維修的費(fèi)用高達(dá) 300 億美元；南非 1981 年用于拆換橋梁、擋土墻、墩柱、路面、路緣、蓄水壩、系樁柱、防波堤、電桿基礎(chǔ)等的經(jīng)費(fèi)就超過 2700 萬英鎊，這些結(jié)構(gòu)物多是在建成后 3-10 年內(nèi)就發(fā)現(xiàn)開裂破壞。我國基本建設(shè)比發(fā)達(dá)國家遲三十多年， 但已建的一些工程也有類似令人堪憂的狀況，有不少混凝土工程使用壽命遠(yuǎn)低于設(shè)計要求。據(jù)統(tǒng)計，在我國現(xiàn)有的近70 億平方米的城鎮(zhèn)建筑物中， 有 50%進(jìn)入老化階段， 其中約有 10-12 億平方米需經(jīng)加固改造才能安全使用。 1989 年，建設(shè)部科技發(fā)展司混凝土結(jié)構(gòu)耐久性綜合調(diào)查組對北

4、京、西寧、貴陽和杭州的一些建筑物進(jìn)行了調(diào)查，其結(jié)果表明，建國初期的建筑均已達(dá)到必須大修的狀態(tài)， 現(xiàn)有大多數(shù)工業(yè)建筑不能滿足安全、 經(jīng)濟(jì)使用 50 年的要求，一般使用 25-30 年就需大修加固。我國混凝土工程的過早破壞 ,有的是結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理引起 ,有的是荷載的不利變化造成 ,但更重要的原因是由于混凝土耐久性不良 ,造成使用不久結(jié)構(gòu)承載力就達(dá)到極限狀態(tài) ,某一偶然的荷載造成結(jié)構(gòu)物的必然破壞。如果對混凝土耐久性理念認(rèn)識不足 ,缺乏必備的材料組成設(shè)計、施工方法、技術(shù)措施和質(zhì)量控制方案 ,就會使很多工程在建成時就埋下了耐久性不足的隱患 ,將會在其運(yùn)營期和后期維護(hù)中付出巨大的經(jīng)濟(jì)代價。因此 ,重視并開

5、展混凝土的耐久性研究 ,使混凝土朝著以耐久性為核心的高性能化方向發(fā)展 ,對確保混凝土工程使用壽命 ,推進(jìn)我國建筑科技發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐具有極其重要的意義。2 高性能混凝土的概述2.1 高性能混凝土的定義高性能混凝土是在 20 世紀(jì) 80 年代未 90 年代初才出現(xiàn)的 ,其定義沒有明確規(guī)定 , 不同國家及領(lǐng)域的學(xué)者根據(jù)各自的認(rèn)識、 研究、實踐、應(yīng)用范圍和目的要求的差異 ,對高性能混凝土有不同的定義和解釋，例如：（1）美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所 (NIST)與美國混凝土協(xié)會 (ACI)于 1990 年 5 月召開的討論會上提出 :高性能混凝土是具有某些性能要求的勻質(zhì)混凝土，必須采用嚴(yán)格的施工工藝，采

6、用優(yōu)質(zhì)材料配制的，便于澆筑振搗，不離析，力學(xué)性能穩(wěn)定，早期強(qiáng)度高， 具有韌性和體積穩(wěn)定性等性能的耐久的混凝土， 特別適用于高層建筑、橋梁以及暴露在嚴(yán)酷環(huán)境中的建筑結(jié)構(gòu)。（2）1990 年美國 Mehta P K 認(rèn)為 :高性能混凝土不僅要求高強(qiáng)度，還應(yīng)具有高耐久性 (抵抗化學(xué)腐蝕 )等其他重要性能， 例如高體積穩(wěn)定性 (高彈性模量、 低干縮率、低徐變和低的溫度應(yīng)變 )、高抗?jié)B性和高工作性。（3）1992 年法國 Malier Y A 認(rèn)為 :高性能混凝土的特點(diǎn)在于有良好的工作性、高的強(qiáng)度和早期強(qiáng)度、工程經(jīng)濟(jì)性高和高耐久性，特別適用于橋梁、港工、核反應(yīng)堆以及高速公路等重要的混凝土結(jié)構(gòu)物。（4）1

7、992 年日本小澤一雅和岡村甫認(rèn)為 :高性能混凝土應(yīng)具有高工作性 (高流動性、黏聚性與可澆筑性 )、低干縮率、高抗?jié)B性和足夠的強(qiáng)度。（5）1992 年日本 Sarkar S L 提出 :高性能混凝土具有較高的力學(xué)性能 (如抗壓、抗折、抗拉強(qiáng)度 )、高耐久性 (如抗凍融循環(huán)、抗碳化和抗化學(xué)侵蝕 )、高抗?jié)B性，屬于水膠比很低的混凝土家族。以上幾種觀點(diǎn)是針對于高性能混凝土比較有代表性的幾種， 現(xiàn)在普遍得到認(rèn)同的是 :高性能混凝土 (High Performance Concrete,簡稱 HPC)是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院、美國混凝土學(xué)會 (ACI)于 1990 年 5 月提出的，是以耐久性指標(biāo)為

8、基本要求，在采用常規(guī)材料和工藝制造的水泥混凝土中摻入一定量的礦物摻合料和專用復(fù)合外加劑， 取用較低的水膠比和較少的水泥用量， 并在施工時采取嚴(yán)格質(zhì)量控制措施制備滿足力學(xué)性能要求，具有較高耐久性和良好工作性的混凝土。綜合以上論點(diǎn)， 結(jié)合我國國情和具體行業(yè)情況， 吳中偉對高性能混凝土提出以下定義：高性能混凝土是一種新型高技術(shù)混凝土， 是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土， 它以耐久性作為設(shè)計的主要指標(biāo)。針對不同用途要求 ,高性能混凝土對下列性能有重點(diǎn)地予以保證：耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性。為此，高性能混凝土在配制上的特點(diǎn)是低水膠比，選用優(yōu)質(zhì)原材料

9、，并除水泥、水、集料外，必須摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效外加劑。2.2 高性能混凝土的特點(diǎn)（1）工作性能好。高性能混凝土拌和物具有良好的和易性， 不泌水，不離析，坍落度、擴(kuò)展度、坍落度損失等指標(biāo)均好于普通混凝土。 從而保證在施工過程中新拌混凝土的工作性能 ,提高硬化后混凝土的耐久性。（2）硬化過程中體積穩(wěn)定，水化熱低 ,溫度峰值及時間可形成梯度，冷卻時收縮小，硬化后體積致密，不會因為膨脹或收縮產(chǎn)生微觀裂縫。（3）高性能混凝土可對同標(biāo)號的普通混凝土力學(xué)性能加以改善。如提高不同時期的強(qiáng)度，提高彈性模量，減小徐變系數(shù)等。（4）大量使用粉煤灰、硅粉、礦渣等礦物摻合料是配制高性能混凝土不可或缺的環(huán)節(jié)，

10、同時使用高效減水劑 2。這些都是使混凝土高性能化的重要環(huán)節(jié)，并能減少工業(yè)廢料的污染。（5）耐久性大大提高。高性能混凝土不一定是高強(qiáng)的，但其工作性能、耐久性等必須是好的。這也是其與普通混凝土的最重要區(qū)別。因此 ,高強(qiáng)混凝土不一定是高性能混凝土， 高性能混凝土也不一定是高強(qiáng)的。 這個“高”指的是性能好 , 耐久性好。2.3 高性能混凝土的性能耐久性混凝土的耐久性破壞主要有：混凝土碳化、氯離子侵蝕、鋼筋銹蝕、堿-骨料反應(yīng)、凍融破壞等。混凝土碳化是指由大氣環(huán)境中的二氧化碳引起的混凝土 pH 值下降的過程， 碳化的主要負(fù)面影響是引起鋼筋的銹蝕問題。 氯離子侵蝕是指在混凝土生產(chǎn)或結(jié)構(gòu)使用過程中侵入氯離子，

11、 當(dāng)混凝土中的氯離子含量達(dá)到一定限值時，會促成混凝土中鋼筋的銹蝕。 鋼筋銹蝕是鋼筋表面鈍化膜破壞后在水和氧氣充足的情況下發(fā)生的電化學(xué)銹蝕， 鋼筋銹蝕會減小鋼筋的有效面積， 導(dǎo)致混凝土保護(hù)層膨脹脫落，破壞鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)，影響結(jié)構(gòu)物的安全性。堿 -集料反應(yīng)是指混凝土中的堿與具有活堿性的骨料之間發(fā)生膨脹性反應(yīng)，反應(yīng)后混凝土體積膨脹、 力學(xué)性能下降。 凍融破壞是指混凝土在飽水狀態(tài)下因凍融循環(huán)產(chǎn)生的破壞作用， 其破壞作用主要是使混凝土發(fā)生凍脹開裂和表面剝蝕，危害結(jié)構(gòu)物的安全。 絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)的破壞是由于氯離子侵入混凝土鋼筋表面，引起鋼筋銹蝕， 破壞鋼筋與混凝土間粘結(jié)力， 同時產(chǎn)生膨脹破壞混凝土保護(hù)

12、層，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。目前，對于HPC 耐久性的評定沒有統(tǒng)一的指標(biāo)和方法，對其進(jìn)行試驗和評價基本仍沿用普通混凝土的方法和指標(biāo) 3。對于 HPC的耐久性的安全使用期限， HPC 可以保證重要建筑在不利環(huán)境中使用 100 年，在正常環(huán)境使用 200 年，在特殊環(huán)境使用 300 年，而混凝土建筑的使用壽命可以預(yù)期達(dá)到 500 年。馮乃謙通過測量摻加礦物超細(xì)粉的 HPC 的導(dǎo)電量評判其抗氯離子滲透性明顯提高；東南大學(xué)通過摻加粉煤灰等活性摻料配制不同配合比的 C55的 HPC，并對其進(jìn)行長期耐久性、收縮、抗?jié)B、碳化、鋼筋銹蝕等試驗，表明摻加粉煤灰可以提高混凝土的長期耐久性。工作性坍落度是評價混凝土工作性的主

13、要指標(biāo)，反應(yīng)混凝土拌和物在重力作用下的流動和變形能力。 HPC的坍落度控制功能好， 但由于其在配制過程中加入了減水劑和礦物質(zhì)超細(xì)粉， 在與普通混凝土在坍落度相同的情況下，粘度較大，僅采用坍落度尚不足以完全反應(yīng)HPC的施工性能，但目前尚未有專門針對HPC的檢測標(biāo)準(zhǔn)。在振搗的過程中， HPC 粘性大，粗骨料的下沉速度慢，在相同振動時間內(nèi)，下沉距離短，穩(wěn)定性和均勻性好。同時，由于HPC 的水灰比低，自由水少，且摻入超細(xì)粉，基本上無泌水，其水泥漿的粘性大，很少產(chǎn)生離析的現(xiàn)象。而自密實混凝土不需機(jī)械振搗， 在施工現(xiàn)場無振動噪聲， 可進(jìn)行夜間施工， 混凝土質(zhì)量均勻，鋼筋布置較密或者構(gòu)件體型復(fù)雜時也可進(jìn)行澆

14、筑，施工速度快， 現(xiàn)場勞動小。力學(xué)性能混凝土的強(qiáng)度有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度等。由于混凝土是一種非均質(zhì)材料， 強(qiáng)度受諸多因素的影響， 但各種強(qiáng)度之間有一定的關(guān)系，一般可以用抗壓強(qiáng)度的關(guān)系表現(xiàn)。水灰比是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素，對于普通混凝土 ,隨著水灰比的降低，混凝土的抗壓強(qiáng)度增大，但對于 HPC，由于低水灰比下存在攪拌困難、 振搗不充分等問題， 其強(qiáng)度提高不是無限制的， 最高達(dá)到水泥的強(qiáng)度界限。 高效減水劑是 HPC必需成分，其對水泥的分散能力強(qiáng)、減水率高，可大幅度降低混凝土單方用水量 4。在 HPC中摻入礦物超細(xì)粉可以填充水泥顆粒之間的空隙，改善界面結(jié)構(gòu)，提高混凝土

15、的密實度，提高強(qiáng)度，不同種類的礦物超細(xì)粉的最優(yōu)置換率和對強(qiáng)度的影響不同。 HPC對力學(xué)性能的要求不僅體現(xiàn)在高強(qiáng)度上， 還體現(xiàn)在高強(qiáng)度質(zhì)量上， 即要求強(qiáng)度的分散性小， 后期的強(qiáng)度增長穩(wěn)定。體積穩(wěn)定性混凝土的體積穩(wěn)定性是指混凝土在抵抗物理、 化學(xué)作用下產(chǎn)生變形的能力。 混凝土的體積變形包括收縮變形、 彈性變形、 徐變變形和溫度變形。 收縮變形是混凝土的固有特性， 不均勻的收縮變形會引起混凝土的內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生裂縫， 影響強(qiáng)度和耐久性；彈性變形是所有材料共有的變形，彈性模量越大，變形越?。恍熳冏冃问腔炷猎诤奢d作用下隨時間增加而產(chǎn)生的不利變形，會影響結(jié)構(gòu)的使用安全；溫度變形是指混凝土在約束條件下熱脹冷縮或

16、者因內(nèi)外溫差而產(chǎn)生的變形。 體積穩(wěn)定性不良的混凝土?xí)a(chǎn)生收縮開裂， 使混凝土的抗?jié)B性及其物理、 化學(xué)、力學(xué)性能降低，耐久性下降。 影響混凝土體積穩(wěn)定性的因素很多， 包括水泥顆粒的細(xì)度、用水量、骨料情況等。 HPC的干縮隨著水灰比的增大而略有增大，骨料情況是影響干縮的最主要因素， 骨料的體積含量越大、 粒徑越大，混凝土的干縮越小，不同種類高效減水劑對干縮的影響也不同，硅粉、粉煤灰等會降低干縮，沸石、頁巖灰等會增大干縮。 混凝土在使用過程中會發(fā)生徐變， HPC的徐變較普通混凝土明顯減低，并隨強(qiáng)度的提高，最終單位徐變減小。經(jīng)濟(jì)性HPC較高的強(qiáng)度、 良好的耐久性和工藝性都能使其具有良好的經(jīng)濟(jì)性。 HP

17、C良好的耐久性可以減少結(jié)構(gòu)的維修費(fèi)用， 延長結(jié)構(gòu)的使用壽命， 收到良好的經(jīng)濟(jì)效益；HPC的高強(qiáng)度可以減少構(gòu)件尺寸，減小自重，增加使用空間，有研究表明采用 C30C60 可減少 1/3 的自重，采用 C60C80 可減少 1/4 的自重； HPC良好的工作性可以減少工人強(qiáng)度，加快施工速度，減少成本。前蘇聯(lián)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)用C110C137 的 HPC 替代 C40C60 的混凝土，可以節(jié)約 15%25%的鋼材和30%70%的水泥。雖然 HPC本身的價格偏高，但是其優(yōu)異的性能使其具有了良好的經(jīng)濟(jì)性。2.4 高性能混凝土的發(fā)展前景高性能混凝土 (HPC)具有優(yōu)良的耐久性、工作性和強(qiáng)度，在最近十多年中已經(jīng)

18、被工程界所接受，并認(rèn)為是新型高技術(shù)混凝土，是今后混凝土的發(fā)展方向。 HPC 在工程應(yīng)用的推廣中，首先面臨的是 HPC 較普通混凝土要高的造價，由于材料成本以及質(zhì)量控制嚴(yán)格， HPC 的價格必然會高于普通混凝土，但是如果從工程總造價上進(jìn)行比較，就會發(fā)現(xiàn)其實 HPC 的應(yīng)用可以令其它方面更加經(jīng)濟(jì)，比如節(jié)省鋼筋、加快模板周轉(zhuǎn)等等。 所以我們相信當(dāng)人們樹立起安全、 環(huán)保的概念以后，HPC 的市場將會更大。目前，對于 HPC 的設(shè)計規(guī)程和驗收標(biāo)準(zhǔn)還未取得統(tǒng)一，各國、各地區(qū)和不同學(xué)者對 HPC 涵義的理解和見解也不完全一致。多數(shù)人認(rèn)為如果要求 HPC 必須具有高強(qiáng)度，那么很可能會限制 HPC 的應(yīng)用范圍，

19、目前應(yīng)根據(jù)用途和經(jīng)濟(jì)合理等條件對 HPC 的性能有所側(cè)重，它的強(qiáng)度標(biāo)號可以向中等標(biāo)號適當(dāng)延伸， 但以不損及混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的發(fā)展高耐久性為度， 將工作性放在首位。擴(kuò)大 HPC 的強(qiáng)度范圍，使 HPC 得到更廣泛的推廣 5。HPC不僅在性能上對傳統(tǒng)混凝土有很大突破，在節(jié)約資源、能源、改善勞動條件、經(jīng)濟(jì)合理等方面，尤其對環(huán)境，有著十分重大的意義，因此是一種可持續(xù)發(fā)展的綠色材料。綠色高性能混凝土這一概念的提出進(jìn)一步指明了混凝土的發(fā)展方向，也使混凝土工作者明確提高 HPC 的綠色含量，節(jié)約能源，減少環(huán)境破壞是下一步的工作目標(biāo) 6。綜上所述，高性能混凝土就是具有優(yōu)異耐久性的混凝土。 其主要特點(diǎn)是高的強(qiáng)度、

20、高的抗?jié)B性、高的工作性能與體積穩(wěn)定性。目前，國內(nèi)外高性能混凝土的開發(fā)研究發(fā)展迅速， 如何實現(xiàn)高性能混凝土一直在探索中， 要實現(xiàn)高性能混凝土必須經(jīng)過正確選擇原材料；合理的工藝參數(shù)；施工工藝的控制； HPC的性能等主要途徑。3 高性能混凝土耐久性影響因素分析3.1 高性能混凝土耐久性概述水泥基材料的耐久性可定義為：在使用過程中經(jīng)受 (抵抗 )各種破壞因素的作用(破壞力 )而能保持其使用功能的能力。因此，耐久性涉及兩個方面：一是引起破壞的作用力或破壞力； 一是材料對破壞作用的抵抗力。 兩種力對抗的結(jié)果決定了材料是否耐久。如果抵抗力總是大于破壞力， 則材料的耐久性始終可以得到保證。影響高性能混凝土耐久

21、性的原因常見的破壞因素有： (1)凍融循環(huán)作用； (2)鋼筋銹蝕作用； (3)碳酸鹽化的作用；(4)淡水融蝕作用； (5)鹽類侵蝕作用； (6)堿-集料反應(yīng)；(7)酸堿腐蝕作用； (8)沖擊、磨損等機(jī)械破壞作用等。如何有效的預(yù)防和抵抗這些破壞因素的破壞力， 是解決混凝土耐久性問題的關(guān)鍵。對于耐久性問題， 幾十年來曾進(jìn)行了大量的研究工作， 但由于研究思想與方法上存在缺點(diǎn)，收效不大。這也是耐久性問題愈來愈嚴(yán)重的一個原因。因耐久性能涉及方面很多， 現(xiàn)僅對抗?jié)B性、 凍融破壞、 抗碳化性能和抗硫酸鹽侵蝕以及堿 -集料反應(yīng)等方面進(jìn)行論述。3.2 高性能混凝土的滲透性混凝土的抗?jié)B性是指混凝土在壓力水的作用下

22、抵抗?jié)B透的能力。 混凝土阻止水向內(nèi)部流動的能力越好， 混凝土抗?jié)B性越好。 如抗?jié)B性不好的混凝土， 溶液性的物質(zhì)能浸透混凝土，使混凝土的耐久性降低 7。滲透性與耐久性息息相關(guān)，抗?jié)B性良好的混凝土可以抵御一切外來侵蝕介質(zhì)的影響，大大提高混凝土的耐久性。滲透性作為耐久性的一個重要方面， 也直接影響其它因素對混凝土的破壞。 因此，對混凝土的滲透性進(jìn)行評價顯得尤為重要。（1）水灰比越低，滲透性越低，抗?jié)B性越好。（2）水泥水化越充分，水泥石越致密，孔隙率越小，抗?jié)B性越好。（3）單摻粉煤灰時，強(qiáng)度隨摻量增加而下降， 滲透電量先下降，摻量達(dá)到 30-40% 左右，滲透電量達(dá)到最低點(diǎn)，然后隨摻量增加滲透電量升高

23、。（4）單摻礦粉，摻量在 60%以前，強(qiáng)度變化不大， 但 90d 滲透電量逐漸下降，能夠很好滿足低氯離子滲透混凝土要求； 隨摻量進(jìn)一步增加， 強(qiáng)度迅速下降， 滲透電量相應(yīng)下降，但力學(xué)指標(biāo)不滿足工程混凝土要求。（5）采取礦粉、粉煤灰復(fù)摻可以配制低氯離子滲透混凝土。3.3 高性能混凝土的抗凍性抗凍性是指混凝土在水飽和狀態(tài)下能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不被破壞的性能。在寒冷地區(qū)， 混凝土受凍融循環(huán)破壞往往是導(dǎo)致混凝土劣化的主要因素。 抗凍性可間接反映混凝土抵抗環(huán)境水浸入和抵抗冰晶壓力的能力， 因此，抗凍性常作為混凝土耐久性的指標(biāo)。（1）水灰比是決定混凝土組織致密性，也既是決定孔結(jié)構(gòu)特性的基本因素，水分的

24、凍結(jié)與混凝土細(xì)孔孔徑有相關(guān)性，水灰比低，混凝土越致密，抗凍性越好。（2）骨料特別是細(xì)骨料，引入混凝土中氣泡的特性給予抗凍性很大的影響?；炷了冶认嗤B(yǎng)護(hù)條件相同，使用的骨料不同，抗凍性不同。其對抗凍性的作用，主要是吸水率的影響。（3）高性能混凝土具有抵抗凍融循環(huán)的能力，在高性能混凝土中，摻用微細(xì)活性材料置換部分水派，經(jīng)凍融循環(huán)后，混凝土強(qiáng)度減低很少，甚至略有提高，說明低溫下水泥繼續(xù)水化。3.4 高性能混凝土抗硫酸鹽腐蝕性混凝土中的組成成分多種多樣， 常常能與外界有害物質(zhì)發(fā)生復(fù)雜多變的化學(xué)反應(yīng)而引起混凝土的性能劣化。 特別是隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展， 有害物質(zhì)與日俱增。 許多天然的土壤和地下水、海水

25、、酸雨、工農(nóng)業(yè)廢棄物農(nóng)用化肥等都含有硫酸鹽，在它們的侵蝕作用下，混凝土的力學(xué)性能和使用壽命嚴(yán)重受到影響， 因此近年來，硫酸鹽 (如硫酸鉀、硫酸鈉、硫酸鎂等 )侵蝕成為了影響混凝土耐久性的重要方面之一，其危害極大，已受到廣大科技人員和工程技術(shù)人員的普遍關(guān)注。硫酸鹽與混凝土中的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)有兩種危害： 一是膨脹開裂， 滲透性增加，硫酸鹽及其它的有害物質(zhì)更易進(jìn)入混凝土內(nèi)部； 二是硫酸鹽侵蝕水泥石的粘聚性，使混凝土的強(qiáng)度與質(zhì)量逐漸損失。（1）摻入 25%-30%粉煤灰取代水泥，可提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能，可以提高耐久性。（2）硅灰和粉煤灰雙摻是提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的一個有效途徑。3.5

26、高性能混凝土碳化性能混凝土的基本組成材料為水泥、 水、砂和石子。其中的水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)，生成的水化物自身具有強(qiáng)度 (稱為水泥石 )，同時將散粒狀的砂和石子粘結(jié)起來，成為一個堅硬的整體。 而在自然環(huán)境中，空氣、土壤或是地下水中酸性物質(zhì)， 如：C02，S02，Cl2 深入混凝土表面，與水泥石中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，此過程稱為混凝土的中性化?；炷林行曰慕Y(jié)果，其質(zhì)量、孔結(jié)構(gòu)、孔體積與強(qiáng)度等均發(fā)生變化，且不論其對混凝土性能影響的好壞與否， 混凝土中性化是對鋼筋銹蝕的最重要問題，將直接影響到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性， 這才是問題的關(guān)鍵所在。 混凝土在空氣中的碳化是中性化最常見的一種形式， 而且混凝土碳

27、化是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，混凝土自然碳化進(jìn)程非常緩慢， 試驗周期長，研究起來十分困難，所以目前對混凝土碳化的研究主要是建立在實驗室中人工快速碳化試驗的基礎(chǔ)上的 8。環(huán)境因素對高性能混凝土抗碳化性能的影響影響混凝土碳化的因素分為：材料因素、環(huán)境因素和施工因素三大類。其中，材料因素包括水灰比、水泥品種與用量、骨料品種與級配、粉煤灰的摻量、外加劑品種與摻量等， 其主要是通過影響混凝土的堿度來影響混凝土碳化；環(huán)境因素包括環(huán)境相對濕度、 溫度、壓力以及 C02 濃度等，其主要是通過影響碳化反應(yīng)的發(fā)生條件來影響混凝土碳化的速度；施工因素主要指的是混凝土的攪拌、振搗和養(yǎng)護(hù)條件等，其主要是通過影響混凝土密實

28、性來影響混凝土碳化。粉煤灰和外加劑對高性能混凝土抗碳化性能的影響粉煤灰：高性能混凝土中粉煤灰的摻量為 10%其抗碳化性能呈現(xiàn)出早期低而后期強(qiáng)的現(xiàn)象，說明粉煤灰確實對混凝土的密實性和孔結(jié)構(gòu)有所改善， 且后期作用較強(qiáng)?？梢哉f當(dāng)粉煤灰在一定摻量的條件下， 其對混凝土抗碳化性能方面是有利的。外加劑：高效減水劑對混凝土抗碳化性能的作用是積極的； 雙摻高效減水劑和引氣劑的混凝土初期抗碳化能力有了提高， 但是由于引氣劑在混凝土內(nèi)部留下的連通孔道成為 CO2 滲透的途徑，其后期碳化深度增長趨勢比較大， 所以在分析引氣劑對混凝土抗碳化性能的作用時，就要分別考慮前期和后期的影響程度。4.高性能混凝土的原材料對其耐

29、久性的影響目前，混凝土的組分已發(fā)展到水泥、水、砂、石、外加劑和細(xì)磨摻合料6 種，外加劑和摻合料已不是可有可無的組分，二者在混凝土中起著相當(dāng)重要的作用。這些摻合料大多是以工業(yè)廢渣經(jīng)過超細(xì)粉磨制得， 在混凝土中可以單摻也可以復(fù)摻，如以礦渣加粉煤灰、 礦渣加硅灰、 粉煤灰加硅灰等來提高混凝土的各項性能指標(biāo) 9。細(xì)磨摻合料不僅能夠代替較多的熟料，并且不降低強(qiáng)度，還能夠改善混凝土的某些性能， 尤其是 90d 以后的強(qiáng)度有明顯提高。 這樣既利用了廢渣， 又大量減少了熟料用量，對環(huán)保十分有利。4.1 水泥水泥太細(xì)需水量大幅度增加，干縮大，水化熱集中， (小于 l m)還使 HPC強(qiáng)度增長能力過早耗盡， 甚至

30、到 28d 發(fā)生倒縮；水泥越細(xì)水化越快， 新拌混凝土的坍落度損失較大；水泥過細(xì)還顯著影響著 HPC的自收縮，容易導(dǎo)致 HPC早期開裂；水泥過細(xì)還加劇了 HPC中水泥與高效減水劑相容性問題隨水泥比表面積增加，與高效減水劑的相容性變差， 飽和點(diǎn)提高，為減小流動度損失要增加更多的高效減水劑。高性能混凝土所用水泥應(yīng)具有較高的強(qiáng)度、 良好的流變性能以及與高效減水劑良好的相容性。 因此選擇水泥時， 應(yīng)重點(diǎn)按照其強(qiáng)度等級、 水化熱、需水量、 C3A 含量、堿含量等指標(biāo)進(jìn)行評定，高性能混凝土所用水泥的強(qiáng)度等級應(yīng)不低于42.5MPa，以保證混凝土的高強(qiáng)度。為確保其流動性，所用水泥的流變性能更為重要，一般要求選用

31、中熱硅酸鹽水泥， 并宜選擇活性較高的， 這樣其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較低，能使混凝土在較低水灰比例下具有良好的工作性， 并可以降低水泥的水化熱，提高混凝土的體積穩(wěn)定性，減少溫度裂縫的產(chǎn)生機(jī)會?？傊咝阅芑炷恋膯柺兰巴茝V應(yīng)用， 對我國水泥行業(yè)提出了更高要求。 水泥是高性能混凝土中最關(guān)鍵的組分， 水泥品質(zhì)對高性能混凝土性能和成本有著直接的影響。衡量高性能混凝土質(zhì)量的首要指標(biāo)是耐久性， 因此，要綜合考慮水泥的各項性能對高性能混凝土耐久性的影響，同時，水泥還應(yīng)具有良好的流變性，并與高效減水劑有很好適應(yīng)性， 較容易控制混凝土坍落度損失。 隨著高性能混凝土的發(fā)展，生產(chǎn)適用于高性能混凝土的水泥勢在必行。4.2

32、骨料集料的選擇是 HPC 的一個重要問題。集料的粒徑、顆粒形狀、表面結(jié)構(gòu)與礦物成分對界面區(qū)的水泥石顯微結(jié)構(gòu)都有顯著的影響， 高性能混凝土由于其水泥石強(qiáng)度很高，水泥石與集料的結(jié)合力很強(qiáng)，其破壞斷面中的集料幾乎都遭到破壞，集料的巖石強(qiáng)度就成為高性能混凝土強(qiáng)度的一個制約因素。在選擇粗細(xì)骨料時，注意骨料的品種、表觀密度、吸水率、粗骨料的強(qiáng)度、最大粒徑、級配、體積用量，砂率、堿活性組分等。細(xì)骨料宜選用石英含量高、顆粒形狀渾圓、潔凈、具有平滑篩分曲線的中粗砂，細(xì)度模數(shù)控制在2.63.2，砂率 36左右。粗骨料要求表面粗糙、近似球形；壓碎指標(biāo)控制在 10 15；最大粒徑不大于 15mm；粗骨料的體積用量一般

33、為 400L；粗骨料無堿活性成分。4.3 外加劑本世紀(jì)出現(xiàn)了混凝土化學(xué)外加劑， 特別是當(dāng)前具有高分散維持性的高效減水劑的出現(xiàn)，揭開了混凝土技術(shù)新的一頁。 據(jù)不完全統(tǒng)計， 全世界化學(xué)外加劑的產(chǎn)品已有 500 種以上。日本、北歐、澳大利亞等國幾乎百分之百的使用外加劑來生產(chǎn)混凝土制品。我國大約有 20%的混凝土摻用外加劑，而且成功地研制和生產(chǎn)了 300 種以上的混凝土外加劑。 外加劑的應(yīng)用不但提高了水泥混凝土的施工性能和硬化后的性能，而且節(jié)約了水泥，降低了能耗。據(jù)統(tǒng)計，利用高效減水劑，在達(dá)到同樣強(qiáng)度下可節(jié)約水泥 10% 20%。從混凝土的攪拌和成型來看， 每用 1t 高效減水劑，可節(jié)煤 4t。高性能

34、混凝土用外加劑要滿足低水膠比條件下提高混凝土流動性的要求， 減水率要大 (一般在 20以上 )，且坍落度的經(jīng)時損失要小。這就要選用高效外加劑，主要為高效減水劑、引氣減水劑及緩凝劑的復(fù)合外加劑。4.4 摻和劑礦物摻合料和高效減水劑是配制高性能混凝土必不可少的原料。 常用的摻合料大都是工業(yè)副產(chǎn)品， 因此對它們的利用不僅具有材料科學(xué)和工程應(yīng)用方面的意義，而且對環(huán)境保護(hù)、再生資源開發(fā)利用具有更為深遠(yuǎn)的影響 10。（1）基于水泥性能的發(fā)展趨勢，從耐久性出發(fā)，在高性能混凝土中應(yīng)降低水泥在膠凝材料中的比重， 以較大量的抗裂性較好的礦物摻合料 ( 如粉煤灰 ) 取而代之。不必過分強(qiáng)調(diào)摻合料的細(xì)度， 因為摻合料

35、中的粗顆粒在混凝土中能起到穩(wěn)定體積的作用。（2）在高性能混凝土中使用合適的礦物摻料替代等量水泥，可以使其耐久性能得到進(jìn)一步的優(yōu)化 11，具體體現(xiàn)在： 使膠凝材料密實度提高， 膠凝材料水化后密實度提高， 抗侵蝕能力提高。 可以改善混凝土中水泥石與粗骨料間的界面結(jié)構(gòu)，使混凝土的強(qiáng)度、耐久性都得到提高?？梢詼p少化學(xué)收縮、干縮，降低水化熱，減少開裂，使混凝土的強(qiáng)度、耐久性提高。改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，對其抗?jié)B性、耐久性十分有利。5 高性能混凝土的設(shè)計及施工養(yǎng)護(hù)5.1 高性能混凝土的設(shè)計在結(jié)構(gòu)設(shè)計中， 設(shè)計人員通常注意混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度， 而忽略了混凝土兩大基本性能之一的耐久性。 而從大量的文獻(xiàn)資料及最新的

36、統(tǒng)計資料顯示， 國內(nèi)外都出現(xiàn)了相當(dāng)多的混凝土結(jié)構(gòu)物沒有達(dá)到預(yù)期的使用年限， 受環(huán)境作用而過早地破壞的實例 12。隨著建筑工業(yè)的迅猛發(fā)展， 大坍落度混凝土拌和物的大量生產(chǎn)和應(yīng)用，這種大坍落度混凝土強(qiáng)度能符合要求， 但從鋼筋保護(hù)的混凝土耐久性方面則不滿意。筆者認(rèn)為除了混凝土研究領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)關(guān)注混凝土耐久性問題外， 設(shè)計工作者也應(yīng)在設(shè)計工作的同時考慮鋼筋混凝土的強(qiáng)度和耐久性兩大基本性能。高性能混凝土配合比設(shè)計以耐久性為主要設(shè)計目標(biāo)， 將傳統(tǒng)的按強(qiáng)度設(shè)計混凝土改為按耐久性進(jìn)行設(shè)計。 高性能混凝土的水膠比主要由耐久性確定。 為使高性能混凝土有高的抵抗侵蝕性離子的滲透能力， 應(yīng)保證足夠的膠凝材料用量

37、(400500Kg/m3)。高性能混凝土配合比設(shè)計時，普通混凝土配合比設(shè)計中的填充包裹理論等仍適用。其施工、養(yǎng)護(hù)、驗收等與普通混凝土也相同。5.2 高性能混凝土的施工及養(yǎng)護(hù)高性能混凝土應(yīng)采用強(qiáng)制式攪拌，攪拌時間不應(yīng)少于2min ；混凝土結(jié)構(gòu)模板應(yīng)保證不漏漿，無灰塵，拆模方便；高性能混凝土宜采用混凝土泵運(yùn)輸，對于特殊部位也可采用塔式起重機(jī)或人力翻斗車，但應(yīng)保證運(yùn)輸工具不漏漿， 當(dāng)采用人力翻斗車運(yùn)輸時，應(yīng)保證運(yùn)輸?shù)缆菲教?，運(yùn)輸距離不應(yīng)過大，炎熱天氣施工時，還應(yīng)對運(yùn)輸過程中的混凝土加以覆蓋，以保證其施工性能的要求； 高性能混凝土成型時應(yīng)高頻加壓振搗、真空作業(yè)、離心、噴射等方法，以提高混凝土密實度?，F(xiàn)

38、場攪拌低水膠比混凝土?xí)r， 用以往使用的自落式攪拌機(jī)和翻轉(zhuǎn)式攪拌機(jī)都無法將其攪拌均勻，所以推薦使用臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)和逆流行星式攪拌機(jī)來拌和低水膠比混凝土。 同樣，由于這類混凝土不同于普通混凝土， 在澆筑和振搗中也要采取相應(yīng)措施。 振搗板式結(jié)構(gòu)時不宜將插入式振搗器插入水平拖動振搗， 以防止回料困難而形成薄弱部位， 宜采用小間距淺插頻振的方法； 澆筑梁柱或混凝土墻等需深插時，則應(yīng)上下振動，垂直且緩慢拔棒，以免留下孔洞，振點(diǎn)同樣要加密。高性能混凝土施工注意要點(diǎn)（1）HPC 生產(chǎn)質(zhì)量控制要求原材料質(zhì)量穩(wěn)定、稱量準(zhǔn)確和攪拌均勻。當(dāng)水膠比較小時，含水量變化會引起較大的強(qiáng)度波動，要嚴(yán)格控制水膠比， 并注意骨料

39、含水量的變化。 外加劑、硅粉等必須在混凝土中充分分散，并要適當(dāng)延長攪拌時間。（2）高性能混凝土應(yīng)選擇堅實強(qiáng)度高、雜質(zhì)少的骨料。材料級配和原材料加入順序都會影響其強(qiáng)度。 混凝土攪拌好后， 就應(yīng)立即運(yùn)送， 只有當(dāng)確認(rèn)混凝土沒有發(fā)生拌和料離析后才能進(jìn)行澆注。（3）混凝土自由落下的高度要求，以不超過 5m 為宜；當(dāng)進(jìn)行分層澆注時，最好考慮連續(xù)澆注。（4）為防止水分蒸發(fā)導(dǎo)致增加表面出現(xiàn)塑性裂縫的危險，因此高性能混凝土的振搗、抹面和養(yǎng)護(hù)必須連續(xù)進(jìn)行， 不得耽擱。高性能混凝土對養(yǎng)護(hù)的好壞非常敏感，養(yǎng)護(hù)方法的關(guān)鍵是能夠從開始就應(yīng)有可靠的防止混凝土表面的水分蒸發(fā)和保持表面潮濕的措施。濕養(yǎng)護(hù)應(yīng)持續(xù)至少 7d。（5

40、）對混凝土流動性的檢查應(yīng)是全面檢查而不是抽樣檢查，并注意初期階段的潮濕養(yǎng)護(hù)。（6）抗離析劑的高效減水劑合用時，它們之間的性能是否相互影響，應(yīng)事先做試驗進(jìn)行確認(rèn)。高性能混凝土養(yǎng)護(hù)注意要點(diǎn)（1）高性能混凝土由于用水量低，水灰比低，易發(fā)生自收縮而產(chǎn)生裂縫。所以澆筑搗實后， 蓋上濕布或濕草簾進(jìn)行早期養(yǎng)護(hù)， 以保證內(nèi)部水分不逸散， 是保證高性能混凝土性能的重要工藝措施。（2）對于預(yù)制構(gòu)件，當(dāng)采用蒸氣養(yǎng)護(hù)時，靜停期間應(yīng)保持環(huán)境溫度不低于 5，灌筑結(jié)束 4h 6h 后方可升溫，升溫速度不宜大于 10 /h ，恒溫期間混凝土內(nèi)部溫度不宜超過 60，最大不得超過 65，恒溫養(yǎng)護(hù)時間應(yīng)根據(jù)構(gòu)件脫模強(qiáng)度要求、混凝土

41、配合比情況以及環(huán)境條件等通過試驗確定，降溫速度不宜大于10 /h 13 。（3）混凝土帶模養(yǎng)護(hù)期間，應(yīng)采取帶模包裹、澆水、噴淋灑水或通蒸汽等措施進(jìn)行保濕、潮濕養(yǎng)護(hù)。（4）混凝土去除表面覆蓋物或拆模后 , 應(yīng)對混凝土采用蓄水、澆水或覆蓋灑水等措施進(jìn)行潮濕養(yǎng)護(hù)， 并保證養(yǎng)護(hù)時間滿足規(guī)定要求。 也可在混凝土表面處于潮濕狀態(tài)時， 迅速采用麻布、 草簾等材料將暴露面混凝土覆蓋或包裹， 再用塑料布或帆布等將麻布、草簾等保濕材料包覆 (裹 )完好。包覆 (裹)期間，包覆 (裹 )物應(yīng)完好無損，彼此搭接完整， 內(nèi)表面應(yīng)具有凝結(jié)水珠。 有條件地段應(yīng)盡量延長混凝土的包覆 (裹)養(yǎng)護(hù)時間。（5）混凝土采用噴涂養(yǎng)護(hù)液

42、養(yǎng)護(hù)時，應(yīng)確保不漏噴，施工縫混凝土不得噴涂養(yǎng)護(hù)液。6 結(jié)論本文作者通過閱讀大量的文獻(xiàn)資料， 對高性能混凝土的耐久性的意義和重要性的理解和認(rèn)識有了進(jìn)一步的提高， 通過深入探討和分析高性能混凝土組成材料的性能，總結(jié)了高性能混凝土各組成材料對其耐久性的影響， 同時也探討和分析了高性能混凝土耐久性的影響因素，主要從抗?jié)B性，抗凍性以及堿 -骨料反應(yīng)等幾個方面加以總結(jié)。同時分析了將抗氯離子滲透性作為評定高性能混凝土耐久性的綜合指標(biāo)的可行性和必要性。 通過對高性能混凝土耐久性的試驗分析得出以下結(jié)論：（1）擇優(yōu)選用組成材料， 如采用低熱水泥， 能有效的減少混凝土的整體收縮。盡量選用的粗骨料級配良好，顆粒較大，彈性模量大，針片狀含量少；細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)較大，偏中粗砂為宜；粗細(xì)