混凝土(tǔ)是我國建築工(gōng)程中的(de)主要結構材料。随著(zhe)技術(shù)的(de)進步，混凝土(tǔ)結構工(gōng)程向更高(gāo)建築、更大(dà)跨度和(hé)更高(gāo)承載力方向發展，同時，人(rén)們對結構的(de)耐久性等要求也(yě)不斷提高(gāo)，這些都(dōu)使得高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)的(de)研制(zhì)和(hé)應用(yòng)成爲必然。
1 高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)的(de)含義
高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)（High Performance Concrete 簡稱HPC）一詞是1990年在美(měi)國的(de)一次國際學術(shù)會(huì)議上(shàng)公開(kāi)提出來的(de)。高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)是在研究發展高(gāo)強混凝土(tǔ)的(de)過程中發展起來的(de)。
什(shén)麽是高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)，至今國際上(shàng)還沒有(yǒu)一個(gè)公認的(de)定義，1994年在新加坡召開(kāi)的(de)第一屆高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)國際會(huì)議上(shàng)，許多研究人(rén)員認爲高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)應是具有(yǒu)高(gāo)質量和(hé)高(gāo)耐久性的(de)混凝土(tǔ)，但(dàn)未定出具體的(de)質量指标和(hé)耐久性指标。根據國際上(shàng)目前發表的(de)文(wén)章(zhāng)和(hé)研究成果，可(kě)以認爲HPC是在大(dà)幅度提高(gāo)常規混凝土(tǔ)性能(néng)的(de)基礎上(shàng)采用(yòng)現代混凝土(tǔ)技術(shù)，選用(yòng)優質原材料，除水(shuǐ)泥、水(shuǐ)、集料外，必須摻加足夠數量的(de)活性細摻料和(hé)高(gāo)效外加劑的(de)一種新型高(gāo)技術(shù)混凝土(tǔ)。其高(gāo)性能(néng)包括：易澆搗而不離(lí)析，力學性能(néng)穩定，高(gāo)強度，高(gāo)耐久性，高(gāo)體積穩定性和(hé)高(gāo)工(gōng)藝性。
2 高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)的(de)性能(néng)
2.1 高(gāo)強度
混凝土(tǔ)強度對結構來說是最基本的(de)性能(néng)要求。不同的(de)結構，對混凝土(tǔ)強度要求也(yě)不一樣，有(yǒu)的(de)結構要求有(yǒu)較高(gāo)的(de)抗壓強度與抗剪強度;有(yǒu)的(de)結構希望在短期内有(yǒu)較高(gāo)的(de)強度;有(yǒu)的(de)結構需要有(yǒu)較高(gāo)的(de)抗拉強度;有(yǒu)的(de)結構在28天後才承受荷載，希望後期強度有(yǒu)較大(dà)的(de)增長可(kě)以利用(yòng);有(yǒu)的(de)結構需要抗沖切，抗磨損，抗疲勞強度等等。所以對混凝土(tǔ)的(de)強度也(yě)需要有(yǒu)一個(gè)全面的(de)了解。
在大(dà)跨度結構物(wù)允許減小(xiǎo)斷面的(de)構件(jiàn)部位，應盡量采用(yòng)強度高(gāo)的(de)混凝土(tǔ)。資料顯示，混凝土(tǔ)強度從C40提高(gāo)到(dào)C80時，造價約增加50%，而承載能(néng)力可(kě)提高(gāo)1倍左右。由于具有(yǒu)減小(xiǎo)斷面、降低結構物(wù)自重等優勢，高(gāo)強混凝土(tǔ)在國外發展很快。出于耐久性的(de)考慮，高(gāo)強混凝土(tǔ)又(yòu)逐漸發展成高(gāo)強度的(de)高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)。
目前普遍認爲高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)必須是高(gāo)強混凝土(tǔ)（C50以上(shàng)），而高(gāo)強混凝土(tǔ)未必是高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)。但(dàn)另一觀點認爲，高(gāo)強混凝土(tǔ)必須是高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)，而高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)不一定非要強度高(gāo)，如(rú)水(shuǐ)工(gōng)結構物(wù)，對強度要求并不高(gāo)（C30左右），但(dàn)對耐久性要求卻很高(gāo)。
劃分(fēn)高(gāo)強混凝土(tǔ)的(de)标準，是與各國的(de)混凝土(tǔ)工(gōng)程技術(shù)水(shuǐ)平相(xiàng)關的(de)。表1列出了各個(gè)國家規定的(de)高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)的(de)強度極限值。可(kě)以看出：除美(měi)國外，幾乎每個(gè)國家都(dōu)規定了一個(gè)抗壓強度的(de)上(shàng)限值。此外，大(dà)多數國家都(dōu)規定了最小(xiǎo)強度标準爲50 MPa左右，美(měi)國采用(yòng)的(de)最低強度标準爲41 MPa。
表1各規範規定的(de)高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)強度極限值（MPa）
規 範 強度
美(měi)國混凝土(tǔ)協會(huì) ≥41
歐洲混凝土(tǔ)委員會(huì) 50～100
挪威 44～94
芬蘭 60～100
日本 50～80
德國 65～115
荷蘭 65～105
瑞典 60～80
法國 50～80
我國在普通工(gōng)業(yè)與民(mín)用(yòng)建築中，現場(chǎng)澆注混凝土(tǔ)的(de)強度等級大(dà)量低于C30，預制(zhì)混凝土(tǔ)構件(jiàn)普遍低于C40;而在橋梁工(gōng)程中，現澆C50混凝土(tǔ)已是常事。考慮到(dào)其它因素，我國将強度等級爲C50及以上(shàng)的(de)混凝土(tǔ)劃分(fēn)爲高(gāo)強混凝土(tǔ)，這樣劃分(fēn)與歐洲CEB、美(měi)國ACI、日本等國的(de)标準大(dà)體相(xiàng)當。
2.2 高(gāo)耐久性
長期以來，混凝土(tǔ)一直被看成堅固耐久的(de)材料，實踐證明(míng)，普通混凝土(tǔ)并不總象當初應用(yòng)時所認爲的(de)那樣耐久，許多國家早期修建的(de)一些混凝土(tǔ)基礎設施工(gōng)程已相(xiàng)繼步入老化期。以美(měi)國爲例，美(měi)國現有(yǒu)橋梁約57。5萬座，據1991年提交美(měi)國國會(huì)的(de)一份報告中的(de)數據，這些橋梁中不少(shǎo)已經老化損壞，爲修複和(hé)更新，在以後20年内每年需耗資60～85億美(měi)元，每年需修複更新的(de)橋梁達1。6萬座，這不僅耗資巨大(dà)，而且影響社會(huì)生産和(hé)生活秩序。普通混凝土(tǔ)因耐久性不良造成的(de)問題在我國也(yě)相(xiàng)當突出。現代高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)技術(shù)爲解決混凝土(tǔ)的(de)耐久性提供了出路(lù)，對于橋梁、道路(lù)、港口、海(hǎi)洋工(gōng)程等許多設施來說，混凝土(tǔ)的(de)耐久性比其強度顯得更爲重要。
對混凝土(tǔ)耐久性的(de)要求可(kě)從兩個(gè)方面分(fēn)析，即自然老化和(hé)人(rén)爲劣化。自然老化是指混凝土(tǔ)在大(dà)氣、土(tǔ)壤和(hé)水(shuǐ)中，随著(zhe)時間的(de)推移發生的(de)性能(néng)變化，如(rú)氣溫變化、日曬雨 淋、凍融循環、幹濕較替等作用(yòng)，使混凝土(tǔ)産生裂縫、剝落、疏松等現象，降低結構安全度;二氧化碳的(de)侵入，使混凝土(tǔ)發生碳化，降低混凝土(tǔ)對鋼筋的(de)防鏽保護作 用(yòng);遭受有(yǒu)腐蝕性氣體或液體的(de)侵蝕，降低混凝土(tǔ)強度，使混凝土(tǔ)開(kāi)裂，鋼筋被腐蝕等。人(rén)爲劣化是指混 凝土(tǔ)結構在使用(yòng)過程中，由于生産、生活、管理(lǐ)等方面的(de)原因，使混凝土(tǔ)發生降低使用(yòng)功能(néng)的(de)現象。如(rú)磨損、沖刷使混凝土(tǔ)降低了耐久性;疲勞、撞擊使混凝土(tǔ)産生 裂縫或損傷，降低結構強度;酸、堿、油的(de)腐蝕破壞了混凝土(tǔ)的(de)内在結構，失去或降低混凝土(tǔ)強度;溫度、滲透等作用(yòng)直接損傷了混凝土(tǔ)。
要解決上(shàng)述耐久性問題，就必須使混凝土(tǔ)密實度高(gāo)且不産生原生裂縫;硬化後體積穩定而不産生收縮裂縫;同時減少(shǎo)混凝土(tǔ)内部産生侵蝕的(de)組分(fēn)。
高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)是一種耐久性優異的(de)混凝土(tǔ)，耐久性可(kě)達百年之久，是普通混凝土(tǔ)的(de)3－10倍。混凝土(tǔ)的(de)耐久性即抵抗劣化的(de)能(néng)力，主要包括：抗滲性、抗侵蝕性、抗凍性、耐磨性、抗碳化性、抗堿－骨料反映等。
2.3 高(gāo)體積穩定性
混凝土(tǔ)的(de)體積穩定性直接影響結構的(de)受力性能(néng)，嚴重者會(huì)影響結構的(de)安全。混凝土(tǔ)的(de)體積穩定性可(kě)分(fēn)成三類，一類是混凝土(tǔ)在凝結過程中發生的(de)體積變形，總稱爲收縮 變形;另一類是混凝土(tǔ)在承受荷載後發生的(de)體積變形，如(rú)彈性變形，徐變變形等;還有(yǒu)一類是混凝土(tǔ)在溫度作用(yòng)下的(de)體積變形，稱爲溫度變形。收縮變形是混凝土(tǔ)的(de)一種固有(yǒu)特性，不均勻收縮會(huì)使混凝土(tǔ)産生内應力，産生裂縫，降低混凝土(tǔ)強度和(hé)耐久性。減少(shǎo)收縮主要應從減少(shǎo)用(yòng)水(shuǐ)量，減少(shǎo)水(shuǐ)泥漿用(yòng)量，提高(gāo)混凝土(tǔ)的(de)密實性解決。
徐變是混凝土(tǔ)的(de)另一個(gè)重要特性。混凝土(tǔ)在一個(gè)定值荷載作用(yòng)下，産生随時間增長變形增加的(de)現象稱爲徐變。徐變變形會(huì)改變結構中的(de)内力，有(yǒu)時産生對結構不利的(de)變 形，影響結構的(de)安全。減少(shǎo)徐變的(de)主要辦法有(yǒu)：提高(gāo)混凝土(tǔ)的(de)強度，降低其使用(yòng)應力，減少(shǎo)混凝土(tǔ)中的(de)水(shuǐ)泥漿含量，不要過早使混凝土(tǔ)承受使用(yòng)荷載等。
彈性變形是所有(yǒu)結構材料共有(yǒu)的(de)特性，混凝土(tǔ)在受力後産生的(de)彈性變形比較大(dà)。要使彈性變形小(xiǎo)，就要提高(gāo)混凝土(tǔ)的(de)彈性模量。提高(gāo)彈性模量的(de)辦法有(yǒu)：提高(gāo)混凝土(tǔ)的(de)強度，采用(yòng)彈性模量高(gāo)的(de)集料，改善混凝土(tǔ)的(de)級配，提高(gāo)混凝土(tǔ)密實度。
溫度變形。混凝土(tǔ)的(de)溫度變形分(fēn)兩類，一類是熱(rè)脹冷(lěng)縮變形，如(rú)受到(dào)約束時，使結構發生裂縫，甚至破壞;另一類是混凝土(tǔ)水(shuǐ)化是産生的(de)溫度應力而引起裂縫。
對體積穩定性要求，國際上(shàng)也(yě)還沒有(yǒu)一個(gè)統一的(de)标準。一般來說，要求混凝土(tǔ)的(de)收縮變形、徐變變形小(xiǎo)，彈性模量高(gāo)，溫度膨脹系數盡量與鋼筋一緻。
2.4 高(gāo)工(gōng)藝性
混凝土(tǔ)的(de)工(gōng)藝性能(néng)是混凝土(tǔ)質量的(de)重要保證。沒有(yǒu)好的(de)工(gōng)藝性能(néng)，混凝土(tǔ)就很難達到(dào)高(gāo)強度、高(gāo)耐久性和(hé)高(gāo)體積穩定性。
混凝土(tǔ)的(de)工(gōng)藝性包括對拌和(hé)、運輸、澆灌和(hé)振實等各道操作工(gōng)序的(de)要求，在施工(gōng)過程中不産生離(lí)析，質量穩定，施工(gōng)完成後的(de)混凝土(tǔ)密實、勻質、平整、表面光(guāng)潔。
2.5 應用(yòng)經濟性
雖然高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)在成本上(shàng)比普通混凝土(tǔ)要高(gāo)一些，但(dàn)由于減小(xiǎo)了截面尺寸，減輕了結構自重，降低了鋼筋用(yòng)量，這對自重占荷載主要部分(fēn)的(de)混凝土(tǔ)結構具有(yǒu)特别重要的(de)意義。一般情況下，混凝土(tǔ)強度等級從C30 提高(gāo)到(dào)C60 ，對受壓構件(jiàn)可(kě)節省混凝土(tǔ)30%～40%，受彎構件(jiàn)可(kě)節省混凝土(tǔ)10%～20 %%，以年産15 億立方米混凝土(tǔ)中有(yǒu)20%采用(yòng)高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)，以商品混凝土(tǔ)350元/m3計(jì)算，可(kě)節約資金(jīn)210 億 元，具有(yǒu)巨大(dà)的(de)直接經濟效益;同時由于截面尺寸減小(xiǎo)，不但(dàn)改變了結構上(shàng)肥梁胖柱的(de)不美(měi)觀問題，而且可(kě)增加使用(yòng)面積和(hé)有(yǒu)效空間，因而可(kě)獲得較大(dà)的(de)間接經濟效 益。在建設階段通過節約混凝土(tǔ)用(yòng)量，可(kě)以節約土(tǔ)地(dì)、煤、水(shuǐ)、礦石、砂等能(néng)源和(hé)資源的(de)消耗量，從而減少(shǎo)有(yǒu)害氣體和(hé)廢渣的(de)排放(fàng)，使用(yòng)階段可(kě)減少(shǎo)養護維修費用(yòng)， 實現節能(néng)，帶來可(kě)觀的(de)社會(huì)效益。
3 高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)的(de)配制(zhì)要求
3.1 水(shuǐ)泥
高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)應采用(yòng)礦物(wù)組成合理(lǐ)、細度合格的(de)高(gāo)标号水(shuǐ)泥，還應注意盡可(kě)能(néng)選擇标準稠度需水(shuǐ)量較小(xiǎo)和(hé)水(shuǐ)化熱(rè)較低的(de)水(shuǐ)泥，這樣容易選擇超塑化劑并在較小(xiǎo)的(de)單位水(shuǐ)量下獲得良好的(de)流動性。一般常用(yòng)42。5級以上(shàng)的(de)矽酸鹽水(shuǐ)泥。
3.2 骨料
配制(zhì)高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)的(de)骨料與普通混凝土(tǔ)的(de)要求不同，骨料本身的(de)強度要高(gāo)，一般選用(yòng)花崗岩、硬質砂岩及石灰岩等。還需控制(zhì)骨料的(de)粒徑、表面特征、用(yòng)量、吸水(shuǐ)率等指标。
3.3 水(shuǐ)灰比
配制(zhì)高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)的(de)重要措施是減小(xiǎo)水(shuǐ)灰比，使混凝土(tǔ)密實性提高(gāo)，其強度和(hé)耐久性可(kě)顯著(zhe)曾長。一般水(shuǐ)灰比在0。3左右，用(yòng)水(shuǐ)量不大(dà)于160kg/m3。
3.4 高(gāo)效減水(shuǐ)劑
高(gāo)效減水(shuǐ)劑是表面活性劑，可(kě)以大(dà)大(dà)提高(gāo)水(shuǐ)泥漿的(de)流動性，使得低水(shuǐ)灰比配制(zhì)的(de)混凝土(tǔ)具有(yǒu)高(gāo)坍落度。同時，還能(néng)促進水(shuǐ)泥的(de)水(shuǐ)化作用(yòng)，提高(gāo)早期強度。高(gāo)效減水(shuǐ)劑賦予混凝土(tǔ)高(gāo)密實度即高(gāo)強度、高(gāo)耐久性，同時具有(yǒu)優異的(de)施工(gōng)性能(néng)。
3.5 礦物(wù)摻合料
礦物(wù)質摻合料是高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)的(de)又(yòu)一必不可(kě)少(shǎo)組成材料。這類摻合料可(kě)以是優質粉煤灰、超細礦渣與天然沸石粉，或矽粉。可(kě)單獨添加或同時并用(yòng)，目的(de)在于改善混凝土(tǔ)拌和(hé)物(wù)的(de)流變性能(néng)，提高(gāo)混凝土(tǔ)強度和(hé)耐久性。
3.6 配合比設計(jì)
高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)配合比設計(jì)目标首先是高(gāo)耐久性，并兼顧工(gōng)作性與強度。爲此，世界各國學者均提出了各自的(de)有(yǒu)關高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)配合比設計(jì)方法。如(rú)P。K。Mehta和(hé)Aitcin推薦的(de)高(gāo)強度高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)配合比确定方法;法國路(lù)橋實驗中心建議的(de)有(yǒu)關高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)設計(jì)方法;日本阿部道彥采用(yòng)的(de)高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)配合比計(jì)算方法及Domone、Carbonari等 基于最大(dà)密實度理(lǐ)論而提出的(de)高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)配合比設計(jì)方法。高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)對原材料質量及配合比參數變化都(dōu)較敏感，故配合比計(jì)算的(de)精确度要求較高(gāo)，爲此，世界 各國學者研究了高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)配合比設計(jì)的(de)計(jì)算機化，例如(rú)清華大(dà)學博士研究生王德懷進行(xíng)的(de)“高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)配合比設計(jì)與質量控制(zhì)的(de)計(jì)算機化”課題研究;法國路(lù) 橋實驗中心提出的(de)優化高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)配合比設計(jì)的(de)RENE—LCPCTM軟件(jiàn)等。
高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)在配制(zhì)上(shàng)的(de)特點是低水(shuǐ)膠比，選用(yòng)優質原材料，并除水(shuǐ)泥、集料外，必須摻加足夠數量的(de)礦物(wù)細摻料和(hé)高(gāo)效外加劑。用(yòng)于橋梁尤其是大(dà)跨度橋梁的(de)高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)應滿足：（1）水(shuǐ)膠比≤0。4，（2）強度≥41。4MPa，（3）低徐變率。
4 高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)在橋梁工(gōng)程中的(de)應用(yòng)
高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)達到(dào)了使結構強度高(gāo)、剛度大(dà)、耐久性好的(de)要求，同時能(néng)滿足工(gōng)業(yè)化預拌生産和(hé)機械化泵送施工(gōng)，在世界範圍内是一項比較成熟的(de)技術(shù)。
橋梁工(gōng)程中，大(dà)跨度橋梁的(de)自重往往占總荷載中的(de)大(dà)部分(fēn)。采用(yòng)高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)，可(kě)以減小(xiǎo)自重，降低截面高(gāo)度，增強結構耐久性;其早期強度高(gāo)，可(kě)加快施工(gōng)進度。
我國于70年代中後期，開(kāi)始在公路(lù)橋梁界較大(dà)範圍内應用(yòng)預應力混凝土(tǔ)，隻不過應用(yòng)的(de)混凝土(tǔ)标号以C40爲主。到(dào)80年代，随著(zhe)交通事業(yè)的(de)迅猛發展，我國的(de)公路(lù)橋梁用(yòng)混凝土(tǔ)也(yě)在不斷發生變化和(hé)快速發展，混凝土(tǔ)的(de)強度等級逐步提高(gāo)。在許多的(de)跨江、跨河和(hé)跨海(hǎi)的(de)大(dà)型橋梁工(gōng)程中，應用(yòng)了C50～C65級的(de)泵送混凝土(tǔ)。如(rú)：浙江杭州錢塘江二橋（80m跨預應力混凝土(tǔ)連續箱梁橋），廣東番禺洛溪大(dà)橋（180m跨預應力混凝土(tǔ)連續剛構橋）等。到(dào)了90年代，我國公路(lù)橋梁上(shàng)已開(kāi)始應用(yòng)C55～C60級的(de)泵送混凝土(tǔ)。如(rú)：楊浦大(dà)橋主塔（C50泵送混凝土(tǔ)），四川萬縣長江公路(lù)大(dà)橋（420m跨勁性骨架箱形拱橋），廣東虎門大(dà)橋（888m跨懸索橋，中孔270m跨的(de)預應力混凝土(tǔ)連續剛構橋），南京長江二橋（如(rú)采用(yòng)英國專家的(de)設計(jì)方案，可(kě)将主跨提高(gāo)到(dào)1100多米，但(dàn)需提供C80－C100的(de)泵送混凝土(tǔ)），杭州灣大(dà)橋（70米箱梁采用(yòng)C50高(gāo)性能(néng)海(hǎi)工(gōng)混凝土(tǔ)）、東海(hǎi)大(dà)橋等。
高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)技術(shù)在國外的(de)發展與應用(yòng)以北歐和(hé)北美(měi)爲先導，很快在全球範圍内展開(kāi)，目前已在大(dà)量工(gōng)程中應用(yòng)，尤其是大(dà)跨度橋梁。如(rú)：丹麥的(de)大(dà)貝爾特海(hǎi)峽大(dà)橋、丹麥與瑞典之間的(de)歐上(shàng)海(hǎi)峽大(dà)橋、加拿大(dà)聯盟大(dà)橋、日本的(de)明(míng)石海(hǎi)峽大(dà)橋等，這些跨海(hǎi)大(dà)橋的(de)設計(jì)使用(yòng)壽命均在100年以上(shàng)。
5 結語
高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)以其優異的(de)性能(néng)使得普通混凝土(tǔ)向高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)發展成爲必然趨勢。高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)是混凝土(tǔ)技術(shù)進步的(de)标志。我國在發展高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)方面才剛剛起步，需要科研、教學、設計(jì)、施工(gōng)部門攜手協作，共同促進高(gāo)性能(néng)混凝土(tǔ)的(de)發展。
