對(duì)高性能混凝土十年來推廣應(yīng)用的反思模板

1、對(duì)高性能混凝土十年來推廣應(yīng)用的反思對(duì)”高性能混凝土”十年來推廣應(yīng)用的反思發(fā)布時(shí)間：-08-13文章作者：清華大學(xué)土木水利學(xué)院 廉慧珍 來源：混凝土7月前言自從1994年清華大學(xué)向國(guó)內(nèi)介紹和發(fā)起應(yīng)用高性能混凝土以來，高性能混凝土得到較多的 應(yīng)用，對(duì)混凝土耐久性的重視有所加強(qiáng)了，粉煤灰、礦渣等礦物摻和料的使用增多了，預(yù)拌混 凝土更普遍了，混凝土拌和物的施工性能得到了改進(jìn)?？墒牵陙碓趪?guó)內(nèi)外卻發(fā)生較多”高 性能混凝土”結(jié)構(gòu)開裂，特別是早期開裂的問題。而混凝土的裂縫正是在實(shí)用階段環(huán)境侵蝕性 介質(zhì)侵入的通道。盡管在工程進(jìn)行過程中，這些裂縫得到了修補(bǔ)，依然可成為混凝土提早劣化 的隱患。于是不免產(chǎn)生一個(gè)問

2、題：開裂了的混凝土還能是高性能的嗎？反過來，我們又產(chǎn)生一 個(gè)問題：當(dāng)初提出”高性能混凝土”的概念，是強(qiáng)調(diào)混凝土的耐久性，那么，什么混凝土不需 要耐久呢？究竟應(yīng)如何理解高性能混凝土？實(shí)際上，近年來混凝土的開裂成為國(guó)內(nèi)外的熱門課題，并不是”高性能混凝土”所獨(dú)有的， 只是”高性能混凝土”也沒有逃脫當(dāng)前較普遍存在的混凝土結(jié)構(gòu)開裂的命運(yùn)罷了。也就是說， 某些”高性能混凝土”的開裂帶有普遍意義上的原因。對(duì)高性能混凝土的定義，或含義，至今沒有統(tǒng)一的理解。就中國(guó)的情況來看，十年來由于 對(duì)高性能混凝土的理解存在若干誤區(qū)，造成”高性能混凝土”使用上的盲目和混亂。大多數(shù) 對(duì)”高性能混凝土”的理解是”高強(qiáng)”、”高流動(dòng)

3、性”、”摻用礦物摻和料”，而用現(xiàn)行規(guī) 范在實(shí)驗(yàn)室制作的小試件、以簡(jiǎn)化的條件和強(qiáng)制的過程進(jìn)行的”耐久性”試驗(yàn)結(jié)果，又同該混 凝土在實(shí)際結(jié)構(gòu)中的表現(xiàn)不一致。存在這種現(xiàn)象并不是使用者的責(zé)任，其中包括我們?cè)趦?nèi)的許 多科技工作者本身的認(rèn)識(shí)也是在不斷發(fā)展的，對(duì)已有認(rèn)識(shí)的不斷深化和修正是正常的、必須 的。本文的目的是和大家共同探討幾個(gè)問題，以使我們的主觀世界更加符合客觀實(shí)際，不斷促 進(jìn)科技進(jìn)步。誤區(qū)之一：高性能混凝土必須高強(qiáng)度高強(qiáng)混凝土技術(shù)的發(fā)展對(duì)建設(shè)事業(yè)起著重大作用，使得過去只能用鋼結(jié)構(gòu)建造的高層、大跨和惡劣環(huán)境 中的結(jié)構(gòu)物能夠使用鋼筋混凝土，不但節(jié)省了能源的消耗（承受1000t死荷載、高1m的柱子用混凝

4、土與用 鋼相比，所消耗的能源可減少約57% 1）,而且相對(duì)于大氣對(duì)鋼的銹蝕來說，混凝土更耐久。因此，1來， 特別是近50年，混凝土的強(qiáng)度不斷提高，是科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的體現(xiàn)，并促進(jìn)了建設(shè)事業(yè)的發(fā) 展。然而，世界上不存在完美無缺的事物，有一利必有一弊，有所得必有一失；任何技術(shù)都有 其適用的范圍。當(dāng)前大多數(shù)人仍把高性能和高強(qiáng)聯(lián)系在一起。甚至有人盲目追求混凝土的高 強(qiáng)、”超高強(qiáng)”以至”特超高強(qiáng)”，并以此為”水平”的標(biāo)準(zhǔn)。西方國(guó)家報(bào)道的許多開裂的” 高性能混凝土”，其實(shí)都是高強(qiáng)度的混凝土。由于混凝土是一種非均質(zhì)的”混相”體，其內(nèi)部各相之間的作用力主要是范德華力，抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗 壓強(qiáng)度。如圖12所示，當(dāng)

5、混凝土抗壓強(qiáng)度為10MPa時(shí)，抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的比值（以下簡(jiǎn)稱拉壓比）約為 1/10；抗壓強(qiáng)度為30MPa時(shí)，拉壓比約為1/12;抗壓強(qiáng)度為60MPa時(shí)，拉壓比約為1/14;抗壓強(qiáng)度為 90MPa時(shí)，拉壓比則約只有1/18。這樣，就使得混凝土的強(qiáng)度越高，其脆性越大，斷裂韌性越?。ㄒ?圖2）,才氐抗突發(fā)荷載（如地震、爆炸）和疲勞（如高聳結(jié)構(gòu)承受的風(fēng)荷載，道路承受的動(dòng)力荷載）的能力 越差。由圖2可見，隨著混凝土強(qiáng)度的提高，破壞以前出現(xiàn)的塑性變形越不明顯；越會(huì)出現(xiàn)爆發(fā)性破壞。圖 33中梁的延性比隨混凝土強(qiáng)度的提高而下降速率提高，從26MPa提高到63MPa時(shí)，盡管箍筋率增加了約 60%,梁的延性比

6、卻下降了約80%。另外，高強(qiáng)混凝土一般使用強(qiáng)度等級(jí)高的水泥，同時(shí)，為了滿足施工性的要求，水灰比很低的高強(qiáng)混凝 土必須有較大的水泥用量，特別是不摻用或摻量小的礦物摻和料時(shí)，會(huì)使混凝土中水化溫升很高，控制不好 時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，再加上低水灰比造成的較大自收縮應(yīng)力，增加了混凝土的易裂性。有鑒于高強(qiáng)混凝土的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在土木工程學(xué)會(huì)高強(qiáng)與高性能混凝土委員會(huì)制定的高強(qiáng)混凝土設(shè)計(jì) 與施工指南中關(guān)于高強(qiáng)混凝土的設(shè)計(jì)，最高考慮到C80,并建議使用鋼管混凝土來提高構(gòu)件延性比。問題 是，由于人們以強(qiáng)度作為衡量混凝土水平和質(zhì)量的定勢(shì)，往往從設(shè)計(jì)到混凝土生產(chǎn)，再到施工，對(duì)混凝土的 強(qiáng)度層層加碼，并非工程實(shí)際要求

7、那么高的強(qiáng)度。大多數(shù)工程所要求的是C30、C40這樣中等強(qiáng)度等級(jí)的混 凝土。正如吳中偉所論述：”如果強(qiáng)調(diào)高性能混凝土必須在C50以上，則必然大大限制高性能混凝土的應(yīng)用 范圍。大量使用的鋼筋混凝土建筑物如低層和多層房屋以及高層房屋的上層構(gòu)件，又如海工、水工，特別是 在不利環(huán)境中的結(jié)構(gòu)物大致積混凝土等，對(duì)強(qiáng)度要求并不高， 但對(duì)耐久性要求卻很高， 高性能混凝 土不只是高強(qiáng)度的，而是包括各強(qiáng)度等級(jí)的?！?4誤區(qū)之二：高流動(dòng)性就是高性能混凝土拌和物的流動(dòng)性從前普遍的7090mm發(fā)展到現(xiàn)在大量預(yù)拌混凝土的180200mm,甚至已經(jīng)有 自密實(shí)的混凝土的澆筑，這也是混凝土技術(shù)的一種進(jìn)步：減輕了震搗的勞動(dòng)量，推

8、動(dòng)了預(yù)拌混凝土的發(fā)展， 泵送高度已可達(dá)300m,并大大減少了”蜂窩”、”狗洞”等質(zhì)量事故，提高了混凝土的勻質(zhì)性。當(dāng)前很多 人以高流動(dòng)性為”高性能混凝土”的特征。影響混凝土流動(dòng)性的因素是用水量和高效減水劑而影響相同流 動(dòng)性混凝土用水量的主要因素是骨料的質(zhì)量。中國(guó)當(dāng)前骨料質(zhì)量非常差如北京和深圳，自然狀態(tài)砂石的空 隙率接近50%,則混凝土就要有較多的含漿量才能滿足流動(dòng)性的要求。當(dāng)前北京預(yù)拌混凝土的用水量許多都 在175180 kg/m3。較大的用灰量和用水量組成了較大的漿骨比是混凝土收縮增加的又一個(gè)因素。如果能 將混凝土用水量降低到150 kg/m3以下，則抗裂性就會(huì)得到較大改進(jìn)。國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐表明，

9、摻入大量的粉煤 灰后，因其存在大量玻璃微珠而能減小混凝土的需水量，同時(shí)可增加拌和物內(nèi)部粘聚性而大大改進(jìn)混凝土泌 水、離析的性能，而卻可減小拌和物與泵管之間的粘附力而增加可泵性。P K Mehta在美國(guó)加州大學(xué)伯克利 分校一項(xiàng)加固工程中，密配筋的基礎(chǔ)和剪力墻的C30和35 （約相當(dāng)于中國(guó)混凝土的C40）混凝土摻粉煤灰50% 和60%,在施工中實(shí)測(cè)拌和物的坍落度為125mm時(shí)，與坍落度為180mm的普通混凝土的泵送性能相當(dāng)，不 離析或泌水5。實(shí)際澆筑時(shí)坍落度僅為100mm。深圳港創(chuàng)公司生產(chǎn)的混凝土證明，摻入粉煤灰后，拌和物坍 落度為100mm的拌和物泵送性能良好，而且這樣的混凝土澆筑的構(gòu)件均有很好

10、的抗裂性。因此，不能把流動(dòng)性作為混凝土拌和物”高性能”的指標(biāo)，而應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同工程特點(diǎn)，注重拌和物的施 工性能。坍落度的大小要服從于混凝土的勻質(zhì)性和體積穩(wěn)定性。誤區(qū)之三：限制摻入粉煤灰從排斥粉煤灰到如今”1級(jí)”粉煤灰供不應(yīng)求，是中國(guó)混凝土技術(shù)的又一進(jìn)步。許多人認(rèn)為摻粉煤灰的 混凝土就是”高性能混凝土”。可是大部分的摻量不超過20%,有的規(guī)范還規(guī)定摻量不大于15%。這種現(xiàn)狀 實(shí)際上依然是20年前對(duì)摻摻和料水泥的指導(dǎo)思想的延續(xù)?；趯?duì)礦物摻和料的認(rèn)識(shí)不足和對(duì)水泥混凝土科學(xué) 技術(shù)的分解論，建筑材料的教科書至今仍以”調(diào)節(jié)水泥標(biāo)號(hào)”作為礦物摻和料的一項(xiàng)作用：615%的礦物摻 和料等量取代硅酸鹽水泥，則水泥

11、標(biāo)號(hào)降一等。也就是說，認(rèn)為摻入礦渣或粉煤灰必然影響強(qiáng)度。實(shí)踐證明， 以簡(jiǎn)單取代的方法在使用硅酸鹽水泥的混凝土中摻粉煤灰在摻量不大于20%時(shí)，不但對(duì)強(qiáng)度影響不大，對(duì) 其它性能影響也不大，和普通硅酸鹽水泥差別不大。那么摻粉煤灰的意義何在呢？摻量不能增加，如何發(fā)揮 粉煤灰的潛在優(yōu)勢(shì)？盡管許多人接受粉煤灰對(duì)混凝土耐久性的作用、降低混凝土溫升、減小收縮和抗裂的作用等觀點(diǎn)，但 潛意識(shí)里依然是懷疑的。這也是不無根據(jù)的，但這種根據(jù)恰是從分解論的研究方法中得出的。現(xiàn)在討論三個(gè) 問題。其一，關(guān)于強(qiáng)度。粉煤灰對(duì)混凝土的貢獻(xiàn)對(duì)水膠比特別敏感。如圖46所示的粉煤灰摻量為40%的碾壓 混凝土中，粉煤灰和水泥分別對(duì)混凝土強(qiáng)

12、度的貢獻(xiàn)與水膠比和齡期的關(guān)系。在7天，當(dāng)水膠比.約為0.7（體 積比約為1.7）以上時(shí)，水泥的貢獻(xiàn)大于粉煤灰的貢獻(xiàn)（粉煤灰的貢獻(xiàn)為0） ; 28天粉煤灰的貢獻(xiàn)雖然增加 了，但當(dāng)水膠比約為0.7（體積比約2.2）時(shí)，粉煤灰的貢獻(xiàn)還是為0;而后期，則粉煤灰的貢獻(xiàn)超過了水泥 的貢獻(xiàn)。重要的是，可見到無論哪個(gè)齡期，粉煤灰的貢獻(xiàn)隨水膠比的降低而增長(zhǎng)的速率比水泥的快，也就是 說粉煤灰對(duì)水膠比更加敏感。如果在較高水膠比下以粉煤灰等量取代水泥 所得到的強(qiáng)度，特別早期強(qiáng)度當(dāng) 然會(huì)下降很多。英國(guó)Dunstan在Abrames19建立的強(qiáng)度-水灰比兩維關(guān)系圖上加了一根粉煤灰摻量的軸，成為強(qiáng)度-水膠 比-粉煤灰摻量的三維關(guān)系圖（圖5）