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1、. . . . 毕 业 论 文课题名称 高性能混凝土的研究与发展现状系 别 建工系 专 业 材料工程 班 级姓 名学号指导老师摘 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。在众多的土木工程建设中，混凝土的应用面之广，使用次数之多是很少见的。尤其中近年来，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。高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC) 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
2、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发展的历史背景与目前国外的研究现状，阐明了高性能混凝土的特性，列举了高性能混凝土在国外研究应用中的重要成果，并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，HPC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；绿色高性能混凝土。目 录引言1一、高性能混凝土产生的背景和研究现状1（一）背景1（二）研究现状与发展方向2二、高性能混凝土的性能研究和应用分析4（一）高性能混凝土的概念4（二）高性能混凝土的性能6（三）高性能混凝
3、土的水泥石微结构8（四）高性能混凝土发展和应用中所面临的问题8三、高性能混凝土质量与施工控制8（一）高性能混凝土原材料与其选用8（二）配合比设计控制要点101.设计思路有很大区别102.胶凝材料用量与粉煤灰所占比例113.含气量的要求114.电通量指标11（三）高性能混凝土的施工控制11四、高性能混凝土的特点14（一）高耐久性能14（二）高工作性能14（三）抗冻性14（四）抗渗性15（五）抗疲劳性能15（六）其它16五、绿色高性能混凝土16（一）研发绿色高性能混凝土的必要性16（二）绿色高性能混凝土的可行性17（三）绿色高性能混凝土的基本概念18（四）绿色高性能混凝土的优越性能18（五）绿色高
4、性能混凝土的应用20（六）绿色高性能混凝土的发展21六、高性能混凝土的发展前景22七、结论23参考文献24致24 / 高性能混凝土的研究与发展现状引 言从1824年波特兰水泥发明开始，混凝土材料至今已有100多年的历史，以水泥为胶结材的混凝土也取得了具大的发展，由普通混凝土向高性能混凝土发展。从20世纪以来，混凝土就己成为房屋建筑、桥梁、水利、公路等现代工程结构首选材料，混凝土作为土木工程中最大宗的人造材料，其用量巨大。据统计，当今我国每年混凝土用量约109m3，并且随着我国近年来工业化、城市化进程的加快，其用量将继续快速增长。人类进入21世纪，随着科学技术的快速发展，一种又一种新型混凝土涌现
5、出来。混凝土能否长期作为最主要的建筑结构材料，其本身必须具有高强度、高工作性、高耐久性等性能，因此高性能混凝土是现代混凝土技术发展的必然结果，是混凝土的发展方向。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
6、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。一、高性能混凝土产生的背景和研究现状（一）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与砂石料枯竭、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, 多使用天然材料与工业废渣保护环境, 走可持续发展的道路, 高性能混凝土就是在这种背景下出
7、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，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，
8、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。耐久和高强度意味着节约资源。“高性能混凝土”正是在这种背景下产生的。（二）研究现状与发展方向针对混凝土的过早劣化，发达国家在20世纪80年代中期掀起了一个以改善混凝土材料耐久性为主要目标的“高性能混凝土”开发研究的高潮，并得到了各国政府的重视。从20世纪80年代开始，各国混凝土结构设计规中逐渐突出了耐久设计的考虑，从只重视强度设计向强度与耐久性并重。进入20世纪90后代以后，混凝土结构
9、耐久性设计方法成为土木工程领域中的研究重点。针对不同环境类别的侵蚀作用，提出材料性能劣化的理论或经验模式，并据此估算结构的使用寿命，成为发展和研究耐久性设计方法的主流。高性能混凝土自提出以后的10多年以来，世界各国都对其进行了大量的研究开发与推广应用工作。其实早在高性能混凝土这个名词诞生以前，世界各国都已在客观上成功地应用了高性能混凝土，例如：美国西雅图双联广场C135 混凝土 (1988年)美国芝加哥水塔大厦 C75 混凝土 (1975年)美国纽约Trump塔楼 C65 混凝土 (1981年)加拿大多伦多Nova Scotia广场中心大厦 C80 混凝土 (1987年)日本明石海峡大桥 C4
10、0 混凝土 (1988年)进入20世纪90年代以后，高性能混凝土的研究开发与推广应用快速发展，世界各国均对此予以高度重视。1986年1993年，法国由政府组织包括政府研究机构、高等院校、建筑公司等23个单位开展了“混凝土新方法”的研究项目，进行高性能混凝土的研究，并建成了示工程。如Joigny城一座三跨后法预应力钢筋混凝土桥，其混凝土强度等级相当于我国C70；又如Civaux核电站2号反应堆预应力混凝土安全壳，高85m，直径44m，混凝土强度等级为C70，其水泥用量只有240kg/m3，却有很高的气密性；再如英吉利海峡隧道衬里，由于设计寿命为120年，配制了水灰比为0.350.32，水泥用量为
11、400kg/m3的混凝土，抗压强度为63MPa，渗透系数极低(K=1.410-13m/s)。1996年，法国公共工程部、教育与研究部又组织了为期4年的国家研究项目“高性能混凝土2000”，投入研究经费550万美元，对高性能混凝土材料设计、耐久性与工程性能进行广泛的研究。日本建设省于19881993年进行了一项综合开发计划“钢筋混凝土结构建筑物的超轻质、超高层化技术的开发(简称“新RC计划”)”，该计划研究容涉与到了有关高性能混凝土的高工作性、高强度等方面，获得大量的科研成果，并在工程中获得了试验验证与工程应用。挪威皇家科技研究院的科学与工程研究基金(SINEF)持续资助高强混凝土和高性能混凝土
12、的研究。瑞典1991年1997年由政府和企业联合出资5200万克朗，实施高性能混凝土研究的国家计划。加拿大于1990年启动“优质混凝土科研网”，这是由该国政府提供科研基金(2.4亿加元)的一项国家重大科研项目，集中了7所大学和两家公司的科研力量，经过8年努力，在高性能混凝土与活性粉末混凝土领域取得了举世瞩目的成果，并制定了有关高性能混凝土的规。美国在高性能混凝土研究应用方面成果丰富。1994年，美国联邦政府16个机构联合提出了一个在基础设施工程建设中应用高性能混凝土的建议，并决定在10年投资2亿美元进行研究和开发。美国国家自然科学基金(NSF)、美国国家标准与技术研究所(NIST)、美国联邦公
13、路管理局(FHWA)以与一些州政府的运输部和美国工程兵研究机构，都一直投入大量经费来资助高强混凝土和高性能混凝土的研究开发，例如NSF以每年200万美元的经费定期资助以西北大学为首的水泥基复合材料联合研究中心对高性能混凝土进行研究。1999年，美国NIST的建筑与防水研究试验室(BFRL)在国际互联网上公布了一个“高性能混凝土技术的伙伴关系(Partnership for High Performance Concrete Technology)”，由工业界四个大企业和国家预拌混凝土协会、波特兰水泥协会合作，承担“商品高性能混凝土结构项目中计算机集成知识系统(CIKS)的开发”的国家重点研究计
14、划。英国、西班牙、德国、澳大利亚、波兰等国也纷纷组织专门机构对高性能混凝土进行研究。近年来，我国高强混凝土与高性能混凝土的研究、应用在有限的经费支持下发展也较快。清华大学于1992年开始进行有关高性能混凝土的研究，并得到各部门的重视与支持，1994年1997年由国家自然科学基金委员会、国家建设部、国家铁道部与国家建材局联合资助一项国家自然科学基金重点项目“高强与高性能混凝土材料的结构与力学性态研究”，项目由清华大学主持，有铁道科学研究院、中国建材科学研究院、原建筑大学、东南大学共同承担，成果卓著。在“九五”期间，国家计委、国家科技部安排了重点科技攻关项目“重点工程混凝土安全性的研究”，一大批专
15、家对该项目进行了跨行业、跨部门的联合攻关，重点对混凝土耐久性与高性能混凝土进行了系统研究，取得了大量成果。近年来，我国许多重大工程中都不同程度应用了高性能混凝土。20002003年期间，由中国工程院土木建筑学部国家建设部科技司组织，清华大学肇元教授主持下，国有关专家讨论制定了“混凝土结构耐久性设计与施工指南”拟将对高性能混凝土应用与发展起到不小的推动作用。1995年1997年，中国最高、世界第三高的金茂大厦(总高420.5m)，采用了C40、C50、C60高性能混凝土，采用泵送施工，并创下一次泵送到3825m高度的世界纪录。此外，上方明珠电视塔、地王大厦、首都机场航站楼、东帝士大厦等工程中均成功应用了高性能混凝土。 我国近两年来在大力建设高速铁路,已经建成的武广客运专线等十一条高速铁路工程设计使用年限长达100年,普通混凝土
