引   言

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，以水泥為膠結材的混凝土也取得了具大的發(fā)展，由普通混凝土向高性能混凝土發(fā)展。從20世紀以來，混凝土就己成為房屋建筑、橋梁、水利、公路等現(xiàn)代工程結構首選材料，混凝土作為土木工程中最大宗的人造材料，其用量巨大。據(jù)統(tǒng)計，當今我國每年混凝土用量約109m3，并且隨著我國近年來工業(yè)化、城市化進程的加快，其用量將繼續(xù)快速增長。人類進入21世紀，隨著科學技術的快速發(fā)展，一種又一種新型混凝土涌現(xiàn)出來。混凝土能否長期作為最主要的建筑結構材料，其本身必須具有高強度、高工作性、高耐久性等性能，因此高性能混凝土是現(xiàn)代混凝土技術發(fā)展的必然結果，是混凝土的發(fā)展方向。

高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC)是20世紀80年代末90年代初，一些發(fā)達國家基于混凝土結構耐久性設計提出的一種全新概念的混凝土，它以耐久性為首要設計指標，這種混凝土有可能為基礎設施工程提供100年以上的使用壽命。區(qū)別于傳統(tǒng)混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高強度和高體積穩(wěn)定性等許多優(yōu)良特性，被認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，特別是在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程中顯示出其獨特的優(yōu)越性，在工程安全使用期、經(jīng)濟合理性、環(huán)境條件的適應性等方面產生了明顯的效益，因此被各國學者所接受，被認為是今后混凝土技術的發(fā)展方向。

1  緒論

高性能混凝土是現(xiàn)代高強混凝土的基礎上發(fā)展起來的。使用新型的高效減水劑和礦物摻和料，是混凝土達到高性能的主要技術措施，前者能降低混凝土的水膠比，增大坍落度，控制坍落度損失，提高混凝土的密實性和工作性；后者能填充膠凝材料的孔隙，參與膠凝材料的水化，除提高混凝土的密實度外，還改善混凝土的界面結構，提高混凝土的強度和耐久性。粉煤灰高性能混凝土將粉煤灰作為礦物摻和料，既改善了混凝土的技術性能，同事又充分利用了工業(yè)廢料，有效地節(jié)約了資源和能源，減少了環(huán)境污染，如何綠色高性能混凝土的發(fā)展方向，促進了混凝土技術的健康發(fā)展。

本文目的，對典型高性能混凝土的特點及工程應用進行描述，對新型綠色高性能混凝土原料、設計配比、工程應用的論證，以及對新型高性能混凝土發(fā)展的展望。

2  典型高性能混凝土的特點及工程應用

高性能是在1990年的一次國際會議上對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術發(fā)展的一個基本方向。對高性能混凝土的定義，國內外的提法不盡相同，但概括起來，可以歸結為以下五個方面：

1、 高耐久性，能在正常使用環(huán)境下具有超長的使用年限和較小的維護費用；在特殊要求的使用條件下，能滿足抗侵蝕、抗凍融等抵抗惡劣使用環(huán)境下的特殊要求。

2、  高施工性能，能在具體的施工條件下，順暢地完成混凝土的運送和澆注，能得到密實性和均勻性優(yōu)越的混凝土結構。

3、  較高強度，能滿足設計承載力所提出的強度要求，且具有足夠的后期強度增長能力，并保證在正常使用條件下的強度要求。

4、  高體積穩(wěn)定性，混凝土凝結前不分層、不離析，硬化后體積變化小，具有較好的抗裂能力。

5、  能滿足環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的要求。

本章主要對高性能混凝土的主要發(fā)展動向進行討論，重點分析其特點和工程應用范圍。

2.1  典型高性能混凝土的特點

2.1.1  超高強混凝土的特點

在我國,一般把C10～C50強度等級的混凝土稱為普通強度混凝土，C60～C90強度等級的混凝土稱為高強混凝土，C100及C100以上的混凝土稱為超高強混凝土。

在混凝土中摻人超細粉物質，可以使硬化水泥石結構致密，孔徑細化，改善界面結構，具有高的抗?jié)B性、耐久性和強度，即在混凝土中摻人超細粉物質可以改善高強混凝土的結構并提高其性能。國外已成功研制了立方體抗壓強度可達200MPa～800MPa超高強活性細粉混凝土，其抗拉強度也可達25MPa～150MPa，它是一種超高強混凝土，并且這種混凝土在工程實際中也得到了應用。

2.1.2  綠色高性能混凝土的特點

綠色混凝土的“綠色”涵義為：節(jié)約資源、能源；不破壞環(huán)境，更有利于環(huán)境；可持續(xù)發(fā)展，既滿足當代人的需求，又不危害子孫后代。且能滿足其需要。

所謂綠色高性能混凝土，是指通過材料研選、采用特殊工藝、制造出來的具有特殊結構和表面特性的混凝土；既能減少環(huán)境負荷，又能與環(huán)境協(xié)調，它具有能適應動、植物生長，對調節(jié)生態(tài)平衡、美化環(huán)境景觀，為人類構造舒適環(huán)境。

綠色高性能混凝土指應具有以下特點的混凝土：可滿足混凝土的可持續(xù)發(fā)展，能減少環(huán)境污染，又能與自然生態(tài)系統(tǒng)和諧開發(fā)；比傳統(tǒng)混凝土具有更高的強度和耐久性；可選擇資源豐富，能耗小的原材料；能大量利用工業(yè)廢棄資源，實現(xiàn)非再生性資源的可循環(huán)使用和有害物質的從低排放；適合人居，對人體無害。

2.1.3  機敏型高性能混凝土的特點

混凝土具有自身診斷、自身控制、自身修復等機敏能力功能的機敏型高性能混凝土，如自密實混凝土、內養(yǎng)護混凝土、承受高溫的高強混凝土。

機敏混凝土是一種具有感知和修復性能的混凝土，是智能混凝土的初級階段，是混凝土材料發(fā)展的高級階段。智能混凝土是在混凝土原有的組成基礎上摻加復合智能型組分使混凝土材料具有一定的自感知、自適應和損傷自修復等智能特性的多功能材料，根據(jù)這些特性可以有效的預報混凝土材料內部的損傷，滿足結構白我安全檢測需要，防止混凝土結構潛在的脆性破壞，能顯著提高混凝土結構的安全性和耐久性。

2.1.4  普通混凝土的高性能化

高性能混凝土是一種新型高技術混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現(xiàn)代混凝土技術制作的混凝土。它以耐久性作為設計的主要指標，針對不同用途要求，對下列性能重點予以保證:耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。為此，高性能混凝土在配置上的特點是采用低水膠比，選用優(yōu)質原材料，且必須摻加足夠數(shù)量的礦物細摻料和高效外加劑。
    普通混凝土的高性能化在公路路面研究上有其重要作用，但國內外大量研究與生產應用的高性能混凝土均屬于高強度水泥混凝土，基本上是C60以上，此時面臨的問題出現(xiàn)了，就是高強度導致了高脆性，如果直接用于路面有不可克服的缺點。我們可以這樣理解：高性能混凝土必須具有高的耐久性。同時高性能混凝土也應具有高的強度。但僅僅是高強度，還不一定具有高耐久性。耐久性是高性能混凝土的最重要技術指標。它還要與使用的環(huán)境相結合，采取相應的對策，例如摻入礦物質超細粉。

2.2  高性能混凝土的工程應用

如前所述，高性能混凝土的工程應用已經(jīng)有了較大的發(fā)展，但是由于我國的現(xiàn)狀，各種方法和技術還相對落后，仍需要在工程實踐中不斷使用和檢驗。因此，本節(jié)主要闡述的是高性能混凝土的材料要求、工程應用范圍以及簡單應用實例。

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傳統(tǒng)組分中，參入化學外加劑及礦物外加劑，用現(xiàn)代混凝土技術制備的混凝土，具有低水膠比，它以耐久性作為設計的主要指標，施工管理技術人員嚴格控制高性能混凝土原材料和配合比設計技術要求，除應滿足相應產品國家標準和行業(yè)標準外，還應根據(jù)混凝土耐久性要求，提出原材料品種、性能的特殊要求，確定復合設計要求，施工工藝和施工環(huán)境等因素的配合比。

1、高性能混凝土用原材料

1）水泥

用于生產高性能混凝土的水泥必須兼有高的28d抗壓強度和好的流變性。一般宜選用不低于42.5強度等級的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥。好的流變性意味這使用此水泥參用適量的高效減水劑，在運輸和澆筑過程中，可以控制混凝土的塌落度損失和保持良好的工作性；應通過試配來選擇水泥，選擇水泥細度、石膏形態(tài)和數(shù)量、堿含量的數(shù)量復合設計和施工環(huán)境要求；有耐硫酸鹽寢室要求的混凝土，可選用中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥或高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥；有堿集料反應控制要求時還需注意水泥的堿含量，當集料具有堿—硅酸反應活性時，水泥的堿含量不應超過0.60%。

2）化學外加劑

化學外加劑應采用減水率高、坍落度損失小、適量引氣、能明顯提高混凝土耐久性且質量穩(wěn)定的產品；配置高性能混凝凝土時，應通過實驗選擇與所用水泥適應性好的外加劑。同樣的高效減水劑，當用在低水膠比的高性能混凝土中時，不一定能達到用于較高水膠比混凝土中同樣的效果，這與血多因素有關，如磺化程度、磺化位置、有效固體含量、聚合物鏈長度、聚合物的交聯(lián)程度、剩余磺酸鹽和雜質等。水泥與高效減水劑適應性選擇的原則是：在同一水泥中參入集中高效減水劑顯示流動大、到飽和點時參量少、坍落度經(jīng)時損失小等特征的組合為減水劑與水泥適應性較好；反之，適應性不好，應改換水泥劈中或外加劑品種。

3）礦物外加劑

礦物外加劑對改善混凝土耐久性能至關重要，應選用品質穩(wěn)定的產品；常用的礦物外加劑有1級粉煤灰、磨細粉煤灰、礦渣粉、硅灰和磨細天然沸石等。礦物外加劑性能指標應符合GB18736-2000高強高性能混凝土用礦物外加劑的要求；礦物外加劑的劈中和細度明顯影響高性能混凝土的水化熱、流動性、早期體積穩(wěn)定性、強度、耐久性和成本，應根據(jù)配置高性能混凝土的技術要求，通過實驗確定其品種和摻量。

4）集料

細集料應選擇質地均勻堅固。級配良好、吸水率低的中粗河砂或人工砂，一般其細度模數(shù)應大于2.6，含泥量應小于1.5%。配置C80以上的超高混凝土時，其含泥量應小于1.0%，有條件時應沖洗后使用；粗集料應選擇抗壓強度高和表面相對粗糙的品種，級配良好的石灰?guī)r、花崗巖、輝綠巖等碎石或碎卵石較為使用；一般控制粗集料的最大粒徑不宜大于25mm，針片狀顆粒含量不大于5%，不得混入風化顆粒，含泥量不應大于1%，配置C80以上高強高性能混凝土時，巖石的立方體抗壓強度應該比要配制的混凝土強度高20%以上，粗集料的最大粒徑不宜大于20mm，粗集料宜采用2級配，含泥量不得大于0.5%。

5）水

高性能混凝土的拌合用水應符合《JGJ63-89混凝土拌合用水標準》的要求。

2、配合比設計原則

混凝土的配合比應根據(jù)原材料品質、混凝土設計強度等級、混凝土耐久性以及施工工藝對工作性的要求，通過計算、試配、調整等步驟選定。配制的混凝土應滿足施工要求，設計強度和耐久性等質量要求。高性能混凝土配合比設計應首先考慮混凝土的耐久性要求，然后根據(jù)施工工藝對拌合物工作性和強度要求進行設計，并通過試配、調整，確認滿足使用要求后方可用于正式施工。為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，混凝土中宜適量參加優(yōu)質的粉煤灰、礦渣粉或硅灰等礦物外加劑，其摻量應根據(jù)混凝土的性能通過試驗確定�；瘜W外加劑的摻量應使混凝土達到規(guī)定的水膠比和工作度，且使用的最高摻量不應對混凝土性能（凝結時間、后期強度等）產生不利的影響。

2.2.2  環(huán)保型高性能混凝土的工程應用范圍

混凝土材料給環(huán)境帶來了負面影響，如制造水泥時燃燒碳酸鈣排出的二氧化碳和含硫氣體，形成酸雨，產生溫室效應，進而影響環(huán)境。據(jù)調查城市噪聲的三分之一來自建筑施工，其中混凝土澆搗振動噪音占主要部分。就混凝土本身的特性來看，質地硬脆，顏色灰暗，給人以粗、硬、冷的感覺，由混凝土的構成的生活空間色彩單調，缺乏透氣性，透水性，對溫度，濕度的調節(jié)性能差，在城市大密度的混凝土建筑物和鋪筑的道路，使城市的氣溫上升。新型的混凝土不僅要滿足作為結構材料的要求，還要盡量減少給地球環(huán)境帶來的負荷和不良影響，能夠與自然協(xié)調，與環(huán)境共生。因此，作為人類最大量使用的建設材料，混凝土的發(fā)展方向必然使既要滿足現(xiàn)代人的需求，又要考慮環(huán)境因素，有利于資源、能源的節(jié)省和生態(tài)平衡，環(huán)保型的混凝土成為了混凝土的主要發(fā)展方向。

1）低堿混凝土

pH值在12～13，呈堿性的混凝土對用于結構物來說是有利的，具有保護鋼筋不被腐蝕的作用。但對于道路、港灣等，這種堿性不利于植物和水中生物的生長，所以開發(fā)低堿性、內部具有一定的空隙、能夠提供植物根部或生物生長所必須的養(yǎng)分存在的空間、適應生物生長的混凝土是環(huán)保型混凝土的一個重要研究方向。

目前開發(fā)的環(huán)保型混凝土主要有多孔混凝土及植被混凝土。多孔混凝土也稱為無砂混凝土，它具有粗骨料，沒有細骨料，直接用水泥作為黏結劑連接粗骨料，其透氣和透水性能良好，連續(xù)空隙可以作為生物棲息繁衍的地方，而且可以降低環(huán)境負荷，是一種新型的環(huán)保材料.植被混凝土則是以多孔混凝土為基礎，然后通過在多孔混凝土內部的孔隙加入各種有機、無機的養(yǎng)料來為植物提供營養(yǎng)，并且加入了各種添加劑來改善混凝土內部性質，是的混凝土內部的環(huán)境適合植物生長，另外還在混凝土表面鋪了一層混有種子的客土，提供種子早期的營養(yǎng)。

2）透水混凝土

透水性混凝土與傳統(tǒng)混凝土相比，透水性混凝土最大的特點是具有15%一30%的連通孔隙，具有透氣性和透水性，將這種混凝土用于鋪筑道路、廣場、人行道等，能擴大城市的透水、透氣面積，增加行人、行車的舒適性和安全性，減少交通噪聲，對調節(jié)城市空氣的溫度和濕度、維持地下土壤的水位和生態(tài)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、外加劑和水，與一般混凝土基本上相同，根據(jù)用途、目的及使用場合不同，有時不使用混合材和外加劑。反映透水性混凝土性能的指標有孔隙率、透水系數(shù)、抗壓強度、抗凍融循環(huán)性和干縮等。

3）吸收分解NOx的光催化混凝土 城市工業(yè)和交通的發(fā)展，會導致城市的空氣的質量的下降。燃燒燃料也會對大氣環(huán)境造成嚴重的影響，危害最大的是NOx. NOx（主要有NO，NO2，N2O）可引起酸雨、臭氧層破壞、溫室效應及光化學煙霧等破壞地球生態(tài)環(huán)境和危害人的身體健康及其動植物的發(fā)育一系列問題。光催化混凝土是綠色建材中的一種，它含有二氧化鈦催化劑，因而具有催化劑，能氧化多數(shù)的有機和無機的污染物，尤其是工業(yè)燃燒和汽車尾氣排放的NO，氣體，使其降解為二氧化碳和水等無害物質，起著空氣凈化、美化環(huán)境的作用。

2.2.3 機敏高性能混凝土的工程應用范圍

機敏混凝土是一種具有感知和修復性能的混凝土，是智能混凝土的初級階段，是混凝土材料發(fā)展的高級階段。智能混凝土是在混凝土原有的組成基礎上摻加復合智能型組分使混凝土材料具有一定的自感知、自適應和損傷自修復等智能特性的多功能材料，根據(jù)這些特性可以有效的預報混凝土材料內部的損傷，滿足結構白我安全檢測需要，防止混凝土結構潛在的脆性破壞，能顯著提高混凝土結構的安全性和耐久性。近年來，損傷自診斷混凝土、溫度自調節(jié)混凝土及仿生自愈合混凝土等一系列機敏混凝土的相續(xù)出現(xiàn)，為智能混凝土的研究和發(fā)展打下了堅實的基礎。

1）自診斷智能混凝土

自診斷智能混凝土具有，壓敏性和溫敏性等性能。普通的混凝土材料本身并不具有自感應功能，但在混凝土基材中摻入部分導電相組分制成的復合混凝土可具備自感應性能。目前常用的導電組分可分為3類：聚合物類、碳類和金屬類，而最常用的是碳類和金屬類。碳類導電組分包括石墨、碳纖維及碳黑；金屬類材料則有金屬微粉末、金屬纖維、金屬片及金屬網(wǎng)等。

2）自調節(jié)機敏混凝土

自調節(jié)機敏混凝土具有電力效應和電熱效應等性能。Wittmann F H在1973年首先研究了力由變形產生電、電力，由電產生變形效應。Wittmann F H在做水泥凈漿小梁彎曲時，通過附著在梁上下表面的電極可檢測到電壓，且對其逆反應一電力效應進行了研究，發(fā)現(xiàn)梁產生彎曲變形，改變電壓的方向時，彎曲的方向也發(fā)生相應的變化。

機敏混凝土的力電效應、電力效應是基于電化學理論的可逆效應，因此將電力效應應用于混凝土結構的傳感和驅動時，可以在一定范圍內對它們實施變形調節(jié)。例如，對于平整度要求極高的特殊鋼筋混凝土橋梁，可通過機敏混凝土的電熱和電力自調節(jié)功能進行調節(jié)由于溫度自重所引起的蠕變；機敏混凝土的熱電效應使其可以方便的實時檢測建筑物內部和周圍環(huán)境溫度變化，并利用電熱效應在冬季控制建筑物內部環(huán)境的溫度，可極大的促進智能化建筑的發(fā)展。

3）自修復機敏混凝土

混凝土結構在使用過程中，大多數(shù)結構是帶裂縫工作的。含有微裂紋的混凝土在一定的環(huán)境條件下是能夠自行愈合的，但自然愈合有其自身無法克服的缺陷，受混凝土的齡期、裂紋尺寸、數(shù)量和分布以及特定的環(huán)境影響較大，而且愈合期較長，通常對較晚齡期的混凝土或當混凝土裂縫寬度超過了一定的界限，混凝土的裂縫很難愈合。國內的研究表明，摻有活性摻和料和微細有機纖維的混凝土破壞后其抗拉強度存在自愈合現(xiàn)象；國外研究混凝土裂縫自愈合的方法是在水泥基材料中摻人特殊的修復材料，使混凝土結構在使用過程中發(fā)生損傷時，自動利用修復材料（粘結劑）進行恢復甚至提高混凝土材料的性能。美國伊利諾伊斯大學的Carolyn Dry采用在空心玻璃纖維中注入縮醛高分子溶液作為粘結劑，埋人混凝土中，制成具有自修復智能混凝土。當混凝土結構在使用過程中發(fā)生損傷時，空心玻璃纖維中的粘結劑流出愈合損傷，恢復甚至提高混凝土材料的性能。

3  新型綠色高性能混凝土的研究及工程應用

混凝土能否長期作為最大宗的建筑結構材料，關鍵在于能否成為綠色材料，綠色高性能混凝土應具有以下特征，更多地節(jié)約熟料水泥，減少環(huán)境污染，更多地摻加工業(yè)廢渣為主的細摻料，更大地發(fā)揮高性能的優(yōu)勢，減少水泥與混凝土用量。

混凝土的綠色含量，著眼于混凝土的可持續(xù)發(fā)展，綠色高性能混凝土由于具有良好的性能與環(huán)境協(xié)調性，已成為混凝土產業(yè)未來發(fā)展方向。

本章主要就一些新型綠色高性能混凝土進行詳細分析，闡述其主要概念、綠色化途徑、優(yōu)缺點及發(fā)展展望等內容。

3.1  高性能混凝土綠色化的途徑

生產綠色高性能混凝土的一般技術途徑是：在常規(guī)材料和生產設備、生產工藝的基礎上，優(yōu)化骨料級配，減小孔隙率，采用合理的水膠比和水灰比：采用新型高效減水劑減少混凝土的單方用水量。增大坍落度和控制坍落度的經(jīng)時損失：采用適當摻量的超細礦物粉料，或超細復合礦物粉摻和料。混凝土的施工工藝是技術途徑的實現(xiàn)過程和表現(xiàn)形式。

3.1.1  綠色高性能混凝土的工程應用

1、植被綠化型混凝土的應用

植被綠化混凝土作為固沙、固土、固堤材料，可用于城市的道路兩側及中央隔離帶、護坡、停車廠、人行路面及建筑物的局配部(樓頂、陽臺、院墻頂部等不與土壤相連的部位)。適合于大面積的綠化工程，尤其是大型土木工程之后的景觀修復等。增加城市綠色空間，調節(jié)人們的生活情緒，同時能夠吸收噪音和粉塵，對城市的生態(tài)平衡也起到了積極作用

2、透水型混凝土的應用

透水型混凝土主要用于城市道路、廣場、護提、護岸工程等。能夠使雨水迅速地滲^地表，還原成地下水，使地下水資源得到及時補充，保持土壤濕度，改善城市地表植物和土壤微生物的生存條件，擴大城市的透水、透氣面積。當降雨時能夠減輕排水設施的負擔，避免路面積水和夜間反光，增加行人、行車的舒適性和安全性，減小交通噪音，對調節(jié)城市空間的氣溫和濕度，緩解城市的“熱島效應”，維持地下水位和生態(tài)平衡具有重要作用。

3、水生物保護型混凝土的應用

水生物保護型混凝土可用于江、河、湖和海濱等水域及沿岸。如可做成人工礁石，放置在海洋中，附著在表面的海藻類數(shù)量是普通混凝土塊的2～3倍，且海藻生長茂盛，形成食物鏈，為海洋生物生長提供良好條件。此外，還可用于淡水域的河床、護岸等的混凝土構件，構件的表面做成凹凸不平的形狀，使之盡量接近自然狀態(tài)的河床、河岸的狀態(tài)；為水中的藻類、植物提供根部附著的場所，為魚類提供生息和避難的場所，凈化水質、保護生物多樣及生態(tài)環(huán)境。

3.1.2  綠色高性能混凝土的優(yōu)點

綠色高性能混凝土首先應該是高性能混凝土,同時又是“ 綠色”混凝土

高性能混凝土應具備以下特點:

(1)高的工作性能。高性能混凝土在拌合、運輸、澆筑時具有良好的高流動性(坍落度在200mm以上),不泌水不離析, 施工時能達到自流平, 坍落度經(jīng)時損失小, 具有良好的可泵性。高性能混凝土的這種優(yōu)良工作性能可以保證施工時混凝土的質量均勻, 避免一些原始缺陷, 同時也能提高施工的速度, 節(jié)省人工,收到良好的經(jīng)濟效益。

(2)體積穩(wěn)定性好。高性能混凝土在硬化過程中體積穩(wěn)定, 水化熱低, 混凝土溫升小, 硬化過程中不開裂, 收縮徐變小, 硬化后具有致密的結構, 不易產生裂縫。

（3)高的強度。高性能棍凝土應有高的早期強度及后期強度。高強度是高性能混凝土的重要特點, 但不等于低強度混凝土不具備高性能。我國基本上認為高性能混凝土標號應在C50以上。目前一達國家高性能混凝土強度已經(jīng)達到C100以上, 并已見諸工程應用。

（4）高耐久性。高性能混凝土應具高的抗?jié)B性、抗凍融性及抗腐蝕性。高性能混凝土的滲透性很混凝土結構致密, 能有效地抵抗硫酸鹽、氯離子等有害介質的侵蝕, 使混凝土即使在嚴酷的自然環(huán)境下也具有較長的使用壽命。有些國家設計的混凝土使用壽命能達到100年, 目前我國提出混凝土壽命至少應在50年以上。

“綠色”混凝土是指既能減少對環(huán)境的破壞, 又能與自然生態(tài)共生, 為人類構造舒適環(huán)境的混凝土材料。具有的優(yōu)點可概括為：

(1) 節(jié)約資源、能源；

(2) 不破壞環(huán)境，更應有利于環(huán)境；

(3) 可持續(xù)發(fā)展，保證人類后代能健康、幸福地生存下去。

綜合“ 綠色”和“ 高性能”含義, 可以得出綠色高性能混凝土是指采用先進的混凝土技術, 盡量少占用天然資源和能源, 大量使用工業(yè)廢棄物和城市垃圾制成的具有優(yōu)良耐久性、工作性和經(jīng)濟適用性的混凝土。一些專家的研究認為, 綠色高性能混凝土一般應具有以下特征

（1）所使用的水泥必須為“ 綠色型”水泥工業(yè)生產的。綠色型水泥工業(yè)是指充分利用資源和二次能源回收, 并能夠循環(huán)利用其它工業(yè)的廢渣和廢料企業(yè)不僅要實行質量管理體系, 還要真正實行全面環(huán)境保護體系粉層、廢渣和廢氣等的排放幾乎接近于零, 真正做到不僅自身實現(xiàn)零污染、無公害, 又因循環(huán)利用其它工業(yè)的廢料、廢渣, 而幫助其它工業(yè)進行三廢消化, 最大限度地改善環(huán)境。另外還要最大限度地節(jié)約水泥。

（2）更多地摻加經(jīng)過加工處理的工業(yè)廢渣, 如磨細礦渣、優(yōu)質粉煤灰等作為活性摻合料, 以節(jié)約水泥, 保護環(huán)境, 并改善混凝土耐久性。大量應用以工業(yè)廢液為原料改性制造的減水劑, 以及在此基礎上研制的其它復合外加劑。

(3)大力發(fā)展預拌商品混凝土, 消除現(xiàn)場攪拌混凝土所產生的廢料、粉層和廢水, 并加強對廢料和廢水的循環(huán)使用。

(4)對大量建筑垃圾進行資源化處理, 使之成為可利用的再生混凝土骨料, 減少對天然砂石的開采。

綠色高性能混凝土指應具有以下特點的混凝土：可滿足混凝土的可持續(xù)發(fā)展，能減少環(huán)境污染，又能與自然生態(tài)系統(tǒng)和諧開發(fā)；比傳統(tǒng)混凝土具有更高的強度和耐久性；可選擇資源豐富，能耗小的原材料；能大量利用工業(yè)廢棄資源，實現(xiàn)非再生性資源的可循環(huán)使用和有害物質的從低排放；適合人居，對人體無害。

植被綠化型混凝土是指能夠適應植物生長、可進行植被作業(yè)的混凝土及其制品，具有保護環(huán)境、改善生態(tài)條件、基本保持原有結構材料性能。

透水型混凝土由于無細骨料，在硬化后的混凝土中存在著較大的孔洞、孔隙率大，有較強的透水性能啊。

水生物保護型混凝土是指能夠營造出適合生物生長、生息的空間或孔隙，能夠為水藻類生物提供合適的附著表面，并能在}昆凝土表面增殖，通過相互作用或共生作用，形成食物鏈，使混凝土周圍的水質對生物生長沒有不良影響，為海洋生物和淡水生物生長提供良好條件．保護生態(tài)環(huán)境。

植被綠化混凝土作為固沙、固土、固堤材料，可用于城市的道路兩側及中央隔離帶、護坡、停車廠、人行路面及建筑物局部(樓頂、陽臺、院墻頂部等不與土壤相連的部位)。適合于大面積的綠化工程，尤其是大型土木工程之后的景觀修復等�？梢栽黾映鞘芯G色空間，調節(jié)人們的生活情緒，同時能夠吸收噪音和粉塵，對城市的生態(tài)平衡也起到了積極作用。

透水型混凝土主要用于城市道路、廣場、護提、護岸工程等。能夠使雨水迅速地滲^地表，還原成地下水，使地下水資源得到及時補充，保持土壤濕度，改善城市地表植物和土壤微生物的生存條件，擴大城市的透水、透氣面積。當降雨時能夠減輕排水設施的負擔，避免路面積水和夜間反光，增加行人、行車的舒適性和安全性，減小交通噪音，對調節(jié)城市空間的氣溫和濕度，緩解城市的“熱島效應”，維持地下水位和生態(tài)平衡具有重要作用。

水生物保護型混凝土可用于江、河、湖和海濱等水域及沿岸。如可做成人工礁石，放置在海洋中，附著在表面的海藻類數(shù)量是普通混凝土塊的2～3倍，且海藻生長茂盛，形成食物鏈，為海洋生物生長提供良好條件。此外，還可用于淡水域的河床、護岸等的混凝土構件，構件的表面做成凹凸不平的形狀，使之盡量接近自然狀態(tài)的河床、河岸的狀態(tài)；為水中的藻類、植物提供根部附著的場所，為魚類提供生息和避難的場所，凈化水質、保護生物多樣及生態(tài)環(huán)境。

3.1.3  綠色高性能混凝土的缺點

綠色高性能混凝土原材料的選擇和使用要嚴格要求, 必須使用優(yōu)質水泥、合格的骨料和摻和料、飲用水以及優(yōu)質添加劑。與常規(guī)混凝土相比,各方面要求都比較高, 試驗工作必須隨時根據(jù)工程要求進行必要的調整。其施工和養(yǎng)護與普通混凝土差別很大,特別是養(yǎng)護工作對環(huán)境溫度和濕度的變化很敏感,為減少自身收縮, 必須從混凝土人模就開始加水養(yǎng)護,并采取噴霧、注水、薄膜覆蓋等措施。另外必須加大對綠色高性能混凝土品種的研究和開發(fā)工作, 大力提高綠色高性能混凝土的高科技含量。比如開發(fā)超高強混凝土、輕質混凝土、自密實混凝土等。加大再生混凝土的應用研究工作。在建筑垃圾中,有大部分是廢混凝土塊。要花費用把它們運到郊外, 又要從數(shù)十公里以外運來骨料, 用于新建筑物上, 大大增加了混凝土的成本。如果將這些廢混凝土回收利用,加工成混凝土骨料, 重新應用, 既能降低混凝土成本, 又能節(jié)約資源, 保護環(huán)境。

3.2  綠色高性能混凝土的發(fā)展展望

隨著我國經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，環(huán)境污染成為影響經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要因素，保護環(huán)境刻不容緩。地球生態(tài)環(huán)境由于人類的活動而遭到巨大破壞，為實現(xiàn)經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)在必須重視環(huán)境問題，堅持科學發(fā)展觀建立人與自然和諧發(fā)展的新模式，建設節(jié)約型社會，要全面協(xié)調社會經(jīng)濟和自然環(huán)境的關系。我國政府高度重視環(huán)境問題，適時制定了中長期節(jié)能規(guī)劃。在規(guī)劃中建筑業(yè)被列為節(jié)能與環(huán)保的重點行業(yè)。

有資料表明：建筑業(yè)在我國資源、能源消耗中所占比例分別為50％，40％，成為主要的環(huán)境污染源。建筑業(yè)中混凝土是用量最大、用途最廣泛的建筑材料。普混凝土是以砂石為骨料的水泥基復合材料，水泥是其中主要的膠凝材料。普通混土質量大、抗拉強度低、生產過程勞動強度大、環(huán)境污染嚴重、可持續(xù)發(fā)展性。2004年我國水泥產量是9．7億噸，如果全部用來生產混凝土，按每立方米混凝土用水泥300 kg，砂子0．5 m3，石子0．8 m3計算，可以生產13．9億m3混凝土，需要砂大約7億m3，石子大約ll億m3，這樣就要消耗巨大自然資源和能源，排放出大量二氧化碳氣體。我國已探明可用于生產水泥的石灰石總儲存量約45億t，形勢不容樂觀。面對自然資源不斷減少，環(huán)境污染日益嚴重的問題，普通混凝土已經(jīng)不能很好地適應社會經(jīng)濟發(fā)展需要，人們對混凝土性能提出了更高要求，研究和發(fā)展新型綠色混凝土已成為當務之急。

綠色混凝土由于具有良好的性能與環(huán)境協(xié)調性，已成為混凝土產業(yè)未來發(fā)展的方向。加快發(fā)展綠色混凝土，滿足工程建設需要是建筑業(yè)貫徹實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要途徑。在加快研究與開發(fā)的同時也要重視綠色混凝土的宣傳推廣工作，盡快普及應用到建設工程中，充分發(fā)揮其經(jīng)濟社會環(huán)境效益。

HPC的發(fā)展，不過十幾年的時間，習慣了普通混凝土的人們對它的認識還不夠，阻礙了HPC廣泛應用。高強高性能混凝土已基本被接受，而中低強度高性能混凝土還沒得到工程人員的普遍認可，這就為中低強調高性能混凝土的普及帶來很大障礙。主要原因是對造價和性能的認識不到位 在文獻 指出中低強度混凝土有很好的經(jīng)濟效益，同時也會有很好的社會效益。同時，人們應該認識到“優(yōu)質工程必須要高性能”�；炷�土在整個工程費用中占的比重本來很小，考慮到工程質量，施工方便，耐久性等，HPC即便略增加一些成本，還是值得的，要算大帳，要綜合考慮HPC帶來的經(jīng)濟、社會效益。為適應我國“節(jié)能和綠色建筑”的發(fā)展，國家應完善規(guī)范，制定相應強制性的法規(guī)來大力推廣HPC的應用。 

在綠色環(huán)保日益深入人心的今天，混凝土能否長期作為最主要的工程結構材料，關鍵在于能否成為綠色建筑材料，于是GHPC便將承擔歷史的責任。GHPC能更多的節(jié)約水泥熟料，更有效地減少環(huán)境污染，同時也能大量降低料耗與能耗；能更多的摻加以工業(yè)廢渣為主的細摻料，節(jié)代熟料，改善環(huán)境，減少二次污染；能更大地發(fā)揮高性能混凝土的優(yōu)勢，盡量減少水泥與混凝土的用量，達到節(jié)省資源、能源與改善環(huán)境的目的。粉煤灰是火電廠的燃燒廢渣，我國每年的排放量在1．4億噸以上。粉煤灰具有火山灰活性，它摻到混凝土中，能降低初期水化熱，減少干縮，改善新拌混凝土的和易性，增加混凝土的后期強度，顯著提高混凝土的耐久性。充分利用粉煤灰作為摻和料發(fā)展高性能混凝土，可節(jié)約資源和能源，減少二次污染，取得良好的經(jīng)濟和社會效益，是對實現(xiàn)我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的巨大貢獻。

4  工程實例分析

4.1工程概況

    某準高速鐵路客運專線的鐵路線路設計等級：Ⅰ級別；路段旅客列車設計行車速度：200km/h，預留時速：250km/h；建筑界限：滿足開行雙層集中箱列車要求。本區(qū)段有特大橋三座，橋梁上部結構梁片采用整孔現(xiàn)澆箱梁，混凝土強度等級為C50;箱梁施工具有一次澆筑混凝土方量大（>300m³），整孔箱梁質量大（約900t）,以及工程結構質量要求高的特點，因此必須配制出具有良好可泵性、高流動性、高耐久性能混凝土，以滿足工程結構和結構物施工的需要。

4.2高性能混凝土的設計思路

混凝土的性質包括混凝土混合物的性質和混凝土硬化后的性質，混凝土的強度和耐久性很大程度上取決于混凝土混合物的一些列性質，因為它最終能確定混凝土硬化后的結構是否密實，以及密實密切相關的混凝土強度、抗?jié)B性、抗凍性等�；炷�土配合比設計其過程包括兩個相關步驟：（1）選擇混凝土的適宜組分（水泥、集料、水、外加劑、摻和料）；（2）求出他們的相關數(shù)量或比例，使之盡可能地配制出工作性、強度、和耐久性合適的混凝土。雖然事實上許多混凝土的性質很重要，但傳統(tǒng)的配合比設計方法，大都以混凝土的某一指定工作度和某一齡期時達到的抗壓強度為基準，在這高性能混凝土設計中是遠遠不夠的，高性能混凝土的設計應根據(jù)工程結構的需要，滿足混凝土的抗裂、抗凍、耐磨、抗?jié)B等其他性能要求。

高強混凝土并不等同高性能混凝土，期原因是高強混凝土存在擔憂的耐久性問題：（1）高強混凝土生產要求非常嚴格，人為因素、機械拌合作業(yè)因素影響較大，稍有不慎則可帶來質量隱患；（2）水泥用量大，早期水化熱高、后期收縮大，具有明顯的脆性，給結構的耐久性和安全性帶來很大的威脅。針對上述問題，國內外許多專家和工程技術人員致力于高強高性能混凝土的研究，同時適宜于高性能混凝土施工的新材料、新工藝、新技術也不斷問世。高性能混凝土的設計不僅汲取強度，而更主要的是基于混凝土的耐久性，它要求：（1）混凝土應有較小的體積變形、硬化早期具有較小的水化熱，后期收縮��；（2）具有良好的施工性能，拌和澆筑時自流平、自密實，使其質量不受或很少受人工操作的影響。

4.3高性能混凝土配合比試驗

為確保橋梁主要承重結構能滿足100年使用期的要求，橋梁結構所用工程材料必須符合國家和部門的有關標準和規(guī)范，混凝土結構所采用的混凝土應滿足耐久性混凝土的要求。以下為該工程高性能混凝土的配制與試驗。

4.3.1原材料的技術要求

（1）水泥：水泥采用品質穩(wěn)定，強度等級不低于42.5級的低堿硅酸鹽或低堿普通硅酸鹽水泥，水泥熟料中C₃A含量不大于8%，在強腐蝕環(huán)境中不大于5%；礦物摻和料僅限于磨細礦渣粉或粉煤灰，質量檢驗復合《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》的要求；

（2）細集料：應采用硬質潔凈的天然河砂，細度模數(shù)為2.6~3.0，含泥量不大于2%，質量檢驗應符合《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》的要求；

（3）粗集料：應采用堅硬耐久碎石，壓碎指標不大于10%，母巖抗壓強度與梁體混凝土設計強度之比應大于2.0，含泥量不大于0.5%，針片狀顆粒含量不大于5%，質量檢驗應符合《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》的要求；

（4）拌合用水：拌制和養(yǎng)護混凝土用水應復合飲用標準水的要求，質量檢驗應符合《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》的要求；

（5）外加劑：采用的復合外加劑應經(jīng)鐵道部鑒定或評審，并經(jīng)鐵道部質量監(jiān)督檢測中心檢驗合格方可使用，質量檢驗應符合《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》的要求；

（6）混凝土礦物摻料：應采用粉煤灰或磨細礦渣粉，粉煤灰的需用水量不大于100%，質量檢驗應符合《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》的要求；

4.3.2配合比設計主控項目

（1）混凝土滿足設計強度、耐久性指標和施工工藝等要求，配合比選定應檢驗的項目有：坍落度、泌水率、含氣量、抗裂性、抗壓強度、電通量、彈性模量、抗凍性、耐磨性、抗?jié)B性；

（2）最大總堿含量復合設計及相關要求（≤3.0kg/m³）；氯離子總含量復合要求；

（3）混凝土的最大水膠比和混凝土膠凝材料的最低用量應滿足設計及相關規(guī)范要求（與混凝土所處的環(huán)境有關系）。

4.3.3配合比的確定

基于高性能混凝土的配制要求，除按普通混凝土配合比設計的一般程序之外，混凝土設計應突出以下幾點：

（1）控制水灰比及水泥用量。水灰比的大小不僅影響強度，而且影響混凝土的密實性、耐久性。保證足夠的水泥用量和控制水泥用量的超量，也是保證混凝土密實性、耐久性的重要措施；

（2）參用高效減水劑。高效減水劑是配制高性能混凝土的重要組分，高效減水劑的加入，可以大大降低水灰比，增加流動性，使坍落度達到20cm左右，有利于梁片的澆筑與施工；

（3）摻入礦物活性材料。高性能混凝土水灰比一般較小，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時，需摻入礦物活性材料來置換水泥，同事?lián)饺氲V物活性材料也可以大大改善混凝土的工作性能。

經(jīng)大量的試驗優(yōu)選，最后確定的配合比見表1.

經(jīng)驗證，所選定配合比的混凝土各項耐久性指標均復合規(guī)范要求，具體指標見表2。

表1  C50 箱梁理論配合比                             kg/m³

4.4工程應用

在特大橋整孔現(xiàn)澆箱梁混凝土的施工中，為確保高性能混凝土的質量和結構的耐久性，采取了一些列施工控制措施：

（1）加強混凝土的攪拌工藝。根據(jù)制梁工程施工需要，配備滿足的拌合設備，經(jīng)計量鑒定并保持良好的工作狀態(tài)。高性能混凝土攪拌時間宜控制在90~120s。通過充分攪拌，使混凝土的各組成分材料混凝土均勻，顏色一致；

（2）嚴格控制水灰比和坍落度。未經(jīng)試驗人員同意不得隨意加減用水量；梁體混凝土在拌和和灌注過程中應定期檢查拌合物的和易性，判別坍落度在運輸過程中時間段內的損失情況，加強拌合物質量的控制；

（3）加強梁體混凝土的澆筑工藝，梁體施工澆筑順序為先底板后腹板再頂板，混凝土水平分層厚度不大于30cm；澆筑底板混凝土時應設滑槽下料，防止混凝土的離析；兩邊腹板對稱澆筑，最后澆筑頂板及翼板；

（4）梁體混凝土應連續(xù)澆筑一次成型，各層及分段混凝土不得間斷，并應在前層或前段混凝土初凝之前，將次層或次階段混凝土澆筑完畢，每片梁的混凝土澆筑時間宜控制在6h內，以保證混凝土施工質量；

（5）加強混凝土的振搗工藝，確�；炷�土有最大的密實性和最小的滲透性；

（6）加強試驗檢測工作。安裝要求制作梁體混凝土時間，確定混凝土的特征值，以利于混凝土的施工控制。梁體張拉強度檢測的時間應與梁體同條件養(yǎng)護；

（7）為保證混凝土后期強度的增長，防止混凝土裂縫的產生，保證混凝土的耐久性能，必須加強梁體的養(yǎng)護工作。梁體的養(yǎng)護采用自然養(yǎng)護，注意保持梁的濕潤。

通過上述施工控制措施，澆筑完成的梁體，達到內實外美的良好效果，梁體表面官話，混凝土的強度經(jīng)檢驗3天平均為41MPa，7d為52 MPa，28d為62MPa，電通量檢測為690C，混凝土的各項指標檢測均滿足規(guī)范要求。

4.5結束語

通過特大橋C50整孔現(xiàn)澆箱梁高性能混凝土的試驗與應用，可以的出一下幾點：

（1）高性能混凝土的獲得，不行通過一些列綜合的措施，采用高性能的原材料及與之相應的制作工藝；

（2）復合化：混凝土本身就是水泥基復合材料，高性能混凝土必須有活性細摻料和外加劑，特別是高性能高效減水劑的摻入，必要時還需同時采用集中外加劑復合摻配，以期取得要求的混凝土性能，充分發(fā)揮復合化的作用，將是高性能混凝土取得經(jīng)濟和廣泛應用的研究方向；

（3）高性能混凝土的施工賓虛加強制作和養(yǎng)護的質量控制。

混凝土澆筑振搗后逐漸硬化，必須加強對混凝土的養(yǎng)護工作，特別是摻入高效減水劑的高性能混凝土，養(yǎng)護工作更為重要。

該特大橋C50整孔現(xiàn)澆箱梁高性能混凝土的施工中，由于加強了工程試驗檢測工作，以及對告訴你混凝土的試驗與運用，使整孔現(xiàn)澆箱梁這一工藝復雜、質量和技術標準要求高的高性能混凝土施工順利完成。

5  結論與展望

高性能混凝土制備的主要技術途徑是利用優(yōu)質的化學外加劑和礦物外加劑�；瘜W外加劑可改善工作性，生產低水膠比的混凝土，控制混凝土坍落度損失，提高混凝土的致密性和抗?jié)B性；礦物外加劑可參與水化，起到膠凝材料的作用，改善界面的微觀結構，堵塞混凝土內部空隙，提高混凝土的耐久性。

HPC是混凝土技術進步的產物，它的生產需要有素質的操作人員，較完善的生產設備和高水平的質量管理控制。推廣應用HPC，我們應不斷總結經(jīng)驗，對推廣應用中發(fā)現(xiàn)的問題，不斷地進行研究并盡快給予解決。筆者相信，隨著HPC技術的發(fā)展和應用量的不斷增大，我國建筑業(yè)的整體業(yè)的整體水平將得到很大的提高。