摘要:高性能混凝土是一种具有高耐久性、高强度以及高工作性的混凝土。随着科学技术和社会的发展，提高混凝土结构的使用寿命，减少一定程度上各种可控制因素所造成的经济损失，已成为当前生产发展所需。而高性能混凝土不仅在技术上是对传统混凝土的重大突破，而且在节能、节材、工程造价以及环境等方面都具有重要意义，是一种环保型、集约型的新型材料。故而对高性能混凝土的研究与发展应用已成为当下刻不容缓的问题。
关键词：高性能混凝土，绿色，发展，问题
一、高性能混凝土产生的背景
传统混凝土一直致力于强度的不断提高，但同时却忽视了混凝土的耐久性。在科学技术和生产力的发展下，重大混凝土结构建筑应运而生，并且在不断地增加。这些混凝土工程处在恶劣的环境下，因而不断劣化、退化并且进一步导致过早失效、退役，甚至出现恶性事故造成巨大损失。这些工程之所以会过早出现各种问题，究其原因，是由于一直以来对混凝土耐久性缺乏重视，因而导致建筑耐久性不佳。由此，国际上广泛认识到，高性能混凝土的高耐久性、高工作性、高强度性使得其具有良好的经济性。对混凝土的发展认识，不再仅仅限于混凝土强度，反而对混凝土的耐久性给予了越来越高的重视。于是以高耐久性为核心内容的高性能混凝土，在该背景下出现并且逐步得到完善和发展。
二、高性能混凝土的定义和特性
（一）高性能混凝土的定义
高性能混凝土是在20世纪80年代末90年代初才出现的。高性能混凝土是高强度混凝土的进一步完善。对于高性能混凝土的认识，世界上各国学者各有自己的看法，但是他们的基本着眼点都是高耐久性。比如，美国和加拿大的学者认为高性能混凝土侧重于高耐久性，而不仅仅是高强度；除了强度以外，高耐久性还应包括高体积稳定性、低渗透性及高工作性。而日本学者更重视混凝土的工作性，认为高流态、免振自密实混凝土就是高性能混凝土。英国和北美学者则更重视混凝土的强度。而我国混凝土专家冯乃谦认为：高性能混凝土必须具备高强度，流动性必须要好，以保证施工的密实性，耐久性是高性能混凝土最重要的技术指标。
（二）高性能混凝土的特性
与传统混凝土相比，高性能混凝土具有以下五个特性：
1.高耐久性
高效减水剂与矿物质超细粉的配合使用，能够有效地减少用水量和混凝土内部的空隙，从而能够使混凝土工程的使用寿命从原先的几十年延长到一百年甚至一百五十年以上，是高性能混凝土应用的主要目的。
2.高工作性
良好的工作性能够减少甚至避免工程的质量问题，加快施工进度，减少工程造价，改善劳动条件。同时，高性能混凝土的工作性受诸多因素的影响：单位用水量、集料、砂率、掺合料以及外加剂。[[1]吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社，1999.
[2]白莉. 高性能混凝土的工作性控制要点及方法.山西建筑，2008年，第14期.]
3.经济性
高性能混凝土较高的强度、良好的耐久性以及工艺性能使其具有良好的经济性。高性能混凝土良好的耐久性可以大幅度减少建筑结构的维修费用，延长建筑结构的使用寿命，因而有着良好的经济效益；高性能混凝土所拥有的高强度特性可以减少构件尺寸，减小自重，增加使用空间；同时它拥有的良好的工作性可以在很大程度上加快施工进度，减少工程造价，改善劳动条件。虽然目前而言，市场上的高性能混凝土价格偏高，但不可否认的是它所具备的优异性能使得其具有了良好的经济性。
总而言之，高性能混凝土不仅能够达到目前施工工艺、结构功能等方面的最好状态，同时还能够延长混凝土在各个工程上的使用寿命，从而达到降低工程造价，减少浪费的目的。
三、高性能混凝土的应用概况以及所面临的问题
（一）高性能混凝土的应用概况
由于高性能混凝土具有高工作性、高耐久性、高强度等特性，用其替代传统的混凝土，具有显著的经济效益和技术先进性，故而高性能混凝土的应用在目前已经得到了世界各国的共识。美国、日本、法国、加拿大等国已将高性能混凝土作为跨世纪的新材料 ，并且投入了大量的人力、物力和财力进行进一步的研究及开发，并且已在不少工程中使用了高性能混凝土替代传统的混凝土。而反观我国，虽然高性能混凝土的应用尚不及国外一些国家般广泛，但近年来，我国高强度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。2000～
2003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，清华大学陈肇元教授的主持下，国内相关专家讨论并制定了“混凝土结构耐久性设计与施工指南”，拟将对高性能混凝土的应用与发展起到不小的推动作用。高性能混凝土技术正在世界各地得到成功的应用和实施。
2.高性能功能混凝土在路面的应用实例：
① 美国北达科他州，采用混凝土铺筑路面，水胶比为0.43，水泥用量为100 Kg/m³，粉煤灰用量为220 Kg/m³。
② 我国青藏铁路建设工程中全面推广使用。
3.高性能功能混凝土在海洋混凝土结构的应用实例：
① 汕头港外深水航道治理工程；
② 珠江口伶仃洋深水航道治理工程；
③ 青岛、宁波北仑等港口。
（二）高性能混凝土面临的问题
近年来，高性能混凝土的研究和应用在我国发展速度也比较快，但却缺少统一且有效的管理，研究经费缺乏，研究人员进行了重复的研究却没有实质的进度。而研究的内容则大多都集中在高强度、高流动混凝土的配制和施工方面。对于高性能这一概念，认识不一：有人认为，只要加入了粉煤灰或磨细矿渣，坍落度大就是高性能；有人则认为达到高强、泵送就是高性能……而实际上，在今后的发展过程中，还要解决原料、工程技术、管理等各个方面的一系列问题。
1.如何选择和使用矿物细掺料
矿物细掺料的使用经过火山灰材料→石灰胶凝材料→硅酸盐水泥→混合材料水泥→高性能混凝土的一个发展过程。矿物细掺料不仅在水化作用，强度、密实度和施工性，粒子堆积密度，孔结构方面效果极其显著，另一方面还能够延长混凝土结构的使用寿命。我们目前需要仍研究的主要问题有以下几个：
① 矿物细掺料在混凝土中的使用不同于按现行标准生产的掺合料水泥，而是将矿物细掺料作为混凝土中除水泥、水和骨料外的必要组成成分进行设计，设
计方法有别于传统的方法。
② 在混凝土水胶比很低且没有裂缝的情况下，使用大量的矿物细掺料，可
以有效地起到保护钢筋的作用。但是对于受弯构件而言，当受拉区出现裂缝后，碳化性能会如何变化?钢筋的锈蚀情况又该如何检查？而由此推算矿物细掺料的上限应该是多少?
③ 按现行标准的矿物细掺料，实际上在使用时强度、凝结性能、流变性能的效果会有很大差别。为保证矿物细掺料的稳定性，如何准确并且全面地评定矿物细掺料的活性？如何进行科学的分类？又要如何根据各自的优缺点进行复合，从而达到取长补短，充分发挥其有利作用的目的？
2.高效减水剂与复合外加剂的开发改性和使用以及相关问题
在高性能混凝土的低水胶比和低用水量与施工性之间的问题上，高效减水剂发挥了不可忽视的作用，故而成为不可或缺的组成部分。最大程度的使用以便更好地发挥其效率，目前还有很多工作要做。
① 目前我国用量最大的萘系高效减水剂生产十分分散，质量差别很大，不利于集约化生产和总体质量的提高。如何优选品牌从而达到生产规模化以提高和稳定产品质量？
② 在开发新品种时不仅应注重提高其减水率，同时应考虑环境保护和劳动保护，要仔细进行毒性检验和在混凝土中的溶出实验。最近有些单位从改进生产工艺层面来提高现有萘系高效减水剂的减水率，该做法是值得提倡的。
③ 高效减水剂的作用受使用方法的影响。目前主要在配制混凝土时掺入，
在诸多的方法中，与拌合水同时加入的方法效果最差。国外多采用液体高效减水
剂后掺法，如此便可提高减水率，并减少混凝土坍落度损失。在生产水泥时与水泥共同粉磨是最为有效的方法，而高效减水剂的品种和掺量的影响规律如何?水泥检验标准又应当如何与之相适应?
④ 高效减水剂与其他外加剂以及细掺料复合使用的产品化、定型化。
3.适应高性能混凝土需要的高性能凝胶材料的研究与生产应用
目前国内一项工程在施工时，经常会使用不同的水泥。水泥和高效减水剂的相容性极不稳定，不能适应低水胶比高性能混凝土的需要，高性能混凝土的施工质量很难得到保证。首先应在原料厂从流变性能的需要对各各组分进行选择和配合比优化，其次要选择合适的水泥熟料，同时调节其他辅助材料，并以合适的参数共同磨细，制成适用于不同强度等级高性能混凝土的胶凝材料，可稳定混凝土质量。用于可在达到相同施工性时，选用较低的水胶比；在得到高流动洼的同时，拌合物不离析、不泌水，有良好的可泵性和填充性，硬化后可得到良好的耐久性。
4.配合比选择和施工质量控制的计算机软件开发。[[3]贺红云，孙伟峰：高性能混凝土发展面临的若干问题，工程技术，2011年，第13期。
[4]李梅，赵成：浅谈绿色高性能混凝土的发展，混凝土，2006年，第6期。]
高性能混凝土对原材料和施工管理的要求较高，应当建立配合比选择的专家系统以及质量管理和施工控制的计算机软件，以达到提高混凝土工程质量和施工效率的目的。
5.完善高性能混凝土的性能，使其向理想化发展
高性能混凝土大量使用矿物细掺料，既提高了混凝士性能，又减少了对水泥的需求，同时可降低煅烧熟料时二氧化碳的排放。因大量使用粉煤灰、矿渣以及其他工业废料，减少了自然资源和能源的消耗以及环境污染。安全使用期长可减少因修补或拆除造成的浪费和建筑垃圾。高性能混凝土适应了人类更大规模改善和保护环境、节省资源和能源的需要，因此高性能混凝土是一种可持续发展的混凝土，但对高性能混凝土仍要一分为二地看待，扬长补短，发挥其优点，克服其缺点，一步步不断地完善。
四、绿色高性能混凝土
高性能混凝土是混凝土技术进入高科技时代的产物，使用高性能混凝土能延长混凝土结构的使用寿命，减少工程造价。高性能混凝土不仅在技术上是对传统混凝土的重大突破，而且在节能、节材、工程造价以及环境等方面都具有重要意义，是一种环保型、集约型的新型材料。我国建设部于2005年发布了《关于进一步做好建筑业10项新技术推广应用的通知》(建质〔2005〕)26号)，文件中的第2项即是“高性能混凝土技术”。建设部部长汪光熹在第2届国际智能绿色节能大会上表示:逐步提高绿色建筑比重。因此,研究和开发绿色高性能混凝土成为我国当前亟待解决的问题。
绿色高性能混凝土（GHPC）这一概念并非近年兴起，这一概念早已在上世纪由我国吴中伟教授提出来了。吴教授认为GHPC应当具有以下特征：第一，熟料水泥成分要低，主要胶凝组分应是磨细工业废渣，以减少熟料水泥生产对环境的污染，磨细工业废渣的掺量要尽量的多；第二，充分发挥混凝土高性能的优势，以减少水泥和混凝土的用量；第三，GHPC的应用范围要广”。
一般认为，真正的绿色高性能混凝土应符合以下条件：第一，所使用的水泥必须为绿色水泥。此处的“绿色水泥”是针对“绿色”水泥工业来说的。绿色水泥工业是指将资源利用率和二次能源回收率均提高到最高水平，并能够循环利用其它工业的废渣和废料；技术装备上更加强化了环境保护的技术和措施；粉尘、废渣和废气等的排放几乎接近于零，真正做到不仅自身实现零污染、无公害，又因循环利用其它工业的废料、废渣，而帮助其它工业进行三废消化，最大限度地改善环境。第二，最大限度地节约水泥熟料用量，从而减少水泥生产中的“副产品”——二氧化碳、二氧化硫、氧化氮等环境污染气体，以减少环境污染，保护环境。我国水泥产量位居世界第一，如果全世界水泥产量从目前的15亿吨增加到2010年的18亿吨，则世界水泥工业将增加大气层中二氧化碳量高达150亿吨。目前世界各国均已规定二氧化碳气体的排放限量，水泥工业的发展必将受到限制，水泥产量不能再增加了。必须积极改变品种和工艺以降低能耗。绿色高新能混凝土中最多可达60%～80%磨细工业废渣，而不是水泥熟料成为最大的胶凝组分，既能满足高性能混凝土的全部性能要求，又能大幅度地减少熟料用量。第三，更多地掺加经过加工处理的工业废渣，如磨细矿渣、优质粉煤灰、硅灰和稻壳灰等作为活性掺合料，如此，方可达到节约水泥，保护环境之目的，并改善混凝土耐久性。用于混凝土的工业废渣主要有几类：（1）水淬矿渣：我国年产矿渣大约为8000万吨，其中大部分用作水泥混合材，但细度粗活性未得到充分利用，因而也造成水泥强度低、矿渣掺量小等问题。近年来日本对超细磨矿渣用于砼进行了较系统的研究，代替水泥可高达50%～80%的比例，并在流动性、耐久性、后期强度的性能方面得到明显改善，已成为高性能混凝土的有效组成部分。（2）优质粉煤灰：1985年加拿大能源矿产部开发了高掺量粉煤灰混凝土，也包括用于结构中的高性能混凝土，其中粉煤灰占胶凝材料总量的55%～60%，改变了几十年以来的粉煤灰代替水泥掺量不超过25%的传统做法。我国粉煤灰排量增加迅速，1995年就已经超过1.25亿吨，其中不少优质粉煤灰适用于制作高性能混凝土。例如内蒙古赤峰元宝山电厂的优质灰超过我国1级灰标准，已被大量用于北京首都国际机场航站楼等重要结构工程。（3）硅粉：硅粉是硅铁合金厂在冶炼硅铁合金时从烟层中收集的飞灰。我国硅灰产量大约为3000～4000吨/年，其细度极高，对砼的增强效果极好，但因量少而价高，因而一般只用于有特殊要求的工程中。但是用少量硅粉与矿渣或粉煤灰复合，不仅能够增加复合细掺料的取代水泥量，增加绿色高性能混凝土的早期强度与多种性能，还具有提高工作性、体积稳定性、耐久性，降低温升等效果，这种因复合带来的超叠加效应，值得特别重视。（4）大量应用以工业废液尤其是黑色纸浆废液为原料制造的减水剂，以及在此基础上研制的其它复合外加剂，以帮助造纸工业消化处理难以治理的废液排放污染江河的问题。（5）集中搅拌混凝土和大力发展预拌商品混凝土，消除现场搅拌混凝土所产生的废料、粉尘和废水，并加强对废料和废水的循环使用。（6）发挥高性能混凝土的优势，通过提高强度，减小结构截面积或结构体积，减少混凝土用量等方式，从而达到节约水泥、砂、石的用量的目的；通过改善和易性来改善浇注密实性能，降低噪音和能耗；通过大幅度提高混凝土耐久性，延长结构物的使用寿命，进一步节约维修和重建费用，减少对自然资源无节制的挥霍使用。（7）砂石料的开采应该以有序且不过分破坏环境为前提。积极利用城市固体垃圾，特别是拆除的旧建筑物和构筑物的废弃物混凝土、砖、瓦及废物，以其代替天然砂石料，减少砂石料的消耗，发展再生混凝土。
绿色混凝土的诞生，完全符合可持续发展的六大原则，即：最小的资源消耗，最大的资源重复利用，使用再生资源，保护自然环境，创造健康、无毒的环境，追求建筑环境的质量。这就是绿色混凝土创新性突破和发展的意义之所在。
五、高性能混凝土的发展趋势
建筑业是资源消耗量较大行业之一，实现可持续发展，就必须调整建筑材料的消耗结构，大力推广使用高性能混凝土。推广使用高性能混凝土可以提高施工作业效率，提高建筑质量，从而延长使用年限，减少维护使用费用。绿色混凝土可持续发展的理念，足以满足各个方面的要求。大力发展绿色高性能混凝土的研究和应用,对混凝土的发展起着极其重要的作用, 并为高性能混凝土的发展指明了正确的方向。
六、结束语
综上所述，随着现代社会的急速发展,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会越来越多。如今我国高性能混凝土的发展形势呈现一片良好之势，但是要使其在建筑工程中推广使用，还需一个长期的认识和实践的过程。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”。
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