1、i开 题 报 告高性能混凝土是在现代高强混凝土的基础上发展起来的。使用新型的高效减水剂和矿物掺和料，是使混凝土达到高性能的主要技术措施，前者能降低混凝土的水胶比，增大坍落度，控制坍落度损失，提高混凝土的密实性和工作性；后者能填充胶凝材料的孔隙，参与胶凝材料的水化，除提高混凝土的密实度外，还改善混凝土的界面结构，提高混凝土的强度和耐久性。粉煤灰高性能混凝土将粉煤灰作为矿物掺和料，既改善了混凝土的技术性能，同时又充分利用了工业废料，有效地节约了资源和能源，减少了环境污染，符合绿色高性能混凝土的发展方向，促进了混凝土技术的健康发展。高性能混凝土的定义最早在美国提出。1990 年 5 月在美国马里兰州
2、，由美国国家标准与工艺研究院(NIST)和美国混凝土学会 (ACI)主办的讨论会上，将HPC 定义为具有所要求的性能和匀质性的混凝土。这些性能主要包括：易于浇注捣实而不离析，力学性能好，早期强度高，韧性好，体积稳定性好，在恶劣条件下使用寿命长等。高性能混凝土概念的提出至今只有十多年的时间，但是由于国际上广泛认识到高性能混凝土具有高工作性、高耐久性和高强度等特性，用其替代传统的混凝土以及建造在严酷环境中的特殊结构物，具有显著的经济效益和技术先进性，因此高性能混凝土的开发和应用得到了各国的很大重视，并且取得了巨大成果。美国、日本、法国、加拿大等国已将高性能混凝土作为跨世纪的新材料，投入了大量的人力
3、、物力和财力进行研究和开发，至今已在不少重要工程中使用。高性能混凝土适应了当今科学技术和生产发展的要求，可以提高混凝土结构的使用寿命，大量利用工业废渣，减少资源耗费和环境污染，便于施工，节约能源，己被各国普遍认为是今后混凝土技术的发展方向，是混凝土可持续发展的出路所在。从 1996 年开始，我国国家计委、国家科技部先后 2 次设立科技攻关项目，进行高性能混凝土的创新研究，由中国建筑材料科学研究院、清华大学、同济大学、中国水利水电科学研究院等几十所科研单位、高等院校承担了“高性能ii混凝土的综合研究和应用”及“新型高性能混凝土及其耐久性的研究”的研究课题，针对高性能混凝土所用原材料及组成材料之间
4、的相互影响、高性能混凝土配合比、混凝土拌和物的工作性、硬化混凝土的力学性能、耐久性、体积稳定性、亚微观结构、水泥和外加剂之间的适应性、工程应用等方面进行了较全面的研究。通过联合攻关，项目取得了大量具有国际先进水平的研究成果，并在近百个工程中应用，转化效果显著，产业化前景非常好。二、选题的目的和意义高性能混凝土(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年以上的使用寿命区别于传统混凝土，高性能混凝土由于具有
5、高耐久性高工作性高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在桥梁高层建筑海港建筑等工程中显示出其独特的优越性，在工程安全使用期经济合理性环境条件的适应性等方面产生了明显的效益，因此被各国学者所接受，被认为是今后混凝土技术的发展方向。三、研究方案（框架）本文是以一个具体的混凝土工程为例，对高性能混凝土在实际工程中的应用进行了研究。重点有七大部分：一、绪论，介绍了文章的选题背景，总结了相关国内外文献综述；二、主要介绍高性能混凝土的性能研究和应用分析；三、介绍高性能混凝土的质量与施工控制；四、结合具体的工程分析了高性能混凝土在实际
6、应用过程中应该注意的各种问题；五，绿色混凝土的发展；六、展望了高性能混凝土的发展前景；七、总结。本文的总体思路是 “介绍原理提出问题分析问题解决问题”，本文着重笔墨将重点放在 “分析问题”和 “解决问题”上。思路为“分析现状提出问题解决问题”，对高性能混凝土在具体工程中的应用做了了分析，提出了其应用应该注意的事项和技术措施。iii中文摘要摘要：随着我国改革开放和现代化进程的加快，我国的建设规模正日益增大，如何在保证建筑工程质量的同时也能使工程能长久的安全使用下去，日益受到各级政府和社会各界的广泛关注。尤其是近年来，一种较新的混凝土技术正在快速发展并且运用到许多实际工程项目中，那就是高性能混凝土
7、。高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程。本文主要介绍了高性能混凝土的研究、应用概况及目前国内外的研究现状，阐明了高性能混凝土的特性，列举了高性能混凝土在国内外研究应用中的重要成果，并结合具体的工程对高性能混凝土的应用给出了具体的技术措施、注意事项和要点，最后对其发展趋势作出展望。随着我国建筑向高层化、大型化、现代化的发展，高性能混凝土必将成为新世纪的重要建筑工程材料。关键词：高性能混凝土；耐久性；体积稳定性iv目录中文摘要 .iABSTRACT.i
8、i1 绪论 .11.1 选题背景 .11.2 选题的目的与意义 .11.3 国内外研究现状 .21.3.1 国内研究现状 .21.3.2 国外研究现状 .21.4 研究方案 .32 高性能混凝土的性能研究和应用分析 .42.1 高性能混凝土的概念 .42.2 高性能混凝土的性能 .52.3 当前高性能混凝土应用中存在的问题 .63 高性能混凝土质量与施工控制 .73.1 高性能混凝土原材料及其选用 .73.2 配合比设计控制要点 .83.3 高性能混凝土配制技术要点 .93.4 高性能混凝土的施工控制 .94 结合工程案例对高性能混凝土的应用进行分析 .114.1 工程概况 .114.2 工程
9、技术措施 .114.3 工程注意事项 .124.3.1 原材料选择 .124.3.2 优化配合比设计 .124.3.3 混凝土的拌和及运输 .134.3.4 混凝土构件的早期养护 .134.4 分析高性能混凝土在工程中的几个要点 .13v4.4.1 控制混凝土中的水泥的用量 .134.4.2 适当的掺加矿物细掺料 .134.4.3 掺加高效的外加剂 .144.4.4 保证混凝土具有相同的塌落度 .145 绿色高性能混凝土 .155.1 研发绿色高性能混凝土的必要性 .155.2 绿色高性能混凝土的可行性 .165.3 绿色高性能混凝土的发展 .166 高性能混凝土的发展前景 .18总结 .19
10、参考文献 .2011 绪论1.1 选题背景当代大跨、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
11、，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
12、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。1.2 选题的目的与意义高性能混凝土(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2上的使用寿命区别于传统混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性高工作性高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在桥梁
13、高层建筑海港建筑等工程中显示出其独特的优越性，在工程安全使用期经济合理性环境条件的适应性等方面产生了明显的效益，因此被各国学者所接受，被认为是今后混凝土技术的发展方向。1.3 国内外研究现状高性能混凝土是在现代高强混凝土的基础上发展起来的。使用新型的高效减水剂和矿物掺和料，是使混凝土达到高性能的主要技术措施，前者能降低混凝土的水胶比，增大坍落度，控制坍落度损失，提高混凝土的密实性和工作性；后者能填充胶凝材料的孔隙，参与胶凝材料的水化，除提高混凝土的密实度外，还改善混凝土的界面结构，提高混凝土的强度和耐久性。粉煤灰高性能混凝土将粉煤灰作为矿物掺和料，既改善了混凝土的技术性能，同时又充分利用了工业
14、废料，有效地节约了资源和能源，减少了环境污染，符合绿色高性能混凝土的发展方向，促进了混凝土技术的健康发展。1.3.1 国内研究现状从 1996 年开始，我国国家计委、国家科技部先后 2 次设立科技攻关项目，进行高性能混凝土的创新研究，由中国建筑材料科学研究院、清华大学、同济大学、中国水利水电科学研究院等几十所科研单位、高等院校承担了“高性能混凝土的综合研究和应用”及“新型高性能混凝土及其耐久性的研究”的研究课题，针对高性能混凝土所用原材料及组成材料之间的相互影响、高性能混凝土配合比、混凝土拌和物的工作性、硬化混凝土的力学性能、耐久性、体积稳定性、亚微观结构、水泥和外加剂之间的适应性、工程应用等
15、方面进行了较全面的研究。通过联合攻关，项目取得了大量具有国际先进水平的研究成果，并在近百个工程中应用，转化效果显著，产业化前景非常好。31.3.2 国外研究现状高性能混凝土的定义最早在美国提出。1990 年 5 月在美国马里兰州，由美国国家标准与工艺研究院(NIST)和美国混凝土学会 (ACI)主办的讨论会上，将HPC 定义为具有所要求的性能和匀质性的混凝土。这些性能主要包括：易于浇注捣实而不离析，力学性能好，早期强度高，韧性好，体积稳定性好，在恶劣条件下使用寿命长等。高性能混凝土概念的提出至今只有十多年的时间，但是由于国际上广泛认识到高性能混凝土具有高工作性、高耐久性和高强度等特性，用其替代
16、传统的混凝土以及建造在严酷环境中的特殊结构物，具有显著的经济效益和技术先进性，因此高性能混凝土的开发和应用得到了各国的很大重视，并且取得了巨大成果。美国、日本、法国、加拿大等国已将高性能混凝土作为跨世纪的新材料，投入了大量的人力、物力和财力进行研究和开发，至今已在不少重要工程中使用。高性能混凝土适应了当今科学技术和生产发展的要求，可以提高混凝土结构的使用寿命，大量利用工业废渣，减少资源耗费和环境污染，便于施工，节约能源，己被各国普遍认为是今后混凝土技术的发展方向，是混凝土可持续发展的出路所在。1.4 研究方案本文是以一个具体的混凝土工程为例，对高性能混凝土在实际工程中的应用进行了研究。重点有六
17、大部分：一、绪论，介绍了文章的选题背景，总结了相关国内外文献综述；二、主要介绍高性能混凝土的性能研究和应用分析；三、介绍高性能混凝土的质量与施工控制；四、结合具体的工程分析了高性能混凝土在实际应用过程中应该注意的各种问题；五，绿色混凝土的发展；六、展望了高性能混凝土的发展前景；七、总结。本文的总体思路是 “介绍原理提出问题分析问题解决问题”，本文着重笔墨将重点放在 “分析问题”和 “解决问题”上。思路为“分析现状提出问题解决问题”，对高性能混凝土在具体工程中的应用做了了分析，提出了其应用应该注意的事项和技术措施。42 高性能混凝土的性能研究和应用分析2.1 高性能混凝土的概念高性能混凝土是近
18、20 余年发展起来的一种新型混凝土。不同国家、不同学者按照各自的认识、实践、应用范围和目的要求，对高性能混凝土给出了不同的定义和解释。(1)美国国家标准与技术研究所(NIST) 与美国混凝土协会(ACI) 于 1990 年 5月在马里兰州 Gaithersburg 城召开的讨论会上指出：高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土，必须采用严格的施工工艺，采用优质材料配制的，便于浇捣，不离析，力学性能稳定，早期强度高，具有韧性和体积稳定性等性能的耐久的混凝土，特别适用于高层建筑、桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑结构。(2)美国的 P.K.Mehta 认为：高性能混凝土不仅要求高强度，还应具有高耐久
19、性，且耐久性应当放在高性能混凝土的首位，同时具有高体积稳定性(高弹性模量、低干缩率、低徐变和低的温度应变)、高抗渗性及高工作性。(3)法国的 Malier 认为：高性能混凝土的特点在于有良好的工作性、高的强度和早期强度、工程经济性高和高耐久性，特别适用于桥梁、港工、核反应堆以及高速公路等重要的混凝土建筑结构中。(4)日本的小泽一雅和冈村甫认为：高性能混凝土应具有高工作性(高的流动性、粘聚性与可浇注性)、低温升、低干缩率、高抗渗性和足够的强度。他们强调高性能混凝土首先应具备高工作性，甚至要达到免振捣，即自流平的状态。(5)我国的吴中伟院士给出高性能混凝土的如下定义：高性能混凝土是一种新型高技术混
20、凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术，选用优质材料，在严格质量管理条件下制成的；除了水泥、水、骨料外，必须掺加足够数量的掺合料和高效外加剂，且水胶比较低；针对不同用途要求，高性能混凝土对下列性能有重点地予以保证：耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性及经济性，但应以耐久性作为设计的主要指标。(6)黄大能教授认为：高性能混凝土应具有适当的高强性能，但必须有良好5的耐久性，能抵抗各种化学侵蚀作用，体积稳定性好。综合以上观点，我们可以看出，大家公认高性能混凝土应具有高耐久性。高性能混凝土不仅是对传统混凝土的重大突破，而且在节能、节料、工程经济、劳动保护以及环境保护等方面都
21、具有重要意义，是一种环保型、集约型的新型材料。2.2 高性能混凝土的性能与普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下独特的性能：(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 50100 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
22、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。概括起来说，高性能混凝土就是能更好地满足结构
