第二节 高强混凝土与高性能混凝土
一、高强混凝土
现代工程结构正在向超高、大跨、重载方向发展，对混凝土强度的要求越来越高。美国混凝土协会（ACI）高强混凝土委员会将28 d抗压强度大于等于50 MPa的混凝土定义为高强混凝土。在我国，通常将强度等级大于或等于C60的混凝土称为高强混凝土（High Strength Concrete，简写为HSC）。
（一）高强混凝土的原材料
⒈水泥。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥及掺活性混合材的硅酸盐水泥均可用于配制高强混凝土，水泥强度等级应不低于42.5。通常，配制高强混凝土时，需掺加高效减水剂。使用萘系或三聚氰胺磺酸盐类高效减水剂时存在与水泥的适应性差的问题，目前已广泛应用的聚羧酸系高效减水剂与多数品种的水泥的适应性强，坍落度损失小。
⒉骨料。由于高强混凝土水灰比低，基体和界面区结构致密，部分骨料如花岗岩和石英岩由于温度应力容易在界面过渡区产生微裂缝，因此，配制高强混凝土的骨料应具有高的强度、高的弹性模量和低的热膨胀系数。在特定的水灰比下，减小粗骨料的最大粒径可以显著提高混凝土的强度，因此，粗骨料的最大粒径不宜大于31.5 mm。配制70 MPa的混凝土时，适宜的粗骨料最大粒径是20～25 mm，配制100 MPa混凝土时，宜用最大粒径14～20 mm的粗骨料，而配制强度超过125 MPa的超高强混凝土时，粗骨料的最大粒径宜控制在10～14 mm。细骨料宜采用中砂，细度模数应大于2.6，最高可达3.0，高于普通混凝土用砂的细度模数。
⒊外加剂。高强混凝土可使用一种或多种外加剂，如高效减水剂、缓凝剂、引气剂等。高强混凝土通常还掺用矿物外加剂如粉煤灰、矿渣和硅灰等。
（二）高强混凝土配合比
高强混凝土的水泥用量通常高于400 kg／m3，但水泥基材料的总量一般不大于600 kg／m3。水泥基材料的用量过高会导致水化热高、干燥收缩大，而且水泥用量超过一定范围后，混凝土的强度不再随水泥用量的增加而提高。为降低混凝土的干燥收缩、减小徐变，应尽可能降低灰集比。例如某高层建筑用高强混凝土的配合比为：每m3混凝土用硅酸盐水泥360 kg、粉煤灰150 kg、粗骨料1 157 kg、细骨料603 kg、高效减水剂3 kg、用水量148 kg，其水胶比为0.29，28 d抗压强度80 MPa。
（三）高强混凝土的性能与应用
高强混凝土通过使用高效减水剂，即使水胶比很低，新拌混凝土的坍落度仍可达200～250 mm。由于粉料用量高，很少出现离析和泌水现象。
因水泥用量高，高强混凝土的自收缩不可忽视。根据理论计算，高强混凝土的自收缩值可达220×10－6，实测值与理论计算结果的数量级一致。高强混凝土水化热大，绝热温升高，用于大体积混凝土时易产生开裂。高强混凝土的干燥收缩大，长龄期高强混凝土的干燥收缩高达（500～700）×10－6，即每米收缩0.5～0.7 mm。水胶比低于0.29时，干燥收缩略有降低。高强混凝土的徐变通常是普通混凝土的1／3～1／2。混凝土的强度越高，徐变越小。弹性模量40～50 GPa。
高强混凝土由于结构致密，具有极高的抗渗性和抗溶液腐蚀性能。
高强混凝土可用于高层建筑的基础、梁、柱、楼板，预应力混凝土结构、大跨度桥梁、海底隧道、海上平台、现浇混凝土桥面板、洒除冰盐的车库等。
二、高性能混凝土
随着现代工程结构的高度、跨度和体积不断增加，结构越来越复杂，使用的环境条件日益严酷，工程建设对混凝土性能的要求愈来愈高，使用寿命要求越来越长。近年来，为了适应土木工程的发展，人们对高性能混凝土（High Performance Concrete，简写为HPC）给予了越来越多的关注。
（一）HPC的定义
Mehta和Aitcin于1990年首先提出HPC的概念，并将具有高工作性、高强度和高耐久性的混凝土定义为高性能混凝土。ACI于1998年提出的HPC的定义是：能同时满足性能和通过传统的组成材料、拌和工艺、浇注和养护而达到的特殊要求的混凝土。因此，HPC应具有满足特殊应用和环境的某些特性，如易于浇注，不离析，早强，密实、长期强度和力学性能高，渗透性和水化热低，韧性和体积稳定性好、寿命长等。
中国土木工程学会标准《混凝土结构耐久性设计与施工指南》（CCES01—2004）（2005年修订版）对HPC的定义是：以耐久性为基本要求并满足工程其他特殊性能和匀质性要求、用常规材料和常规工艺制造的水泥基混凝土。这种混凝土在配合比上的特点是掺加合格的矿物掺合料和高效减水剂，采用较低的水胶比和较少的水泥用量，并在制作上通过严格的质量控制，使其达到良好的工作性、均匀性、密实性和体积稳定性。
由此可见我国土木工程学会标准对HPC的定义中，强调高工作性、高耐久性及高体积稳定性才是HPC的基本特性，而非高性能混凝土一定要求高强度。
（二）HPC的组成材料、性能及应用
高性能混凝土的组成材料具有水胶比低、胶凝材料用量少、掺加活性混合材等特点。HPC使用的水泥基材料总量一般不超过400 kg／m3，其中粉煤灰或磨细矿渣粉的掺量可达30%～40%。为了同时满足低水胶比、少胶凝材料用量及高工作性要求，HPC配制时均需使用高效减水剂。
HPC具有如下特性及应用：
1.自密实性。HPC用水量较低，但由于使用了高效减水剂，并掺加适量的活性混合材，流动性好，抗离析性高，具有优异的填充密实性。因此，HPC适用于结构复杂、用普通振捣密实方法施工难以进行的混凝土结构工程。
2.体积稳定性。HPC针对工程对混凝土变形能力的具体要求，可通过优选适宜的原材料（包括骨料、水泥、混合材、外加剂），优化施工工艺，提高其体积稳定性和抗裂能力。
3.水化热。由于使用了大量的火山灰质矿物掺合料，HPC的水化热低于HSC，这对大体积混凝土结构非常有利。
4.抗渗性。掺加了活性混合材的HPC渗透性低，特别是Cl－的渗透性较普通混凝土大幅度降低。掺加7%～10%的硅灰、偏高岭土或稻壳灰后，HPC的渗透性（特别是Cl－的渗透性）更低。因此，HPC特别适用于抗渗性要求高的水工或海工混凝土结构工程。
5.耐久性。现代许多复杂的混凝土结构设计寿命长达100～200年，要求混凝土暴露在侵蚀性环境中工作时不允许出现裂缝，在相当长的时间内应具有极高的抗渗性。HPC适应变形能力好，抗裂性高，抗侵蚀能力强，使用寿命长。因此，HPC可用于海上钻井平台、大跨桥梁、高速公路桥面板等高耐久、长寿命要求的工程。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
