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從1824年波特蘭水泥發(fā)明開始，混凝土材料至今已有100多年的歷史，這種以水泥為膠結(jié)材的混凝土也取得了具大的發(fā)展。20世紀(jì)80年代末90年代初，一些發(fā)達(dá)國家基于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)提出的一種全新概念的混凝土，它以耐久性為首要設(shè)計(jì)指標(biāo)，這種混凝土有可能為基礎(chǔ)設(shè)施工程提供100年以上的使用壽命，區(qū)別于傳統(tǒng)混凝土，高性能混凝土其以體積穩(wěn)定性等許多優(yōu)良特性，被認(rèn)為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在高層建筑、橋梁、海港建筑等工程中顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性，在工程安全使用期、經(jīng)濟(jì)合理性、環(huán)境條件的適應(yīng)性等方面產(chǎn)生了明顯的效益。
一、什么是高性能混凝土
高性能混凝土到目前為止還沒有統(tǒng)一的定義，一般認(rèn)為高性能混凝土是指用常規(guī)的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥、砂石等做原材料，使用常規(guī)制作工藝，主要依靠高效減水劑和活性礦物摻合料配制的水泥混凝土。
與普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下獨(dú)特的性能：
1.耐久性。高效減水劑和礦物質(zhì)超細(xì)粉的配合使用，能夠有效的減少用水量，減少混凝土內(nèi)部的空隙，能夠使混凝土結(jié)構(gòu)安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土應(yīng)用的主要目的。
2.工作性。坍落度是評(píng)價(jià)混凝土工作性的主要指標(biāo)，HPC的坍落度控制功能好，在振搗的過程中，高性能混凝土粘性大，粗骨料的下沉速度慢，在相同振動(dòng)時(shí)間內(nèi)，下沉距離短，穩(wěn)定性和均勻性好。同時(shí)，由于高性能混凝土的水灰比低，自由水少，且摻入超細(xì)粉，基本上無泌水，其水泥漿的粘性大，很少產(chǎn)生離析的現(xiàn)象。
3.力學(xué)性能。由于混凝土是一種非均質(zhì)材料，強(qiáng)度受諸多因素的影響，水灰比是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素，對(duì)于普通混凝土，隨著水灰比的降低，混凝土的抗壓強(qiáng)度增大，高性能混凝土中的高效減水劑對(duì)水泥的分散能力強(qiáng)、減水率高，可大幅度降低混凝土單方用水量。在高性能混凝土中摻入礦物超細(xì)粉可以填充水泥顆粒之間的空隙，改善界面結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實(shí)度，提高強(qiáng)度。
4.體積穩(wěn)定性。高性能混凝土具有較高的體積穩(wěn)定性，即混凝土在硬化早期應(yīng)具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變形。
二、高性能混凝土的應(yīng)用
從公元前2世紀(jì)采用天然火山灰、石灰、碎石拌制天然混凝土開始，用于一般的民用建筑，到1824年，英國人發(fā)明了波特蘭水泥，即燒制硅酸鹽水泥、1861年，法國花匠發(fā)明了制造鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的方法，1867年出現(xiàn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，1940年開始采用了預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)，從此混凝土技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，為建造高層建筑和大跨度橋梁提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。這個(gè)時(shí)期的混凝土性能，大多以滿足強(qiáng)度要求和如何獲得較高強(qiáng)度的混凝土，作為科研和生產(chǎn)的主要工作目標(biāo)。
進(jìn)一步的研究成果表明，如今，尚且沒有能夠完全取代混凝土作為結(jié)構(gòu)材料的其它材料，混凝土材料在今后50年內(nèi)還將是應(yīng)用最廣、用量最大的建筑材料。目前，全世界水泥年產(chǎn)量達(dá)15億噸以上，我國水泥年產(chǎn)量達(dá)5.1億噸，占世界產(chǎn)量的三分之一。
混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能與其工作環(huán)境有關(guān)，工程實(shí)踐表明，在長期環(huán)境因素作用下，混凝土構(gòu)件遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)壽命，這不僅是原設(shè)計(jì)理論估計(jì)的不足，也反映了環(huán)境變化的復(fù)雜性。因此，混凝土構(gòu)建過早的出現(xiàn)裂縫甚至倒塌。混凝土耐久性達(dá)不到要求，要花費(fèi)大量財(cái)力用于工程維修和重建，如在美國，今后混凝土工程維修和重建費(fèi)用高達(dá)3000億美元。配制新的混凝土和拆除建筑廢棄的混凝土，都將增加能源消耗和環(huán)境負(fù)擔(dān)。僅美國每年大約有6000萬噸廢棄混凝土，日本每年約有1600萬噸廢棄混凝土，我國的情況也未必樂觀。可見廢舊建筑材料的數(shù)量之大，令人驚嘆。
綜上所述，發(fā)展高性能混凝土，必須綜合評(píng)價(jià)和協(xié)調(diào)混凝土對(duì)原材料、土地、水和勞動(dòng)力等資源消耗、能源消耗和環(huán)境付出的代價(jià)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益和人類生存的長遠(yuǎn)利益，走可持續(xù)發(fā)展道路。
三、高性能混凝土的可持續(xù)發(fā)展
高性能混凝土可持續(xù)發(fā)展，是在近幾年始于西方發(fā)達(dá)國家及日本。首次公開報(bào)道是在1981年，到了1990年才得到廣泛關(guān)注，國內(nèi)最早提到是在1992年。由于生產(chǎn)建設(shè)的需要，大跨度結(jié)構(gòu)的橋梁、高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)樓房、海洋鉆井平臺(tái)、大型水利工程的堤壩、核反應(yīng)堆及有毒廢物處理用結(jié)構(gòu)工程等，與一般的工業(yè)與民用建筑對(duì)混凝土的要求有所不同，除了在惡劣的工作環(huán)境下承受外部作用，耐久性能高外，還要求使用壽命達(dá)到幾百年。形成高性能混凝土概念初期，不少西方學(xué)者認(rèn)為就是高強(qiáng)度混凝土。因?yàn)楦邚?qiáng)度可以減少構(gòu)件幾何尺寸，減輕結(jié)構(gòu)自重，從而使結(jié)構(gòu)獲得較大跨度和建筑高度。而混凝土的耐久性不像強(qiáng)度那樣得到重視，一般認(rèn)為不會(huì)有問題。日本學(xué)者則認(rèn)為，混凝土的高性能，應(yīng)該是包括方便混凝土工程施工在內(nèi)及混凝土結(jié)構(gòu)使用過程中的高性能。混凝土高空輸送的可泵性、澆注成型過程中的免振搗和試用階段的耐久性能等。
四、結(jié)語
高性能混凝土，其性能與所處時(shí)代的發(fā)展相適應(yīng)，又隨著社會(huì)生產(chǎn)、生活的發(fā)展需要而發(fā)展，它有著鮮明的時(shí)代特征，即不能超越現(xiàn)實(shí)的可能，又必須按照時(shí)代的需要而發(fā)展。高性能可持續(xù)性發(fā)展，是人們使生產(chǎn)和生活更加科學(xué)化為我們工作提出了一個(gè)行為準(zhǔn)則。混凝土的高性能不僅是產(chǎn)品自身的高性能，還包括生產(chǎn)的全過程。實(shí)現(xiàn)高性能必須有高性能的生產(chǎn)保證。可持續(xù)發(fā)展的要求要保護(hù)資源和環(huán)境，這不僅是要求產(chǎn)品自身、同時(shí)也要求生產(chǎn)的全過程都需要面臨資源消耗和環(huán)境保護(hù)的問題，這是一個(gè)全行業(yè)的系列化問題，也就是關(guān)于綠色高性能混凝土的研究、生產(chǎn)與應(yīng)用。如果說現(xiàn)實(shí)的高性能混凝土的自身發(fā)展尚存在問題的話，那就是它必須受到可持續(xù)發(fā)展大前提的約束。
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山東華偉銀凱建材科技股份有限公司，專業(yè)生產(chǎn)聚羧酸系高性能減水劑，已成功應(yīng)用于核電、海底隧道、大壩、橋梁、高鐵、水利、高速、民建等國家重特大工程當(dāng)中。主營產(chǎn)品：混凝土減水劑,液體防凍劑,早強(qiáng)劑等。
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