高性能混凝土的发展和应用

引   言

从1824年波特兰水泥发明开始，混凝土材料至今已有100多年的历史，以水泥为胶结材的混凝土也取得了具大的发展，由普通混凝土向高性能混凝土发展。从20世纪以来，混凝土就己成为房屋建筑、桥梁、水利、公路等现代工程结构首选材料，混凝土作为土木工程中最大宗的人造材料，其用量巨大。据统计，当今我国每年混凝土用量约109m3，并且随着我国近年来工业化、城市化进程的加快，其用量将继续快速增长。人类进入21世纪，随着科学技术的快速发展，一种又一种新型混凝土涌现出来。混凝土能否长期作为最主要的建筑结构材料，其本身必须具有高强度、高工作性、高耐久性等性能，因此高性能混凝土是现代混凝土技术发展的必然结果，是混凝土的发展方向。

高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC)是20世纪80年代末90年代初，一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计提出的一种全新概念的混凝土，它以耐久性为首要设计指标，这种混凝土有可能为基础设施工程提供100年以上的使用寿命。区别于传统混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出其独特的优越性，在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益，因此被各国学者所接受，被认为是今后混凝土技术的发展方向。

1  绪论

高性能混凝土是现代高强混凝土的基础上发展起来的。使用新型的高效减水剂和矿物掺和料，是混凝土达到高性能的主要技术措施，前者能降低混凝土的水胶比，增大坍落度，控制坍落度损失，提高混凝土的密实性和工作性；后者能填充胶凝材料的孔隙，参与胶凝材料的水化，除提高混凝土的密实度外，还改善混凝土的界面结构，提高混凝土的强度和耐久性。粉煤灰高性能混凝土将粉煤灰作为矿物掺和料，既改善了混凝土的技术性能，同事又充分利用了工业废料，有效地节约了资源和能源，减少了环境污染，如何绿色高性能混凝土的发展方向，促进了混凝土技术的健康发展。

本文目的，对典型高性能混凝土的特点及工程应用进行描述，对新型绿色高性能混凝土原料、设计配比、工程应用的论证，以及对新型高性能混凝土发展的展望。

2  典型高性能混凝土的特点及工程应用

高性能是在1990年的一次国际会议上对混凝土提出的新的要求。而高性能混凝土也是今后混凝土技术发展的一个基本方向。对高性能混凝土的定义，国内外的提法不尽相同，但概括起来，可以归结为以下五个方面：

1、 高耐久性，能在正常使用环境下具有超长的使用年限和较小的维护费用；在特殊要求的使用条件下，能满足抗侵蚀、抗冻融等抵抗恶劣使用环境下的特殊要求。

2、  高施工性能，能在具体的施工条件下，顺畅地完成混凝土的运送和浇注，能得到密实性和均匀性优越的混凝土结构。

3、  较高强度，能满足设计承载力所提出的强度要求，且具有足够的后期强度增长能力，并保证在正常使用条件下的强度要求。

4、  高体积稳定性，混凝土凝结前不分层、不离析，硬化后体积变化小，具有较好的抗裂能力。

5、  能满足环境保护和可持续发展的要求。

本章主要对高性能混凝土的主要发展动向进行讨论，重点分析其特点和工程应用范围。

2.1  典型高性能混凝土的特点

2.1.1  超高强混凝土的特点

在我国,一般把C10～C50强度等级的混凝土称为普通强度混凝土，C60～C90强度等级的混凝土称为高强混凝土，C100及C100以上的混凝土称为超高强混凝土。

在混凝土中掺人超细粉物质，可以使硬化水泥石结构致密，孔径细化，改善界面结构，具有高的抗渗性、耐久性和强度，即在混凝土中掺人超细粉物质可以改善高强混凝土的结构并提高其性能。国外已成功研制了立方体抗压强度可达200MPa～800MPa超高强活性细粉混凝土，其抗拉强度也可达25MPa～150MPa，它是一种超高强混凝土，并且这种混凝土在工程实际中也得到了应用。

2.1.2  绿色高性能混凝土的特点

绿色混凝土的“绿色”涵义为：节约资源、能源；不破坏环境，更有利于环境；可持续发展，既满足当代人的需求，又不危害子孙后代。且能满足其需要。

所谓绿色高性能混凝土，是指通过材料研选、采用特殊工艺、制造出来的具有特殊结构和表面特性的混凝土；既能减少环境负荷，又能与环境协调，它具有能适应动、植物生长，对调节生态平衡、美化环境景观，为人类构造舒适环境。

绿色高性能混凝土指应具有以下特点的混凝土：可满足混凝土的可持续发展，能减少环境污染，又能与自然生态系统和谐开发；比传统混凝土具有更高的强度和耐久性；可选择资源丰富，能耗小的原材料；能大量利用工业废弃资源，实现非再生性资源的可循环使用和有害物质的从低排放；适合人居，对人体无害。

2.1.3  机敏型高性能混凝土的特点

混凝土具有自身诊断、自身控制、自身修复等机敏能力功能的机敏型高性能混凝土，如自密实混凝土、内养护混凝土、承受高温的高强混凝土。

机敏混凝土是一种具有感知和修复性能的混凝土，是智能混凝土的初级阶段，是混凝土材料发展的高级阶段。智能混凝土是在混凝土原有的组成基础上掺加复合智能型组分使混凝土材料具有一定的自感知、自适应和损伤自修复等智能特性的多功能材料，根据这些特性可以有效的预报混凝土材料内部的损伤，满足结构白我安全检测需要，防止混凝土结构潜在的脆性破坏，能显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。

2.1.4  普通混凝土的高性能化

高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。它以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对下列性能重点予以保证:耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。为此，高性能混凝土在配置上的特点是采用低水胶比，选用优质原材料，且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。
    普通混凝土的高性能化在公路路面研究上有其重要作用，但国内外大量研究与生产应用的高性能混凝土均属于高强度水泥混凝土，基本上是C60以上，此时面临的问题出现了，就是高强度导致了高脆性，如果直接用于路面有不可克服的缺点。我们可以这样理解：高性能混凝土必须具有高的耐久性。同时高性能混凝土也应具有高的强度。但仅仅是高强度，还不一定具有高耐久性。耐久性是高性能混凝土的最重要技术指标。它还要与使用的环境相结合，采取相应的对策，例如掺入矿物质超细粉。

2.2  高性能混凝土的工程应用

如前所述，高性能混凝土的工程应用已经有了较大的发展，但是由于我国的现状，各种方法和技术还相对落后，仍需要在工程实践中不断使用和检验。因此，本节主要阐述的是高性能混凝土的材料要求、工程应用范围以及简单应用实例。

2.2.1  高性能混凝土的原材料及配合比

高性能混凝土是在普通混凝土的传统组分中，参入化学外加剂及矿物外加剂，用现代混凝土技术制备的混凝土，具有低水胶比，它以耐久性作为设计的主要指标，施工管理技术人员严格控制高性能混凝土原材料和配合比设计技术要求，除应满足相应产品国家标准和行业标准外，还应根据混凝土耐久性要求，提出原材料品种、性能的特殊要求，确定复合设计要求，施工工艺和施工环境等因素的配合比。

1、高性能混凝土用原材料

1）水泥

用于生产高性能混凝土的水泥必须兼有高的28d抗压强度和好的流变性。一般宜选用不低于42.5强度等级的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。好的流变性意味这使用此水泥参用适量的高效减水剂，在运输和浇筑过程中，可以控制混凝土的塌落度损失和保持良好的工作性；应通过试配来选择水泥，选择水泥细度、石膏形态和数量、碱含量的数量复合设计和施工环境要求；有耐硫酸盐寝室要求的混凝土，可选用中抗硫酸盐硅酸盐水泥或高抗硫酸盐硅酸盐水泥；有碱集料反应控制要求时还需注意水泥的碱含量，当集料具有碱—硅酸反应活性时，水泥的碱含量不应超过0.60%。

2）化学外加剂

化学外加剂应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、能明显提高混凝土耐久性且质量稳定的产品；配置高性能混凝凝土时，应通过实验选择与所用水泥适应性好的外加剂。同样的高效减水剂，当用在低水胶比的高性能混凝土中时，不一定能达到用于较高水胶比混凝土中同样的效果，这与血多因素有关，如磺化程度、磺化位置、有效固体含量、聚合物链长度、聚合物的交联程度、剩余磺酸盐和杂质等。水泥与高效减水剂适应性选择的原则是：在同一水泥中参入集中高效减水剂显示流动大、到饱和点时参量少、坍落度经时损失小等特征的组合为减水剂与水泥适应性较好；反之，适应性不好，应改换水泥劈中或外加剂品种。

3）矿物外加剂

矿物外加剂对改善混凝土耐久性能至关重要，应选用品质稳定的产品；常用的矿物外加剂有1级粉煤灰、磨细粉煤灰、矿渣粉、硅灰和磨细天然沸石等。矿物外加剂性能指标应符合GB18736-2000高强高性能混凝土用矿物外加剂的要求；矿物外加剂的劈中和细度明显影响高性能混凝土的水化热、流动性、早期体积稳定性、强度、耐久性和成本，应根据配置高性能混凝土的技术要求，通过实验确定其品种和掺量。

4）集料

细集料应选择质地均匀坚固。级配良好、吸水率低的中粗河砂或人工砂，一般其细度模数应大于2.6，含泥量应小于1.5%。配置C80以上的超高混凝土时，其含泥量应小于1.0%，有条件时应冲洗后使用；粗集料应选择抗压强度高和表面相对粗糙的品种，级配良好的石灰岩、花岗岩、辉绿岩等碎石或碎卵石较为使用；一般控制粗集料的最大粒径不宜大于25mm，针片状颗粒含量不大于5%，不得混入风化颗粒，含泥量不应大于1%，配置C80以上高强高性能混凝土时，岩石的立方体抗压强度应该比要配制的混凝土强度高20%以上，粗集料的最大粒径不宜大于20mm，粗集料宜采用2级配，含泥量不得大于0.5%。

5）水

高性能混凝土的拌合用水应符合《JGJ63-89混凝土拌合用水标准》的要求。

2、配合比设计原则

混凝土的配合比应根据原材料品质、混凝土设计强度等级、混凝土耐久性以及施工工艺对工作性的要求，通过计算、试配、调整等步骤选定。配制的混凝土应满足施工要求，设计强度和耐久性等质量要求。高性能混凝土配合比设计应首先考虑混凝土的耐久性要求，然后根据施工工艺对拌合物工作性和强度要求进行设计，并通过试配、调整，确认满足使用要求后方可用于正式施工。为提高混凝土的耐久性，改善混凝土的是施工性能和抗裂性能，混凝土中宜适量参加优质的粉煤灰、矿渣粉或硅灰等矿物外加剂，其掺量应根据混凝土的性能通过试验确定。化学外加剂的掺量应使混凝土达到规定的水胶比和工作度，且使用的最高掺量不应对混凝土性能（凝结时间、后期强度等）产生不利的影响。

2.2.2  环保型高性能混凝土的工程应用范围

混凝土材料给环境带来了负面影响，如制造水泥时燃烧碳酸钙排出的二氧化碳和含硫气体，形成酸雨，产生温室效应，进而影响环境。据调查城市噪声的三分之一来自建筑施工，其中混凝土浇捣振动噪音占主要部分。就混凝土本身的特性来看，质地硬脆，颜色灰暗，给人以粗、硬、冷的感觉，由混凝土的构成的生活空间色彩单调，缺乏透气性，透水性，对温度，湿度的调节性能差，在城市大密度的混凝土建筑物和铺筑的道路，使城市的气温上升。新型的混凝土不仅要满足作为结构材料的要求，还要尽量减少给地球环境带来的负荷和不良影响，能够与自然协调，与环境共生。因此，作为人类最大量使用的建设材料，混凝土的发展方向必然使既要满足现代人的需求，又要考虑环境因素，有利于资源、能源的节省和生态平衡，环保型的混凝土成为了混凝土的主要发展方向。

1）低碱混凝土

pH值在12～13，呈碱性的混凝土对用于结构物来说是有利的，具有保护钢筋不被腐蚀的作用。但对于道路、港湾等，这种碱性不利于植物和水中生物的生长，所以开发低碱性、内部具有一定的空隙、能够提供植物根部或生物生长所必须的养分存在的空间、适应生物生长的混凝土是环保型混凝土的一个重要研究方向。

目前开发的环保型混凝土主要有多孔混凝土及植被混凝土。多孔混凝土也称为无砂混凝土，它具有粗骨料，没有细骨料，直接用水泥作为黏结剂连接粗骨料，其透气和透水性能良好，连续空隙可以作为生物栖息繁衍的地方，而且可以降低环境负荷，是一种新型的环保材料.植被混凝土则是以多孔混凝土为基础，然后通过在多孔混凝土内部的孔隙加入各种有机、无机的养料来为植物提供营养，并且加入了各种添加剂来改善混凝土内部性质，是的混凝土内部的环境适合植物生长，另外还在混凝土表面铺了一层混有种子的客土，提供种子早期的营养。

2）透水混凝土

透水性混凝土与传统混凝土相比，透水性混凝土最大的特点是具有15%一30%的连通孔隙，具有透气性和透水性，将这种混凝土用于铺筑道路、广场、人行道等，能扩大城市的透水、透气面积，增加行人、行车的舒适性和安全性，减少交通噪声，对调节城市空气的温度和湿度、维持地下土壤的水位和生态平衡具有重要作用。

透水性混凝土使用的材料有水泥、骨料、混合材、外加剂和水，与一般混凝土基本上相同，根据用途、目的及使用场合不同，有时不使用混合材和外加剂。反映透水性混凝土性能的指标有孔隙率、透水系数、抗压强度、抗冻融循环性和干缩等。

3）吸收分解NOx的光催化混凝土 城市工业和交通的发展，会导致城市的空气的质量的下降。燃烧燃料也会对大气环境造成严重的影响，危害最大的是NOx. NOx（主要有NO，NO2，N2O）可引起酸雨、臭氧层破坏、温室效应及光化学烟雾等破坏地球生态环境和危害人的身体健康及其动植物的发育一系列问题。光催化混凝土是绿色建材中的一种，它含有二氧化钛催化剂，因而具有催化剂，能氧化多数的有机和无机的污染物，尤其是工业燃烧和汽车尾气排放的NO，气体，使其降解为二氧化碳和水等无害物质，起着空气净化、美化环境的作用。

2.2.3 机敏高性能混凝土的工程应用范围

机敏混凝土是一种具有感知和修复性能的混凝土，是智能混凝土的初级阶段，是混凝土材料发展的高级阶段。智能混凝土是在混凝土原有的组成基础上掺加复合智能型组分使混凝土材料具有一定的自感知、自适应和损伤自修复等智能特性的多功能材料，根据这些特性可以有效的预报混凝土材料内部的损伤，满足结构白我安全检测需要，防止混凝土结构潜在的脆性破坏，能显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。近年来，损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土及仿生自愈合混凝土等一系列机敏混凝土的相续出现，为智能混凝土的研究和发展打下了坚实的基础。

1）自诊断智能混凝土

自诊断智能混凝土具有，压敏性和温敏性等性能。普通的混凝土材料本身并不具有自感应功能，但在混凝土基材中掺入部分导电相组分制成的复合混凝土可具备自感应性能。目前常用的导电组分可分为3类：聚合物类、碳类和金属类，而最常用的是碳类和金属类。碳类导电组分包括石墨、碳纤维及碳黑；金属类材料则有金属微粉末、金属纤维、金属片及金属网等。

2）自调节机敏混凝土

自调节机敏混凝土具有电力效应和电热效应等性能。Wittmann F H在1973年首先研究了力由变形产生电、电力，由电产生变形效应。Wittmann F H在做水泥净浆小梁弯曲时，通过附着在梁上下表面的电极可检测到电压，且对其逆反应一电力效应进行了研究，发现梁产生弯曲变形，改变电压的方向时，弯曲的方向也发生相应的变化。

机敏混凝土的力电效应、电力效应是基于电化学理论的可逆效应，因此将电力效应应用于混凝土结构的传感和驱动时，可以在一定范围内对它们实施变形调节。例如，对于平整度要求极高的特殊钢筋混凝土桥梁，可通过机敏混凝土的电热和电力自调节功能进行调节由于温度自重所引起的蠕变；机敏混凝土的热电效应使其可以方便的实时检测建筑物内部和周围环境温度变化，并利用电热效应在冬季控制建筑物内部环境的温度，可极大的促进智能化建筑的发展。

3）自修复机敏混凝土

混凝土结构在使用过程中，大多数结构是带裂缝工作的。含有微裂纹的混凝土在一定的环境条件下是能够自行愈合的，但自然愈合有其自身无法克服的缺陷，受混凝土的龄期、裂纹尺寸、数量和分布以及特定的环境影响较大，而且愈合期较长，通常对较晚龄期的混凝土或当混凝土裂缝宽度超过了一定的界限，混凝土的裂缝很难愈合。国内的研究表明，掺有活性掺和料和微细有机纤维的混凝土破坏后其抗拉强度存在自愈合现象；国外研究混凝土裂缝自愈合的方法是在水泥基材料中掺人特殊的修复材料，使混凝土结构在使用过程中发生损伤时，自动利用修复材料（粘结剂）进行恢复甚至提高混凝土材料的性能。美国伊利诺伊斯大学的Carolyn Dry采用在空心玻璃纤维中注入缩醛高分子溶液作为粘结剂，埋人混凝土中，制成具有自修复智能混凝土。当混凝土结构在使用过程中发生损伤时，空心玻璃纤维中的粘结剂流出愈合损伤，恢复甚至提高混凝土材料的性能。

3  新型绿色高性能混凝土的研究及工程应用

混凝土能否长期作为最大宗的建筑结构材料，关键在于能否成为绿色材料，绿色高性能混凝土应具有以下特征，更多地节约熟料水泥，减少环境污染，更多地掺加工业废渣为主的细掺料，更大地发挥高性能的优势，减少水泥与混凝土用量。

混凝土的绿色含量，着眼于混凝土的可持续发展，绿色高性能混凝土由于具有良好的性能与环境协调性，已成为混凝土产业未来发展方向。

本章主要就一些新型绿色高性能混凝土进行详细分析，阐述其主要概念、绿色化途径、优缺点及发展展望等内容。

3.1  高性能混凝土绿色化的途径

生产绿色高性能混凝土的一般技术途径是：在常规材料和生产设备、生产工艺的基础上，优化骨料级配，减小孔隙率，采用合理的水胶比和水灰比：采用新型高效减水剂减少混凝土的单方用水量。增大坍落度和控制坍落度的经时损失：采用适当掺量的超细矿物粉料，或超细复合矿物粉掺和料。混凝土的施工工艺是技术途径的实现过程和表现形式。

3.1.1  绿色高性能混凝土的工程应用

1、植被绿化型混凝土的应用

植被绿化混凝土作为固沙、固土、固堤材料，可用于城市的道路两侧及中央隔离带、护坡、停车厂、人行路面及建筑物的局配部(楼顶、阳台、院墙顶部等不与土壤相连的部位)。适合于大面积的绿化工程，尤其是大型土木工程之后的景观修复等。增加城市绿色空间，调节人们的生活情绪，同时能够吸收噪音和粉尘，对城市的生态平衡也起到了积极作用

2、透水型混凝土的应用

透水型混凝土主要用于城市道路、广场、护提、护岸工程等。能够使雨水迅速地渗^地表，还原成地下水，使地下水资源得到及时补充，保持土壤湿度，改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件，扩大城市的透水、透气面积。当降雨时能够减轻排水设施的负担，避免路面积水和夜间反光，增加行人、行车的舒适性和安全性，减小交通噪音，对调节城市空间的气温和湿度，缓解城市的“热岛效应”，维持地下水位和生态平衡具有重要作用。

3、水生物保护型混凝土的应用

水生物保护型混凝土可用于江、河、湖和海滨等水域及沿岸。如可做成人工礁石，放置在海洋中，附着在表面的海藻类数量是普通混凝土块的2～3倍，且海藻生长茂盛，形成食物链，为海洋生物生长提供良好条件。此外，还可用于淡水域的河床、护岸等的混凝土构件，构件的表面做成凹凸不平的形状，使之尽量接近自然状态的河床、河岸的状态；为水中的藻类、植物提供根部附着的场所，为鱼类提供生息和避难的场所，净化水质、保护生物多样及生态环境。

3.1.2  绿色高性能混凝土的优点

绿色高性能混凝土首先应该是高性能混凝土,同时又是“ 绿色”混凝土

高性能混凝土应具备以下特点:

(1)高的工作性能。高性能混凝土在拌合、运输、浇筑时具有良好的高流动性(坍落度在200mm以上),不泌水不离析, 施工时能达到自流平, 坍落度经时损失小, 具有良好的可泵性。高性能混凝土的这种优良工作性能可以保证施工时混凝土的质量均匀, 避免一些原始缺陷, 同时也能提高施工的速度, 节省人工,收到良好的经济效益。

(2)体积稳定性好。高性能混凝土在硬化过程中体积稳定, 水化热低, 混凝土温升小, 硬化过程中不开裂, 收缩徐变小, 硬化后具有致密的结构, 不易产生裂缝。

（3)高的强度。高性能棍凝土应有高的早期强度及后期强度。高强度是高性能混凝土的重要特点, 但不等于低强度混凝土不具备高性能。我国基本上认为高性能混凝土标号应在C50以上。目前一达国家高性能混凝土强度已经达到C100以上, 并已见诸工程应用。

（4）高耐久性。高性能混凝土应具高的抗渗性、抗冻融性及抗腐蚀性。高性能混凝土的渗透性很混凝土结构致密, 能有效地抵抗硫酸盐、氯离子等有害介质的侵蚀, 使混凝土即使在严酷的自然环境下也具有较长的使用寿命。有些国家设计的混凝土使用寿命能达到100年, 目前我国提出混凝土寿命至少应在50年以上。

“绿色”混凝土是指既能减少对环境的破坏, 又能与自然生态共生, 为人类构造舒适环境的混凝土材料。具有的优点可概括为：

(1) 节约资源、能源；

(2) 不破坏环境，更应有利于环境；

(3) 可持续发展，保证人类后代能健康、幸福地生存下去。

综合“ 绿色”和“ 高性能”含义, 可以得出绿色高性能混凝土是指采用先进的混凝土技术, 尽量少占用天然资源和能源, 大量使用工业废弃物和城市垃圾制成的具有优良耐久性、工作性和经济适用性的混凝土。一些专家的研究认为, 绿色高性能混凝土一般应具有以下特征

（1）所使用的水泥必须为“ 绿色型”水泥工业生产的。绿色型水泥工业是指充分利用资源和二次能源回收, 并能够循环利用其它工业的废渣和废料企业不仅要实行质量管理体系, 还要真正实行全面环境保护体系粉层、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。另外还要最大限度地节约水泥。

（2）更多地掺加经过加工处理的工业废渣, 如磨细矿渣、优质粉煤灰等作为活性掺合料, 以节约水泥, 保护环境, 并改善混凝土耐久性。大量应用以工业废液为原料改性制造的减水剂, 以及在此基础上研制的其它复合外加剂。

(3)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、粉层和废水, 并加强对废料和废水的循环使用。

(4)对大量建筑垃圾进行资源化处理, 使之成为可利用的再生混凝土骨料, 减少对天然砂石的开采。

绿色高性能混凝土指应具有以下特点的混凝土：可满足混凝土的可持续发展，能减少环境污染，又能与自然生态系统和谐开发；比传统混凝土具有更高的强度和耐久性；可选择资源丰富，能耗小的原材料；能大量利用工业废弃资源，实现非再生性资源的可循环使用和有害物质的从低排放；适合人居，对人体无害。

植被绿化型混凝土是指能够适应植物生长、可进行植被作业的混凝土及其制品，具有保护环境、改善生态条件、基本保持原有结构材料性能。

透水型混凝土由于无细骨料，在硬化后的混凝土中存在着较大的孔洞、孔隙率大，有较强的透水性能啊。

水生物保护型混凝土是指能够营造出适合生物生长、生息的空间或孔隙，能够为水藻类生物提供合适的附着表面，并能在}昆凝土表面增殖，通过相互作用或共生作用，形成食物链，使混凝土周围的水质对生物生长没有不良影响，为海洋生物和淡水生物生长提供良好条件．保护生态环境。

植被绿化混凝土作为固沙、固土、固堤材料，可用于城市的道路两侧及中央隔离带、护坡、停车厂、人行路面及建筑物局部(楼顶、阳台、院墙顶部等不与土壤相连的部位)。适合于大面积的绿化工程，尤其是大型土木工程之后的景观修复等。可以增加城市绿色空间，调节人们的生活情绪，同时能够吸收噪音和粉尘，对城市的生态平衡也起到了积极作用。

透水型混凝土主要用于城市道路、广场、护提、护岸工程等。能够使雨水迅速地渗^地表，还原成地下水，使地下水资源得到及时补充，保持土壤湿度，改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件，扩大城市的透水、透气面积。当降雨时能够减轻排水设施的负担，避免路面积水和夜间反光，增加行人、行车的舒适性和安全性，减小交通噪音，对调节城市空间的气温和湿度，缓解城市的“热岛效应”，维持地下水位和生态平衡具有重要作用。

水生物保护型混凝土可用于江、河、湖和海滨等水域及沿岸。如可做成人工礁石，放置在海洋中，附着在表面的海藻类数量是普通混凝土块的2～3倍，且海藻生长茂盛，形成食物链，为海洋生物生长提供良好条件。此外，还可用于淡水域的河床、护岸等的混凝土构件，构件的表面做成凹凸不平的形状，使之尽量接近自然状态的河床、河岸的状态；为水中的藻类、植物提供根部附着的场所，为鱼类提供生息和避难的场所，净化水质、保护生物多样及生态环境。

3.1.3  绿色高性能混凝土的缺点

绿色高性能混凝土原材料的选择和使用要严格要求, 必须使用优质水泥、合格的骨料和掺和料、饮用水以及优质添加剂。与常规混凝土相比,各方面要求都比较高, 试验工作必须随时根据工程要求进行必要的调整。其施工和养护与普通混凝土差别很大,特别是养护工作对环境温度和湿度的变化很敏感,为减少自身收缩, 必须从混凝土人模就开始加水养护,并采取喷雾、注水、薄膜覆盖等措施。另外必须加大对绿色高性能混凝土品种的研究和开发工作, 大力提高绿色高性能混凝土的高科技含量。比如开发超高强混凝土、轻质混凝土、自密实混凝土等。加大再生混凝土的应用研究工作。在建筑垃圾中,有大部分是废混凝土块。要花费用把它们运到郊外, 又要从数十公里以外运来骨料, 用于新建筑物上, 大大增加了混凝土的成本。如果将这些废混凝土回收利用,加工成混凝土骨料, 重新应用, 既能降低混凝土成本, 又能节约资源, 保护环境。

3.2  绿色高性能混凝土的发展展望

随着我国经济和社会的快速发展，人民生活水平的不断提高，环境污染成为影响经济和社会发展的重要因素，保护环境刻不容缓。地球生态环境由于人类的活动而遭到巨大破坏，为实现经济和社会可持续发展，现在必须重视环境问题，坚持科学发展观建立人与自然和谐发展的新模式，建设节约型社会，要全面协调社会经济和自然环境的关系。我国政府高度重视环境问题，适时制定了中长期节能规划。在规划中建筑业被列为节能与环保的重点行业。

有资料表明：建筑业在我国资源、能源消耗中所占比例分别为50％，40％，成为主要的环境污染源。建筑业中混凝土是用量最大、用途最广泛的建筑材料。普混凝土是以砂石为骨料的水泥基复合材料，水泥是其中主要的胶凝材料。普通混土质量大、抗拉强度低、生产过程劳动强度大、环境污染严重、可持续发展性。2004年我国水泥产量是9．7亿吨，如果全部用来生产混凝土，按每立方米混凝土用水泥300 kg，砂子0．5 m3，石子0．8 m3计算，可以生产13．9亿m3混凝土，需要砂大约7亿m3，石子大约ll亿m3，这样就要消耗巨大自然资源和能源，排放出大量二氧化碳气体。我国已探明可用于生产水泥的石灰石总储存量约45亿t，形势不容乐观。面对自然资源不断减少，环境污染日益严重的问题，普通混凝土已经不能很好地适应社会经济发展需要，人们对混凝土性能提出了更高要求，研究和发展新型绿色混凝土已成为当务之急。

绿色混凝土由于具有良好的性能与环境协调性，已成为混凝土产业未来发展的方向。加快发展绿色混凝土，满足工程建设需要是建筑业贯彻实施可持续发展战略的重要途径。在加快研究与开发的同时也要重视绿色混凝土的宣传推广工作，尽快普及应用到建设工程中，充分发挥其经济社会环境效益。

HPC的发展，不过十几年的时间，习惯了普通混凝土的人们对它的认识还不够，阻碍了HPC广泛应用。高强高性能混凝土已基本被接受，而中低强度高性能混凝土还没得到工程人员的普遍认可，这就为中低强调高性能混凝土的普及带来很大障碍。主要原因是对造价和性能的认识不到位 在文献 指出中低强度混凝土有很好的经济效益，同时也会有很好的社会效益。同时，人们应该认识到“优质工程必须要高性能”。混凝土在整个工程费用中占的比重本来很小，考虑到工程质量，施工方便，耐久性等，HPC即便略增加一些成本，还是值得的，要算大帐，要综合考虑HPC带来的经济、社会效益。为适应我国“节能和绿色建筑”的发展，国家应完善规范，制定相应强制性的法规来大力推广HPC的应用。 

在绿色环保日益深入人心的今天，混凝土能否长期作为最主要的工程结构材料，关键在于能否成为绿色建筑材料，于是GHPC便将承担历史的责任。GHPC能更多的节约水泥熟料，更有效地减少环境污染，同时也能大量降低料耗与能耗；能更多的掺加以工业废渣为主的细掺料，节代熟料，改善环境，减少二次污染；能更大地发挥高性能混凝土的优势，尽量减少水泥与混凝土的用量，达到节省资源、能源与改善环境的目的。粉煤灰是火电厂的燃烧废渣，我国每年的排放量在1．4亿吨以上。粉煤灰具有火山灰活性，它掺到混凝土中，能降低初期水化热，减少干缩，改善新拌混凝土的和易性，增加混凝土的后期强度，显著提高混凝土的耐久性。充分利用粉煤灰作为掺和料发展高性能混凝土，可节约资源和能源，减少二次污染，取得良好的经济和社会效益，是对实现我国可持续发展战略的巨大贡献。

4  工程实例分析

4.1工程概况

    某准高速铁路客运专线的铁路线路设计等级：Ⅰ级别；路段旅客列车设计行车速度：200km/h，预留时速：250km/h；建筑界限：满足开行双层集中箱列车要求。本区段有特大桥三座，桥梁上部结构梁片采用整孔现浇箱梁，混凝土强度等级为C50;箱梁施工具有一次浇筑混凝土方量大（>300m³），整孔箱梁质量大（约900t）,以及工程结构质量要求高的特点，因此必须配制出具有良好可泵性、高流动性、高耐久性能混凝土，以满足工程结构和结构物施工的需要。

4.2高性能混凝土的设计思路

混凝土的性质包括混凝土混合物的性质和混凝土硬化后的性质，混凝土的强度和耐久性很大程度上取决于混凝土混合物的一些列性质，因为它最终能确定混凝土硬化后的结构是否密实，以及密实密切相关的混凝土强度、抗渗性、抗冻性等。混凝土配合比设计其过程包括两个相关步骤：（1）选择混凝土的适宜组分（水泥、集料、水、外加剂、掺和料）；（2）求出他们的相关数量或比例，使之尽可能地配制出工作性、强度、和耐久性合适的混凝土。虽然事实上许多混凝土的性质很重要，但传统的配合比设计方法，大都以混凝土的某一指定工作度和某一龄期时达到的抗压强度为基准，在这高性能混凝土设计中是远远不够的，高性能混凝土的设计应根据工程结构的需要，满足混凝土的抗裂、抗冻、耐磨、抗渗等其他性能要求。

高强混凝土并不等同高性能混凝土，期原因是高强混凝土存在担忧的耐久性问题：（1）高强混凝土生产要求非常严格，人为因素、机械拌合作业因素影响较大，稍有不慎则可带来质量隐患；（2）水泥用量大，早期水化热高、后期收缩大，具有明显的脆性，给结构的耐久性和安全性带来很大的威胁。针对上述问题，国内外许多专家和工程技术人员致力于高强高性能混凝土的研究，同时适宜于高性能混凝土施工的新材料、新工艺、新技术也不断问世。高性能混凝土的设计不仅汲取强度，而更主要的是基于混凝土的耐久性，它要求：（1）混凝土应有较小的体积变形、硬化早期具有较小的水化热，后期收缩小；（2）具有良好的施工性能，拌和浇筑时自流平、自密实，使其质量不受或很少受人工操作的影响。

4.3高性能混凝土配合比试验

为确保桥梁主要承重结构能满足100年使用期的要求，桥梁结构所用工程材料必须符合国家和部门的有关标准和规范，混凝土结构所采用的混凝土应满足耐久性混凝土的要求。以下为该工程高性能混凝土的配制与试验。

4.3.1原材料的技术要求

（1）水泥：水泥采用品质稳定，强度等级不低于42.5级的低碱硅酸盐或低碱普通硅酸盐水泥，水泥熟料中C₃A含量不大于8%，在强腐蚀环境中不大于5%；矿物掺和料仅限于磨细矿渣粉或粉煤灰，质量检验复合《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的要求；

（2）细集料：应采用硬质洁净的天然河砂，细度模数为2.6~3.0，含泥量不大于2%，质量检验应符合《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的要求；

（3）粗集料：应采用坚硬耐久碎石，压碎指标不大于10%，母岩抗压强度与梁体混凝土设计强度之比应大于2.0，含泥量不大于0.5%，针片状颗粒含量不大于5%，质量检验应符合《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的要求；

（4）拌合用水：拌制和养护混凝土用水应复合饮用标准水的要求，质量检验应符合《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的要求；

（5）外加剂：采用的复合外加剂应经铁道部鉴定或评审，并经铁道部质量监督检测中心检验合格方可使用，质量检验应符合《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的要求；

（6）混凝土矿物掺料：应采用粉煤灰或磨细矿渣粉，粉煤灰的需用水量不大于100%，质量检验应符合《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的要求；

4.3.2配合比设计主控项目

（1）混凝土满足设计强度、耐久性指标和施工工艺等要求，配合比选定应检验的项目有：坍落度、泌水率、含气量、抗裂性、抗压强度、电通量、弹性模量、抗冻性、耐磨性、抗渗性；

（2）最大总碱含量复合设计及相关要求（≤3.0kg/m³）；氯离子总含量复合要求；

（3）混凝土的最大水胶比和混凝土胶凝材料的最低用量应满足设计及相关规范要求（与混凝土所处的环境有关系）。

4.3.3配合比的确定

基于高性能混凝土的配制要求，除按普通混凝土配合比设计的一般程序之外，混凝土设计应突出以下几点：

（1）控制水灰比及水泥用量。水灰比的大小不仅影响强度，而且影响混凝土的密实性、耐久性。保证足够的水泥用量和控制水泥用量的超量，也是保证混凝土密实性、耐久性的重要措施；

（2）参用高效减水剂。高效减水剂是配制高性能混凝土的重要组分，高效减水剂的加入，可以大大降低水灰比，增加流动性，使坍落度达到20cm左右，有利于梁片的浇筑与施工；

（3）掺入矿物活性材料。高性能混凝土水灰比一般较小，水泥石中有一部分水泥不能水化，只能起填充作用，因此在配置高性能混凝土时，需掺入矿物活性材料来置换水泥，同事掺入矿物活性材料也可以大大改善混凝土的工作性能。

经大量的试验优选，最后确定的配合比见表1.

经验证，所选定配合比的混凝土各项耐久性指标均复合规范要求，具体指标见表2。

表1  C50 箱梁理论配合比                             kg/m³

4.4工程应用

在特大桥整孔现浇箱梁混凝土的施工中，为确保高性能混凝土的质量和结构的耐久性，采取了一些列施工控制措施：

（1）加强混凝土的搅拌工艺。根据制梁工程施工需要，配备满足的拌合设备，经计量鉴定并保持良好的工作状态。高性能混凝土搅拌时间宜控制在90~120s。通过充分搅拌，使混凝土的各组成分材料混凝土均匀，颜色一致；

（2）严格控制水灰比和坍落度。未经试验人员同意不得随意加减用水量；梁体混凝土在拌和和灌注过程中应定期检查拌合物的和易性，判别坍落度在运输过程中时间段内的损失情况，加强拌合物质量的控制；

（3）加强梁体混凝土的浇筑工艺，梁体施工浇筑顺序为先底板后腹板再顶板，混凝土水平分层厚度不大于30cm；浇筑底板混凝土时应设滑槽下料，防止混凝土的离析；两边腹板对称浇筑，最后浇筑顶板及翼板；

（4）梁体混凝土应连续浇筑一次成型，各层及分段混凝土不得间断，并应在前层或前段混凝土初凝之前，将次层或次阶段混凝土浇筑完毕，每片梁的混凝土浇筑时间宜控制在6h内，以保证混凝土施工质量；

（5）加强混凝土的振捣工艺，确保混凝土有最大的密实性和最小的渗透性；

（6）加强试验检测工作。安装要求制作梁体混凝土时间，确定混凝土的特征值，以利于混凝土的施工控制。梁体张拉强度检测的时间应与梁体同条件养护；

（7）为保证混凝土后期强度的增长，防止混凝土裂缝的产生，保证混凝土的耐久性能，必须加强梁体的养护工作。梁体的养护采用自然养护，注意保持梁的湿润。

通过上述施工控制措施，浇筑完成的梁体，达到内实外美的良好效果，梁体表面官话，混凝土的强度经检验3天平均为41MPa，7d为52 MPa，28d为62MPa，电通量检测为690C，混凝土的各项指标检测均满足规范要求。

4.5结束语

通过特大桥C50整孔现浇箱梁高性能混凝土的试验与应用，可以的出一下几点：

（1）高性能混凝土的获得，不行通过一些列综合的措施，采用高性能的原材料及与之相应的制作工艺；

（2）复合化：混凝土本身就是水泥基复合材料，高性能混凝土必须有活性细掺料和外加剂，特别是高性能高效减水剂的掺入，必要时还需同时采用集中外加剂复合掺配，以期取得要求的混凝土性能，充分发挥复合化的作用，将是高性能混凝土取得经济和广泛应用的研究方向；

（3）高性能混凝土的施工宾虚加强制作和养护的质量控制。

混凝土浇筑振捣后逐渐硬化，必须加强对混凝土的养护工作，特别是掺入高效减水剂的高性能混凝土，养护工作更为重要。

该特大桥C50整孔现浇箱梁高性能混凝土的施工中，由于加强了工程试验检测工作，以及对告诉你混凝土的试验与运用，使整孔现浇箱梁这一工艺复杂、质量和技术标准要求高的高性能混凝土施工顺利完成。

5  结论与展望

高性能混凝土制备的主要技术途径是利用优质的化学外加剂和矿物外加剂。化学外加剂可改善工作性，生产低水胶比的混凝土，控制混凝土坍落度损失，提高混凝土的致密性和抗渗性；矿物外加剂可参与水化，起到胶凝材料的作用，改善界面的微观结构，堵塞混凝土内部空隙，提高混凝土的耐久性。

HPC是混凝土技术进步的产物，它的生产需要有素质的操作人员，较完善的生产设备和高水平的质量管理控制。推广应用HPC，我们应不断总结经验，对推广应用中发现的问题，不断地进行研究并尽快给予解决。笔者相信，随着HPC技术的发展和应用量的不断增大，我国建筑业的整体业的整体水平将得到很大的提高。