浅析普通混凝土和HPC的区别.doc

浅析普通混凝土和HPC的区别摘要:本文从特征指标、组成材料、水胶比、微观结构和宏观性能等方面分析普通混凝土与高性能混凝土的区别,并分析高性能混凝土的配制与耐久性的关系。 关键词: 高性能混凝土；普通混凝土；耐久性 1 引言 高性能混凝土(High performance concrete,简称HPC)是在高强混凝土(High strength concrete,简称HSC)的基础上发展而起来的。高性能混凝土有多种定义,不同国家,甚至同一个国家的不同部门,对高性能混凝土的定义都有差别。吴中伟院士认为“高性能混凝土是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术,选用优质原材料,除水泥、水、集料外,必须掺加足够数量的活性细掺料和高效外加剂的一种新型高技术混凝土”。通俗地讲,我们通常所谓的高性能混凝土是指混凝土具有高强度、高耐久性、高流动性等多方面的优越性能。高强度、高工作性、高耐久性这三项指标,构成了“高性能混凝土”所具备“三高(即3H)”的性能指标。但目前,高性能混凝土的概念又有新的变化,清华大学冯乃谦教授提出普通混凝土也可以高性能化,其研究成果在工程实际中也得到了应用。因此,高性能混凝土并不一定强调高强,也就是说高性能混凝土除了包含以前的概念外,还包括另一个方面,就是普通混凝土的高性能化。2 普通混凝土与HPC的区别2.1 特征指标不同普通混凝土以抗压强度作为最基本的特征,即强度是普通混凝土配合比设计和生产需要的唯一指标;而高性能混凝土则以耐久性作为主要指标,同时还有强度、工作性和体积稳定性等。2.2组成材料不同普通混凝土是以水泥、粗细骨料和水四大组分为原材料;而高性能混凝土则是在前者的基础上,大量增加化学外加剂和矿物掺合料,使其性能得到质的变化。外加剂、矿物掺合料等辅助配料已被确认为高性能混凝土必不可缺的组分。1)外加剂已不是单一的品种,而是向着复掺、复合型的方向发展。如:高效减水剂是一种表面活性剂,具有高度分散水泥颗粒、消除絮凝结构的作用,解决了低水胶比与工作性的矛盾,使混凝土的水胶比突破理论水胶比(0.38)的愿望成为现实。2)矿物掺合料也由简单的使用未加工过的单一品种,向着磨细深加工、复合化的方向发展。普通混凝土主要采用天然火山灰材料和原状工业副产品(即粉煤灰、水淬矿渣等)作为掺合料,因细度不够,品质不佳,使得火山灰反应程度有限,其主要贡献是微集料效应和填充效应。而对于HPC,则采用品质优良的硅灰或经过再加工的工业副产品为掺合料。因细度小,活性极高,其主要作用有:可以代替一定比例的水泥,改善混凝土的体积稳定性;改善混凝土的级配,增加密实度;能与水泥水化产物中的薄弱结晶Ca(OH)2发生火山灰反应,形成对强度和耐久性有益的水化硅酸钙凝胶,有抑制有害化学反应的作用。2.3水胶比不同这是普通混凝土与HPC在耐久性和强度方面的本质区别,两者的分界为水泥的理论水灰比0.38(或0.4)。普通混凝土一般采用0.40.8的水胶比;而HPC由于掺入高效减水剂使水胶比减小,即不大于0.38(或0.4),甚至可以不大于0.2。2.4微观结构不同混凝土是一种具有不同孔隙的多孔体。毛细孔和凝胶体数量是决定混凝土强度和耐久性的重要因素。毛细孔越少,混凝土越密实,耐久性越好,反之越差;而凝胶体数量越多,混凝土的强度越高,反之越低。相比普通混凝土,采用低水胶比的HPC,硬化后毛细孔数量显著减少；而超细掺合料改善粉体集料的级配,也大幅度减少毛细孔数量,使HPC形成高度致密的微观结构。此外,超细掺合料的活性大,火山灰反应强烈,消耗掉大量的Ca(OH)2,产生较多的凝胶体量,使得强度得到提高；同时,Ca(OH)2的减少,也提高了HPC的抗腐蚀性能。2.5宏观性能不同相比普通混凝土,HPC具有高强度、高耐久性及高工作性等宏观性能。HPC的高耐久性比高强度更有优势,因毛细孔的减少和粉料的合理级配使其微观结构达到相当致密的状态,外界有害介质很难侵入,即使对遭受海水腐蚀的海上钻井平台和跨海大桥也能达到很高的耐久性。清华大学的研究表明3,经过合理的设计,高性能混凝土在海洋环境中能达到100年以上的耐久性,其耐久性之高是普通混凝土难以达到的。3 高性能混凝土的配制与耐久性高性能混凝土是以耐久性和可持续发展为基本要求并适合工业化生产施工的混凝土,一般具有高强度、高工作度、高体积稳定性和高抗渗性,可以为基础设施工程提供100年200年甚至更长的使用寿命。在配制HPC时,必须尽快修改我国的工程技术规范,将按强度设计的传统模式转变为以耐久性设计为主、强度设计为辅的设计原则。HPC的高耐久性是至关重要的,其关键在于:1)改变混凝土孔结构,提高混凝土的抗渗透、抗冻融和抗碳化的性能；2)防止温度裂缝产生和混凝土本身的收缩；3)抑制碱集料反应,提高混凝土抗化学侵蚀的能力。在实际工程中,人们应该加强对HPC耐久性的重视,采取必要的工程技术措施。高性能混凝土的配制特点:1)低水胶比(即水与胶结材料的重量之比,一般低于0.4或0.38),同时使混合料的坍落度达到20 cm以上;2)较低的水泥用量,选用优质材料,并以化学外加剂与矿物细掺料作为除水泥、砂、石、水外必需的基本组分;3)高效外加剂。高性能混凝土的主要目标是耐久性,而获得耐久性的核心问题是获得水泥基材料的密实填充结构。采用低水胶比,是为了降低混凝土的水化热、增强硬化前后混凝土的体积稳定性,同时是掺用矿物细掺料的要求,也是高性能混凝土实现高耐久性的关键。硅灰、粉煤灰及高炉矿渣微粉等掺合料拌和在混凝土中,会产生填充效应、润滑效应及增强效应,使混凝土更加密实,大大降低水分及有害物质的渗透,有利于提高其工作性、体积稳定性和抗化学侵蚀性；也有利于提高混凝土的强度和耐久性。高效外加剂是配制高性能混凝土的必备材料。在混凝土中掺入较大量的超细矿物粉料,加大了胶结料的需水量,因此应加入高效减水剂以满足工程结构对高性能混凝土的要求,即在大幅度减水的同时获得满意的和易性及较高的强度,同时使混凝土在低水灰比条件下获得很高的坍落度。超叠加效应已存在于外加剂与外加剂、外加剂与矿物细掺料的复合使用中,将两种萘系高效减水剂按照一定的比例复合使用,可使复合后各组分间的作用相互调节,从而达到发挥各自优势的目的,其综合效果超过两种外加剂单独使用的效果总和。目前,高性能混凝土一般采用“双掺”技术制备,即在混凝土中加入矿物掺合料及高效减水剂,使混凝土的工作性、强度得到很大地改善。4 结语随着社会的发展,高层建筑、大跨桥梁、港口建筑等多种薄形结构大量涌现,国内外应用高性能混凝土建造的工程将越来越多。由于高性能混凝土的高强度、高耐久性和高工作性满足了现代建筑的需求,必定会得到更大范围的推广和应用,真正成为21世纪的混凝土。参考文献：1吴中伟.高性能混凝土绿色混