浅谈超高强及高性能混凝土性能研究现状

肖熠晴 谢小芳 徐晶晶 崔卓逸 陆镜先

宿迁学院建筑工程学院（223800）

0 前言

混凝土按照强度值可分为普通混凝土与高强混凝土。普通与高强的区别主要体现在强度、耐久性等方面。混凝土的力学性能是钢筋混凝土结构设计和施工的基础点。超高强混凝土的性能研究将对建筑行业的高质量发展产生重要影响[1]。文章系统总结国内超高强及纤维高性能混凝土的研究现状，并提出建议。

1 国内超高强混凝土的研究现状

1993年，基于国家自然科学基金项目“高强与高性能混凝土的结构域力学性态研究”，蒲心诚教授成功配置出超高强混凝土，提出高强高性能混凝土应具备以下性能[2]:①养护后混凝土强度高；②新拌混凝土施工性能好；③混凝土后期的耐久性好。

2000年，黄政宇[3]在200℃高温养护条件下，研制出298 MPa高强度RPC材料。次年，谢友均等[4]用水泥、硅灰和超细粉煤灰以1∶0.25的胶凝材料比例，以100℃的热水养护制备了超高性能混凝土。随后，龙广成等[5]通过试验得出结论:当骨料参数和水泥性能相匹配时，超高性能混凝土可达到最佳性能。徐巍峰等通过136.3 MPa超高强混凝土试验指出:加入钢纤维可以提高混凝土抗压性能，同时提高混凝土塑性。

2005年，重庆大学[6]指出:在水胶比过小时，超强高性能混凝土会因为供水不足导致特中胶凝材料水化程度低，从而影响其力学性能。2008年，田予东等[7]经过大量的试验配置研究，最终制成了龄期为28 d、抗压强度达100 MPa的超高强混凝土材料。随后，王成启等[8]在对C100超高强高性能混凝土的配合比试验中，发现矿渣粉具有一定的减水和塑化作用，可以改善混凝土的工作性能。

超高强混凝土得到广泛应用的标志为2009年建成的广州国际金融中心，其采用了C60～C100等级的高强混凝土，创造了同种混凝土的最新高度。超高强混凝土的广泛应用引发了国内学者对其性能与发展的深入研究，通过加入钢纤维、聚丙烯、聚乙烯醇等材料，研究出具有不同性能特点的纤维高强混凝土。

2 国内纤维超高强混凝土研究现状

近些年来，国内除了对超高强混凝土的力学性能与配合比进行试验研究外，对纤维超高强混凝土也进行了研究，通过对其配置和配合比整合研究，得出钢纤维混凝土的性能特点。钢纤维混凝土与普通混凝土的配合比设计方法类似，不同之处体现在三个方面:①强度控制标准不同；②增加了钢纤维体积率控制方法；③不同参数对强度影响更敏感，如砂率、单位用水量等[9]。

我国的钢纤维基本理论研究始于20世纪70年代，80年代后得到迅速发展。因钢纤维为金属材料，其具有金属材料特性，如高强度、高韧性等特点，由此可知掺入钢纤维能够提高混凝土材料的强度及韧性。从断裂力学理论出发，赵国藩教授推导出了掺入钢纤维后的混凝土强度公式，并分析了此时的破坏形态和机理。随后，针对钢纤维混凝土更为基础的研究逐渐深入，包括材料本构、数值分析，这些研究极大地推进了钢纤维混凝土的发展及应用。

另外，对于新材料的研究往往要从其材料组成入手，黄政宇通过去除粗骨料，同时增加活性成分，如矿渣、粉煤灰等，并以高温养护的方式成功配制出强度超过200 MPa的钢纤维高强混凝土。

众所周知，除了钢纤维外，化学纤维的应用也很广泛，聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维就在很多材料里面得到了应用。其在混凝土材料中的应用也是屡见不鲜，应用的价值主要体现在这两种材料的韧性可以提高混凝土的抗裂能力。我们国家对于这两种材料的研究成果较多，中国建筑材料研究院早期就提出了聚丙烯纤维的增强效果。但是，纤维的掺量并不是越多越好，其在一定的掺量范围内才能更好地发挥作用，从整体的材料体积率来考虑，往往掺量较低，一般为1%。随着数学领域的发展，针对纤维混凝土的强度计算问题也得到了一定程度上的解决，大连理工大学通过计算剩余强度提出了纤维混凝土构件的抗弯承载力计算方法。同时，大量的试验证明，不同强度的聚丙烯纤维，其增强效果也不同，在实际应用中应该区别看待，如高强度的聚丙烯纤维在提高混凝土弯曲韧性和抗冲击性能上效果更加显著。

与聚丙烯纤维不同，聚乙烯醇纤维有更好的亲和力及耐磨性，有更强的抗拉性能，如果在水泥基中添加适量的聚乙烯醇纤维可以增强其力学性能，增加水泥基的抗裂能力，进而提高混凝土的一系列性能，而且增强效果会比聚丙烯纤维更为出众。但目前而言，针对这方面的研究在我国还处于初级发展阶段，前景广阔。

3 结论与展望

随着建筑技术的进步及新型材料的不断研发，超高强及高性能混凝土的应用必将更加广泛。今后在超高强纤维混凝土的研究领域，除了应继续深入研究特种纤维混凝土和特殊成型工艺以外，还要充分考虑发挥普通混凝土成本低廉的优势，利用常规材料和普通工艺来制备超高强及高性能纤维增强混凝土。