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第16卷第2期
VoL 16 № 2 1995
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青岛建筑工程学院学报
Journal of Qin鲁d|o Institute
ofArchitec~ur~and 酬fI|
高性能混凝土的现状与特点
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摘要高性瞻混凝土具有高工作性．高强度．高体积稳定性及高耐久性．它是近几年发展起来的
一种新型工程材料．因此高性能混凝土棱认为是有希望和富有挑战性的材料，本文就其现状与特点
作一些论述．
关键词混凝土．工作性，强度，耐久性．超塑化荆，矿物播音料，水泥，配合比
中圉法分类号TU528．O
前言
当前要求混凝土作为诸如大跨桥梁、高层建筑、海底隧道、海上平台、堤坝、棱反应堆及毒
废物处理工程等重要及恶劣环境下的工程材料日益紧迫}同时，也因维修及翻新混凝土工程的
造价太昂贵，大多数这类结构使用寿命得几百年，而不是通常要求普通混凝土的40~50年．高
性能混凝土就此应运而生和迅速发展．
高性能混凝土(HPC)的研究与应用是近几年首先在法国、美国、加拿大、日本、英国、法国
兴起的．首次公开报导HPC是1984年，但至1990年才得到广泛的关注．国内最早提到m 是
1992年．目前，许多国家都由国家列项，投入大量财力物力进行研究．我国由清华大学等4个
单位承担的重点项目“高性髓混凝土物理力学性能研究 已经展开．笔者就高性能混凝土的现
状与特点作一介绍．
1 概念与性能
目前，高性能混凝土尚无统一的概念．欧美的研究者偏重高性能即为高强度，或高强度和
高耐久性．日本则倾向高性能首先指高工作性，强调自流性、可泵性、免振性等．但越来越多的
人认为．高性能应该是高工作性—— 高流动性、高粘聚性、高可浇注性；高强度—— 高抗压、抗
折和抗拉强度及高早期强度}高体积稳定性—— 高弹模、低干缩、低徐变及低热应变}高耐久
性— — 高抗渗性、高抗化学腐蚀性、高抗碳化性及高抗冻融性等．
2 原材料
与普通混凝土比较，高性能混凝土突出的特点是应用超塑化剂(或称高效减水剂)，超细矿
收稿日期 1994—03—29
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青岛建筑工程学院学报 第16卷
物掺合料及高性能水泥．
(1)超塑化剂(Superplasticizer) 超塑化剂已有不少介绍，其作用可参阅文献[1]，由于
HPC性能要求全面，所使用的超塑化剂应满足：① 减水效率高}② 能控制混凝土的坍落度损
失；⑧ 能调节混凝土的凝结时间}④ 能调节混凝土的粘度．其中的② 在我国还没有满意产品，正
在致力研制中．某些发达国家开发的品种较多，性能也佳．如日本的DS200及Mighty2000[ ，可
控制混凝土的坍落度lh不变化． ．
(2)超细矿物掺合料掺超细矿物掺合料不仅可以节省水泥，降低混凝土造价，有时还是
HPC获得高工作性、高强度、高体积稳定性及高耐久性不可缺少的组分．这些掺合料大多是工
业废弃物或付产品，包括粉煤灰、矿渣、硅粉、页岩灰等，一般细度要求8000cm21g以上．根据不 ’
同的原材料情况，实行不同的加工处理办法，通常有掺配、改性、磨细等工序．超细矿物掺合料
一般作为胶凝材料(代替部分水泥)加入混凝土中．其作用概括起来有三：① 滚珠润滑作用．由
于颗粒比水泥颗粒细(水泥比表面积3000cm。／g左右)，增加了水分子与水泥颗粒之间的过渡
粒级，在混凝土拌合物中有滚珠润滑作用，改善混凝土的工作性．② 微集料作用．HPC中胶凝
材料用量大，有较大部分不能完全水化，而以小颗粒的形式(相当于集料)存在于混凝土中．由
于矿物掺合料很细，能置换出混凝土中更小空间中的水，使混凝土更密实．其强度、抗渗性、抗
冻性、抗腐蚀性提高，而干绾及徐变降低．⑧ 胶凝材料及火山灰反应作用．超细矿物掺合料不仅
是胶凝材料，可水化凝结酸化产生强度，更主要能与水泥水化产物Ca(OH)：发生火山灰反应，
改善水化物组成与过渡区微观结构，提高混凝土的强度及耐久性．同时，大多超细矿物掺合料
水化放热量低．有利于制得高质量的HPC．
(3)高性能水泥据冯乃谦[ 教授介绍，日本针对普通水泥的缺点，已研制出专门适用于
HPc的高性能水泥—— 球状水泥、调粒水泥．
① 球状水泥普通水泥在电镜下观察，颗粒是碎石状的，粉尘含量大，颗粒间的填充率低
(约0．5)，需水量太，其硬化后的水泥石中孔隙率也太，不利于制备HPC．球状水泥是将水泥熟
料在高速气流中冲撞粉碎、混合粘接、固化而成的．
图1 球状水泥生产工艺图
徽粉粘在较大粒子袭
面上
与普通水泥比较，球状水泥具有蚰岬以上3岬以下的粒子少，粒度分布范围狭窄，粒子 ’
表面Zeta电位绝对值太，水化放热速度峰值及总放热量低的特点．配合比相同时，用普通水泥
和球状水泥制备的混凝土比，前者坍落度为0，后者为16．5cm，28d强度后者较前者约增高
l0 ，碳化深度前者为8ram，后者为0．
②调粒水泥调粒水泥的制造思路是，在普通水泥中掺入部分粗粉和矿物质细粉，使水泥
固化
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第2期 赵成铭等：高性能混凝土的现状与特点
粉体的填充率提高t使混凝土在较低水灰比下具有较高流动性和较高强度．
调粒水泥中使用的原材料及其物理性质如表1，调粒水泥的配制如表2
表1 材料的物理性质
使用材料 比重 比表面积(口nz／g>
普 通 水 泥 3．17 3400
普 通 水 泥 3
回 收粗粉 ． 17 600
重质碳酸钙 2．71 180O0
硅 粉 2．26 200000
表2 调粒水泥粉体的配比及填充宰
配 合 比 饲
代号 填充事
普通水泥( ) 粗粉(％) 重质碳酸钙( ) 硅粉( )
^ 100 0．50
B 70 30 0．57
C 70 20 10 0．55
D 7O 20 10 0．55
E 70 20 5 5 0．55
通过用普通水泥与调粒水泥配制的混凝土对比试验发现，对于相同的坍落度，使用调粒水
泥比普通水泥粉体的填充率增加0．05，用调粒水泥E(表2)配制的混凝土，28d强度可达
124．8MPa，91d可达143．1MPa．
3 配合比 ．
目前，高性能混凝土配合比设计方法还没任何国家形成规范，即使是建议的方法也很少．
大多研究者都是在各自试验的基础上获得配合比．这在时间、经济、精度上都存在一定的问题．
比较而言，Metha方法具有较普遍的适用性．下面概要介绍该法的特征．
Mchta方法适用于强度60～120MPa(美国标准，约相当我国的72～1 44MPa)，坍落度
180~250mm．应用粉煤灰、矿渣及硅粉超细矿物掺合料的高性能混凝土初步配合比确定：
(1)用水量小Mchta法将60～120MPa分成5个等级：65、75、90、105及120MPa，各等级
用水量见表3．
(2)胶凝材料用量大该法中初步设定
胶凝材料与集料用量体积比为35：65，可见
HF'C中胶凝材料用量太．
(3)砂率小对65Mpa强度等级设定细
— — 粗集料体积比为40：60，并随强度提高
该比值适当减小．
表3 HPC平均强赓与用水量关系
平均强度(Mpa) 用水量( 。)
65 160
75 150
90 140
1O5 13O
120 120
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青岛建筑工程学院学报 第l6卷
(4)超细矿物掺合料用量太Mehta法认为，超细矿物掺合料与水泥的体积比为25 t 75
时，一般能获得满意的HPC，并对每个强度等级进一步分3种情况：① 不掺任何矿物掺合料(胶
凝材料只是水泥)；② 掺25 分煤灰或矿渣；③掺15 愉煤灰或矿渣及10 的硅粉．
(5)超塑化剂用量大HPC中一般应用占总胶凝材料重0．8～2 的超塑化剂。
Mehta法的实质．是在假设个别组成材料及其比例的基础上，应用绝对体积法计算HPC的
初步配合比，再经试抖性能复合、调整获得最终配合比． ’
表4为该计算法应用常规材料，经初步计算、调整得到的HPC配合比．经与其他研究人员 ’
试验室及现场使用的配合比比较(表5)，符合性很好．请将表4中的强度等级90^Ipa情况3与 一
表5中平均强度93MPa的现场混凝土应用实例比较，总胶凝材料分别为447+71+40=558
与500+30=530kg／m。，总用水量分别为140与135ks／m。，粗集料1090与11O0ks／m。，细集料
650与?00kS／m。，总材料量2438与2465kg／m。，水胶比O．25与O．27相比，相差很少，即符合很
好．
衰| Mehta法计算的I-IPC配合比ks／m’
平均强度 肢凝材料 总 粗 细
情况 水 集 集 总材料量 承灰比
水泥 糟煤灰(矿查) 硅粉 量 料 料
l 534 0 0 150 1050 690 24：M 0．30
65 2 400 106 0 160 1050 690 2406 0．32
3 400 64 36 160 lo50 690 2400 0．32
l 555 0 0 150 1070 670 2455 0．27
75 2 423 l13 ． 0 150 1070 670 2425 0．2B
3 l23 68 38 150 1o70 670 2419 l 0．28
1 597 0 0 140 1090 650 2477 0．23
90 2 447 ll9 0 140 1090 650 2446 0．25
3 447 7l 40 140 1090 650 2438 0．25
1
105 2 471 125 0 130 l儿0 6SO 2466 0．22
3 471 75 42 130 1l10 6SO 2458 0．22
l
105 2 495 131 0 120 l120 620 2|86 0．19
3 495 79 |4 120 l120 620 2|78 0．19
：对平均强度要求较高的混凝土105、120MPs．单抽使用通常水泥腔甏材料选不到目的．
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第2期 赵成铭等：高性能混凝土的现状与特点 81
表5 试验窒厦现场使用的ll】 配台比kS／m’
混凝土 平均强度 胶凝材料 总 粗 细 且 水
水 集 集 材 肢
应用实例 M a 水泥 粉煤灰(矿渣) 硅粉 量 料 料 料 比
量
L矗Laurenflertne Budding．M ontrealC4] 93 500 0 30 135 l100 700 2465 0．27
柏Plaza ToⅫ m[●】 83 315 137 36 ld5 1130 745 2508 0．31
TwoUnion SquareSeamec 119 513 0 43 130 1080 685 2451 0．25
试验室使用_lJ 98 450 0 50 135 1095 770 2500 0．27
试验室使用 ‘】 112 475 0 54 i81 1080 750 2490 0．25
试验室使用 ‘】 118 485 0 54 i22 1l00 760 2521 0．2Z
4 试验设备和方法
在HPc研究中发现，许多传统混凝土的试验设备和方法已不适甩，需要研制新设备以及
制定新的试验方法．例如，由于HPc掺人大量的超细矿物掺合料及超塑化剂；总胶凝材料用量
大及用水量小}混凝土中细颗粒多，粘性大；要求提高搅拌机的搅拌强度和速度，要求提高振捣
设备的振动频率而降低其振幅．在性能测试方面，必须改变以坍落度法测量和评定工作性或和
易性．传统的混凝土抗渗仪及测试方法巳无法测出]-[PC的抗渗性等等．国外研制出流变仪，试
图以混凝土的流变特性评价其工作性．而应用氯离子渗透试验反映混凝土的抗渗性在某些国
家巳实行多年，如美国的标准方法AASHTO T277—83C73，最近挪威的改善法 及西班牙的计
算法[。 等等．
5 结束语
高性能混凝土的研究与应用才刚刚起步，各种设施、标准尚不完善与传统的混凝土比较，
高性能混凝土的性能要求更全面，质量更高，当然一次性造价也最高。但由于其长期经济性好
以及在某些工程中的不可替代性，故此HPc有着广泛的发展前景，21世纪的混凝土工程材料
将属于高性能混凝土．
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The State Characteristics of High- Performance Concrete
Zhao Chengrning Zhao Tiejun
(D印t．of C~vil Engmeedng，QIAE)
Abstract High- Perforn~nce concrete is a new type of material which has developed in recent years
and receives a hfoad aRen~~~1．M ore and rilore people consider it as a material having high workability，
strength，volume sta~ ity and durability． nIe appearance of higII— performance eoHcrete has
raised the innovation and revolution of the experiment equipment and testing m eth ods of conventional
concretc．
Key W ords COl~crete，workabilityt s~ength ，durability，super- lasticizer，mineral，mix design．
作者简介赵成铭，男，60岁，竹教授
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