高性能混凝土技术

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高性能混凝土技术专题
一、高性能混凝土的含义及其发展前景
（一）高性能混凝土的含义
自“高性能混凝土”(High Performance Concrete)一词提出以来的十几年来，至今对
它没有统一的解释或定义。HPC是一种新型的高技术混凝土，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，在有效的质量控制下制成的。除采用
优质水泥、水和集料以外，必须采用低水胶比和掺加足够数量的矿物细掺料与高效外加剂。
注意高性能混凝土并不能简单地认为是高强混凝土。HPC应同时保证下列性能：耐久性、工
作性、各种力学性能、适用性、体积稳定性和经济合理性。只要满足工程使用所要求的工作
性(流动性、密实性、和易性等混凝土拌合物性能)、耐久性(抗介质渗透性、抗冻融性、抗
磨蚀性和承受各种荷载所需要的强度性能)、经济合理(包括材料、设计、施工、维护保养等)、
对环境损害较小(满足生态、环保、可持续发展要求等)的混凝土就应该看成是高性能混凝土。
高性能混凝土与普通混凝土相比具有如下优点：
1．强度更高因而结构尺寸更小，这就使得结构自重减轻、使用面积增加、材料用量减
少；
2．弹性模量更高，因而结构变形更小、刚度更大、稳定性更好；
3．耐久性、抗渗性好，因而结构的工作寿命大幅度延长；
4．具有良好的工作性能，混凝土拌合物应具有较高的流动性，不分层、不离析，易浇
筑，泵送混凝土、自密实混凝土还应具有良好的可泵性、自密实性能。
5．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，硬化后具有较
小的收缩变形。

（二）高性能混凝土的研究现状

1．国外现状
国外在高强高性能混凝土领域方面发展的相当快，特别是美国、日本及德国等国家在80
年代初已推出C100甚至C1000(RPC,粉煤灰活性粉末混凝土)超高强高性能混凝土，HPC和RPC
已应用于高端民用建筑工程及军用工程(如潜水艇舱门等，可抗击鱼雷的攻击而不发生变
形)；特别是C100～C200的混凝土已大量应用于实际工程中。
目前德国现行的混凝土结构设计规范已达CllO级。挪威已将高强高性能混凝土(C85～
C90)广泛用于道路工程，明显提高了混凝土路面的耐磨性。丹麦的大贝尔特工程在塔架、预
制梁和预制的隧道砌块中都采用高性能混凝土(C50-C65)，为确保较低的氯化物渗透性，对
水胶比和粉煤灰及硅粉的数量都有规定的极限值。日本应用超高性能混凝土建造住宅、制作

预应力桥梁、桩、桁架等，日本的自密实混凝土超过35108m。1989年建于美国芝加哥的
一幢著名的用高强高性能混凝土建造的高层建筑，其底部13层柱的混凝土设计强度相当于
C95、楼板也用C60～C70的高强混凝土。目前，100、150MPa以及23OMPa的高性能混凝土都在
工程中得到运用。
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国外在桥梁工程上也有多座用高性能混凝土建造的大桥，如1994年，法国诺曼底大桥(采
用C60混凝土)；在美国西雅图建造海上低渗水性高性能混凝土浮桥的桥面、桥梁等；日本用
高性能混凝土建造了多座桥梁，连接日本本州与四国的著名的明石海峡大桥的桥墩与基础全
部采用高性能混凝土。

2．国内现状
相对于国外而言，国内对高强高性能混凝土领域的研究相对较晚，国内研究较早的清华
大学在1998年研究出C200(RPC)，在国内来说处于领先地位。但国内在高强高性能混凝土工
程实际应用方面，相对于国外而言处于落后状态。
1990年广州国际大厦在其200m高的屋顶直升飞机坪中采用C60的泵送混凝土。北京城建
集团混凝土公司也于1995年在北京静安中心大厦的底下3层柱中采用了C80的商品混凝土。北
京城建集团总公司构件厂于1995年底在北京财税大楼首层柱子施工中，选定4根柱子用CllO
商品混凝土浇筑成功。1994年和1995年，在上海浦东的世界广场地下室工程和上海国际大厦
主楼的21层框架结构中成功地完成C80高强混凝土的泵送。
1980年，铁道部率先建成了我国第一个采用泵送施工的C60高强混凝土结构——红水河
铁路斜拉桥预应力桥梁。1996年，万县长江大桥钢管混凝土(内外采用C60混凝土)。巴东长
江大桥其主要部位在承台大体积混凝土，主塔、主梁、桥面铺装，都采用高性能混凝土。

（三）高性能混凝土的发展前景

1．使用普通混凝土产生耐久性危机的起因
（1）混凝土原材料方面
水泥生产向含更多早强矿物硅酸三钙(c3s)、粉磨细度增大发展，加水拌和后水化加速、
放热加剧、热收缩及干燥收缩增大；粗骨料的最大粒径减小、级配单一，使拌合物需要的浆
体量增加。
（2）混凝土生产与浇筑方面
由于水泥活性增大，易配制出强度较高的混凝土，而设计强度等级并未提高，因此承包
商采用增大水灰比，以加大坍落度的做法便利施工，致使拌合物离析、泌水加剧，硬化后的
微结构和性能显著下降；为缩短工期、加快模板周转，采用增大单位水泥用量、提高早期强
度的做法，混凝土早期因热收缩(温度收缩)和自身收缩开裂的现象日渐普遍；施工人员的素
质下降，振捣、养护等操作难以到位。

2．高性能混凝土的发展前景
随着国内外加剂及掺合料生产厂家水平的提高，国内已经能够生产出适用于高性能混凝
土的超塑化剂及高质量的掺合材。国内大部分大城市实行预拌混凝土已达数年，大部分预拌
混凝土企业在生产能力及管理模式都有极大的提高。施工企业也逐步向现代化快速施工的模
式进行。
在国务院提倡构建和谐社会、节约型社会的目标下，在我国推行高性能混凝土具有更重
要及更超前的意义。
推广HPC首先应制定HPC应用技术规范，使设计、监理、施工等方面提高认识，冲破以往
普通混凝土使用规范(规定)的束缚。另外，HPC的生产需高素质的操作人员，较完善的生产
施工设备和高水平的质量管理与控制，提倡现代计算机技术在HPC配比设计、生产过程以及
质量管理中的应用。现代HPC及其计算机化代表了当前混凝土技术的发展方向。

（四）高性能混凝土在应用中可能存在的问题
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从总体看，我们的高强混凝土技术水平比起发达国家来尚有很大差距，其重要原因之一，
在于原材料质量的不稳定以及混凝土生产施工中的质量管理水平较低。我国水泥质量的稳定
性普遍较差，粗骨料常用落后的颚式破碎机加工而成，其外形及级配均不良；高效减水剂质
量波动大。配制现代高强混凝土不可能依赖手工或落后的设施，它必需建立在完善的预拌混
凝土工业化生产的基础上，而我国许多地方还做不到这一点。尽管国内许多城市已经推广应
用高强混凝土并得到重大效益，可是用量依然很少。不过这种状况正在改变。
已有的工程实践也相继暴露出高强混凝土自身的一些弱点。高强混凝土的众多优良特性
来自致密的细观结构和低水胶比，但后者也同时带来材料的高度脆性和易于收缩开裂的倾
向。如果对这些问题缺乏足够的重视，从而在结构的设计构造和施工各个环节中，完全沿用
普通混凝土中的做法而无视高强混凝土的特殊要求，就会造成工程的严重开裂，损害耐久性，
或留下结构延性不足等安全隐患。

二、配合比设计

（一）材料选择
1．水泥
一般优选42．5级或高于42．5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，要求质量良好，性能
稳定。国家免检产品最好。参考的技术性能见表1。但对不同要求的高性能混凝土可以选择
不同品种的水泥，比如早强、中热、低热和抗硫酸盐水泥。
表1 42．5级水泥技术性能

2．砂子的选择
对C80混凝土选用洁净、细度模数在2．6～3．0之间(中砂偏粗)的砂子为宜。根据国内
大量试验研究表明，当采用符合有关标准要求的比较干净的中粗砂来配制高性能混凝土时，
砂率在32％～40％范围内，免振高性能混凝土砂率在45％～50％，对混凝土工作性的影响并
不是很敏感。随着砂率的提高，混凝土坍落度略有增大，强度略有下降。因为高性能混凝土
水胶比较小，用水量较低，粘度较大，为避免拌和物过粘，在满足工作性要求的前提下选择
偏低的砂率。
河沙与碎石砂的砂浆强度高，陆砂与山砂配制的砂浆强度低，因为陆砂与山砂的杂质较
多。

3．石子的选择
石子要质地坚硬、洁净、无杂质，级配合格，粒径5mm～25mm为宜，有人认为在10mm以
下最好。针片状颗粒含量<5％，压碎值指标≤8％。配制高强高性能混凝土在原材料选择上与
普通混凝土最大的区别是必须选用压碎指标小的碎石或碎卵石（卵石不能配制高性能混凝
土），粒径要小，且级配良好，有利于改善拌和物的性能和提高混凝土的质量，一般选择花
岗岩、硬质砂岩以及石灰岩等。
一般情况下，普通混凝土受压破坏时，裂缝沿着水泥浆与粗骨料的界面，骨料不会破坏，
而高性能混凝土破坏时，裂缝穿过骨料。因此要求水泥浆与骨料要有较好的粘结。这要求骨
料表面粗糙，粒形好。加入硅粉可以增大粘结强度。

另外粗骨料的表观密度要≥2.653/mt，堆积密度≥1.453/mt。骨料的吸水率对混凝