混凝土是世界上最大宗的建筑材料，也是最主要的建筑結構材料之一，混凝土質量對建筑結構質量起著根本和決定性的作用。中國是世界上混凝土生產和消費量最大的國家。目前，我國預制混凝土與預拌混凝土的銷售額占建材工業的18%左右，是僅次于水泥的建材第二大產業。如果說現代化是以城市化和工業化為具體體現，那混凝土正是城市和工業的骨胳，它對全球人文和自然環境都產生了深刻和持久的影響?，F代社會中，城市中的各類建筑物與構筑物都是用混凝土堆積起來的，按照結構體積計算，80%以上材料都由混凝土構成，混凝土已經在宏觀與細節上，深入影響著每一個人的生活。 混凝土以其良好的抗水性、優越的可塑性、優良的耐火性以及最具競爭力的經濟性而成為目前全世界用量最大和使用范圍最廣的人造材料。在今后幾十年以及可以預見的將來，它仍將會是最重要的工程結構材料之一，尤其對于處在轉型期的當代中國而言，工業化加速推進、城市化方興未艾，基建規模將以高于世界平均水平的速度發展，可以說中國混凝土產業的歷史大戲正漸入佳境。 高性能混凝土越來越受關注 正是因為混凝土體大量多，普通混凝土的缺陷在環境、生態、空氣等危機普遍加重的今天已經不可言狀地顯露了出來，而高性能混凝土(High performance Concrete簡寫為HPC)以其優異的性能和與環境的協調性正在受到越來越多的關注。 普通混凝土存在的問題：一是資源消耗大?；炷恋闹饕M成材料是水泥，水泥的生產過程中需要大量的骨料，而且消耗大量的煤炭和電力。混凝土是人類對自然界物質和能量消費較大的一種材料。如果包括鋼筋，則能量的消耗還將大幅度增加。二是對環境的負面影響大。水泥生產被普遍視為一種污染源，其產生的大量有害氣體和微塵對環境都有危害。其中二氧化碳排放量相當大，不僅來自燃料燃燒，而且來自燃燒過程原材料的分解。二氧化碳是地球溫室效應的主要原因，生產水泥排出的二氧化碳量約占全世界排放量的1/10，是產生溫室效應的大戶。三是混凝土的耐久性欠佳?；炷敛牧媳旧砟途眯詥栴}也是影響可持續發展的另一重要方面。 目前國內外混凝土因耐久性不良引起破壞的數量很多。日本目前每年僅用于房屋結構維修的費用即達400億日元以上，日本引以自豪的新干線使用不到10年就出現面積混凝土開裂、剝蝕現象。 我國已建的一些工程也有類似令人堪憂的狀況，有不少混凝土工程使用壽命遠低于設計要求。建設部科技發展司曾組織調查組對北京、西寧、貴陽等地的一些建筑物進行調查，結果表明，建國初期的建筑均已達到必須大修的狀態，現有大多數工業建筑不能滿足安全使用50年的要求，一般使用25年～30年就需大修和加固。我國在20世紀50年代興建的大壩有許多已經成為陷入危境的病壩。 高等級水泥混凝土道路設計耐久壽命一般為30～50年，而實際上我國現有很多水泥混凝土路面在通車5～10年后，就出現嚴重的斷裂和破損，不適合繼續行車，造成資源、能源及建設費用的極大浪費。 另據統計，我國現有建筑面積50億平方米， 其中約23億平方米，需分期分批進行鑒定加固， 近10億平方米亟須維修加固。這些混凝土工程的過早破壞，其原因不是由于強度不足，而是由于混凝土耐久性的不良。 建筑物的使用壽命涉及我們期盼的百年大計，而當前混凝土建筑物的現狀令人堪憂。因此，在建筑上普遍應用高性能、高耐久性的混凝土已是迫在眉睫。 何謂“高性能混凝土”?資料顯示，1990年5月，美國國家標準與技術研究所和美國混凝土協會在馬里蘭州蓋瑟斯堡召開的會議上首先正式提出“高性能混凝土”這一名詞。實際上，此前的一些重要工程中已采用了高工作性和高耐久性的高強混凝土。日本、歐洲、美國、加拿大都認為高性能混凝土是一種跨世紀的新材料，在嚴酷環境中使用高性能混凝土具有顯著的經濟效益。這些國家在高強高性能混凝土配制方法、耐久性能檢驗方法和提高混凝土耐久性技術途徑方面進行了大量研究，并在橋梁、碼頭等易腐蝕結構中成功應用了外摻活性摻合料的高性能混凝土。 中國工程院院士吳中偉是國內最早(1992年6月)提到HPC的人。綜合國內外權威部門及專家對“高性能混凝土”的詮釋及界定，我們不難看出，高性能混凝土并不是一個混凝土的品種，而是強調混凝土的“性能”或者質量、狀態、水平等表現等。同時還應該認識到高性能混凝土是整個工程全部環節協調、配合共同得到的耐久的可持續發展的混凝土，不是僅有配合比就能生產出來的，而是通過原材料的控制、拌和物生產制備與整個施工過程來實現。 準確地說，高性能混凝土是一個概念，是一個高標準的技術集成系統，是具有優異性能混凝土的集合體，而并非一種產品。提高耐久性能是高性能混凝土最重要的要求之一。中國在《高性能混凝土應用技術規程》(CECS207-2006)對高性能混凝土定義為：采用常規材料和工藝生產，具有混凝土結構所要求各項力學性能，具有高耐久性、高工作性和高體積穩定性的混凝土。 目前，高性能混凝土已廣泛應用于我國重點工程建設，技術成果不斷出新。目前，科研院所密切關注國家重大工程的需求，大力推廣科研成果，為我國重點工程提供高技術和優質產品，推動了我國混凝土設計由強度設計走向耐久性設計。高性能混凝土技術已推廣應用到三峽工程、青藏鐵路、南水北調、田灣核電站、首都機場新航站樓、煤礦建井、城市地鐵等多個國家重點工程中并取得了顯著成績。 高性能混凝土是消納建筑垃圾與工業廢棄物的重點產業 高性能混凝土產業兼具建設功能和利廢功能，因為高性能混凝土不僅能夠提供優異的建設性能，還是消納建筑垃圾與工業廢棄物的重點產業，這使得高性能混凝土的產業地位又有了新的社會高度。從能夠消納各種工業廢棄物的功能來評價，現代混凝土產業又是目前能夠科學利廢的最大產業之一。 今年年初，國務院頒發了《關于印發循環經濟發展戰略及近期行動計劃的通知(國發【2013】5號)，在其中第七節建材工業指出：“推動利廢建材規?；l展。推進利用礦渣、煤矸石、粉煤灰、尾礦、工業副產石膏、建筑廢棄物和廢舊路面材料等大宗固體廢物生產建材。在大宗固體廢物產生量、堆存量大的地區，優先發展高檔次、高摻量的利廢新型建材產品。提高高標號水泥及高性能混凝土的應用比例，推進水泥及混凝土用量的減量化。” 《廢物資源化科技工程“十二五”專項規劃》(科技部2012年4月13日)中在分析到我國工業固廢資源化技術現狀與趨勢時表示，粉煤灰和煤矸石是煤炭資源開發利用產生的主要廢物，2010年我國粉煤灰和煤矸石產生量約10.7億噸，預計到2015年將達到13億噸。 近年來，我國資源化利用技術研發得到了高度重視，已經在建工建材、礦井充填、低熱值發電等技術研發與應用方面取得了一定成效，高鋁粉煤灰提純氧化鋁和鋁硅合金技術已在局部地區實現產業化生產。但總體上，我國粉煤灰和煤矸石資源化技術仍以低端建工建材利用為主，市場效益不顯著，迫切需要加快粉煤灰和煤矸石資源化基礎理論和技術研發，推動利用方式由傳統建工建材利用為主向的多組分協同提取、制備復合材料、控制污染與生態利用等技術方向發展。 在其“建筑垃圾資源化利用技術”中提出的發展目標是：“針對廢混凝土、廢磚瓦、建筑渣土等建筑垃圾，重點突破建筑廢棄物分類與再生、資源化利用，以及再生混凝土高性能化等關鍵技術，形成適合我國國情的建筑垃圾資源化利用技術體系和產業化平臺。在”技術重點“中提出，建筑垃圾資源化利用技術：重點研究再生混凝土及其制品制備關鍵技術、再生混凝土及其制品施工關鍵技術，再生無機料在道路工程中的應用關鍵技術，以及新型再生建筑材料應用技術，形成有關產品超標準、設計及施工規范等。 混凝土廢棄后的循環利用也是近年混凝土行業研究的熱點。日本全國建筑廢棄物實現資源再利用率已超過50%，其中廢棄混凝土利用率更高，目前，日本已經形成成熟的建筑垃圾處理技術。美國、德國等國家憑借經濟實力與科技優勢，采用高新技術處理建筑垃圾。如美國采用微波技術處理回收的瀝青混凝土路面，利用率達100%，成本降低且質量相同。德國的干餾燃燒垃圾處理工藝，可以使垃圾中各種再生材料干凈地分離出來，再回收利用，有效地解決了垃圾占用土地的問題。 工程建設是最大的物質生產活動，消耗著大量資源，產生大量二氧化碳，因此，必然成為節能減排的重點領域。我國是世界上每年工程建設量最大、消耗資源最多的國家。據住房和城鄉建設部的調查分析，我國已成為世界上每年新建建筑量最大的國家，消耗了每年全世界50%的水泥和鋼材。據國家統計局統計數據，2012年我國全社會固定資產投資達到33 萬億元，其中，僅房屋建筑施工面積就達到84.62億平方米。 據中國建筑業協會混凝土分會提供的數據，我國每萬平方米在建工程排出的建筑垃圾約500～600噸，每萬平方米拆除的舊建筑產生的建筑垃圾約7000～12000噸，我國近幾年來每年實際產生的建筑垃圾約10億噸，而其中45%是廢棄混凝土。 我國當今建筑物的平均使用壽命偏低，與發達國家的水平差距很大。住房和城鄉建設部的領導不久前說過，我國當今建筑物的平均使用壽命不足30年。而據有關資料分析，英國建筑物的平均使用壽命為132年，法國為102年，美國為74年，就連地震頻發的日本也達到60年。我國每年消耗了全世界一半左右的相關資源，產生了10億噸計的建筑垃圾，建造了上百億平方米的各類建筑物，而建筑物的使用壽命卻如此短暫，這種浪費是驚人的。 高性能混凝土一方面可以從性能上增加建筑的壽命，而從另一方面又可以消解建筑垃圾。我國是世界上每年產生建筑垃圾最大的國家。我國在實施大規模工程建設的同時，每年還產生了大量的建筑垃圾。據中國建筑業協會混凝土分會提供的數據，我國每萬平方米在建工程排出的建筑垃圾約500～600噸，每萬平方米拆除的舊建筑產生的建筑垃圾約7000～12000噸，我國近幾年來每年實際產生的建筑垃圾約10億噸，而其中45%是廢棄混凝土。性能混凝土一方面可以從性能上增加建筑的壽命，而從另一方面又可以消解建筑垃圾。 高性能混凝土快速發展的兩大機遇 政策機遇 近日工信部和住建部對綠色建材產業進行了聯合調研。工信部表示，此次調研的主要目的在于，為貫徹黨的十八大提出的推動工業化和城鎮化良性互動、大力建設生態文明的精神，引導綠色建材產業發展，促進建材工業結構調整。聯合調研組認為，兩部門在聯合成功推動高強鋼筋的基礎上，進一步加強聯動，圍繞綠色建筑發展需要，立足建材工業技術進步，以標準規范為抓手，攜手促進高性能混凝土等綠色建材發展和應用，既有利于生產環節的節能減排，也有利于使用中的節能環保和安全延壽。當前的重點是引導高性能混凝土、高強鋼筋的發展利用。 我們還可以從下面一系列關乎到“十二五”期間國計民生的重要政策中領略到高性能混凝土產業的重要性。 2013年年初，國務院辦公廳頒發了2013年一號文件——《綠色建筑行動方案》(國辦發【2013】1號)，這是“十二五”期間推動我國綠色建筑的綱領性文件?！毒G色建筑行動方案》在“重點任務”中提出“要大力發展綠色建材：因地制宜、就地取材，結合當地氣候特點和資源稟賦，大力發展安全耐久、節能環保、施工便利的綠色建材。引導高性能混凝土、高強鋼的發展利用，到2015年末，標準抗壓強度60兆帕以上混凝土用量達到總用量的10%，屈服強度400兆帕以上熱軋帶肋鋼筋用量達到總用量的45%以上”。 住房與城鄉建設部出臺的《建筑業發展“十二五”規劃》(建市【2011】90號)在發展目標中提出，建筑節能的目標是，綠色建筑、綠色施工評價體系基本確立，建筑產品施工過程的單位增加值能耗下降10%，C60以上的混凝土用量達到總用量的10%，HRB400以上鋼筋用量達到總用量的45%，鋼結構工程比例增加。 《大宗工業固體廢棄物綜合利用“十二五”規劃》(工信部【2011】600號)在“粉煤灰綜合利用重點技術及裝備”中提出：要大力研發和推廣“大摻量粉煤灰混凝土路面材料技術”。在“主要產業創新發展目標”中指出：“預拌混凝土及混凝土工程構件和建筑部品的綠色制造和工程應用技術達到世界先進水平，高性能混凝土廣泛應用于國家重點工程建設和綠色建筑。” 《建材工業“十二五”發展規劃》(工業和信息化部2011年11月8日)中提出建材工業重點發展的產品有：42.5級及以上水泥、C40及以上預拌混凝土、高性能專用混凝土、預拌砂漿、工程預制件、高性能外加劑等。 《建筑材料工業“十二五”發展指導意見》(中國建筑材料聯合會 中建材聯合發【2011】74號)中指出“重點發展產品”：推廣42.5級及以上水泥、C40及以上高強高性能混凝土、預拌混凝土、預拌砂漿、加氣混凝土、泡沫混凝土，水泥混凝土建筑構件和工程預拌件等水泥基材料及制品。積極發展散裝水泥、預拌混凝土、干粉砂漿等加工制品物流業，建立高效、低成本物流配送體系。在“研發重點”中指出：混凝土及制品要朝著“低溫、海洋、鹽堿地等極端環境中的高性能混凝土材料與工程技術、核防護、核封閉用水泥混凝土材料與工程技術，滿足超強、超高耐久性要求的混凝土材料與工程技術，混凝土綠色低碳技術。在”提升和完善產業標準“中提出：要完善預拌商品混凝土、新型混凝土外加劑、干混砂漿等標準的研究及制修訂。 《建材工業主要產業”十二五“技術研發與創新的目標、技術途徑、支撐條件與保障措施》(中國建材聯辦發【2012】18號)中”建筑節能材料“提出”科技創新目標“：容重400kg/立方米及以下的高性能加氣混凝土、泡沫混凝土等節能材料和部品實現工業化制造和建筑節能工程的廣泛應用。在”技術途徑“中提出：要研發高性能自保溫泡沫混凝土，研發輕質高強保溫砌塊和預制建筑墻板，高性能泡沫混凝土成套裝備和工程應用技術，解決泡沫混凝土吸水率高和收縮大等問題，實施泡沫混凝土保溫與結構一體化墻體及屋面工程應用示范。在”開發新農村建設用建筑保溫材料體系“時，指出因地制宜開發適全新農村住宅的保溫隔熱制品，包括加氣混凝土、泡沫混凝土、建筑保溫砌塊及復合輕質墻板等材料制品。 2012年1月23日，工業和信息化部頒布的《工業轉型投資指南》中指出：(一)建材行業水泥制造要擴大品種。提高水泥細度、強度、安定性、摻量控制，推廣應用混合材品種和高性能環保型助磨劑，鋁酸鹽、低堿、白水泥、油井水泥、硫鋁酸鹽水泥等特種水泥。(二)混凝土與水泥制品要大力發展高性能和高耐久性混凝土。外加劑要發展高性能環保型混凝土外加劑。 場機遇市 我國城鎮化建設方興未艾。城鎮化，從外觀建筑上講，可以狹義地理解為泛混凝土化。中國目前正處于工業化和城鎮化快速發展的時期，各種建筑和基礎設施建設工程量巨大。 2012年，我國水泥產量已超過20億噸，如果簡單乘以3的話，相當于60億噸左右的混凝土，按每立方米混凝土約2.4噸重計，即每年要消耗140多億噸的砂石、水泥等天然及人造資源，這是一個令人驚訝的“天量”。對水泥與混凝土產業來說，“減量化”是必須的發展選擇。而應用高性能及超高性能混凝土是實施“減量化”的重要舉措。 在現澆混凝土建筑中，較高性能混凝土的使用已經較為普遍。高性能混凝土使結構能夠用最少的混凝土材料達到所要求的承載、耐久等性能，并延長建筑物的使用壽命，這既是建筑業最大的節能減排，也是對水泥混凝土材料的最大節約。住建部在《建筑業“十二五”發展規劃》中提出，“十二五”期間高性能混凝土的用量要達到10%以上，這項政策將創造一個很大的市場需求。 一些有高要求的工程項目尤其需要高性能混凝土的支撐。如海洋工程：中國有18000公里海岸線，沿海城市一直是中國改革開放的重點和目前經濟最發達地區。中國政府最近剛剛發布“‘十二五’海洋科學技術發展規劃”，以支持地區沿海經濟發展。這將對高耐久性的海工混凝土材料和結構的發展提出更多要求。再如水電工程：中國政府大力發展可再生能源，水電工程在中國一直保持高的發展速度，繼三峽大壩之后，類似規模的水電工程都在相繼規劃、設計或已開工建設。大壩混凝土的耐久性作為工程質量和安全性的重要保證將繼續受到高度重視。還有交通工程：受到世界矚目的中國高鐵工程，對混凝土性能的多個方面都提出了很高要求，高速公路的耐久性問題還亟待解決。這些挑戰必將促進混凝土材料和工程使用技術的發展。 超高、超深、超大規模工程的不斷涌現，對混凝土提出了更高的要求，這必將促進混凝土科技的進一步發展。高性能和超高性能混凝土的發展和應用成為解決這些需求的關鍵。 當代大跨、高層、海洋、軍事工程結構的發展對混凝土提出了更高的要求;處在惡劣環境下既有建筑不斷劣化、退化導致過早失效、退役甚至出現惡性事故造成巨大損失的嚴重后果;原材料生產、開采造成的生態環境惡化以及砂石料枯竭、資源短缺嚴重影響進一步發展的嚴酷現實。這就要求混凝土不斷提高以耐久性為重點的各項性能，多使用天然材料及工業廢渣保護環境，走可持續發展的道路，高性能混凝土就是在這種背景下出現并逐步完善與發展的。 展望高性能混凝土發展前景 從1824年波特蘭水泥發明開始，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巨大的發展，由普通混凝土向高性能混凝土發展。從20世紀以來，混凝土就已成為房屋建筑、橋梁、水利、公路等現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?；炷聊芊耖L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代混凝土技術發展的必然結果，是混凝土的發展方向。 中國對高性能混凝土的研究基本與國際同步。自上世紀90年代初期國家自然科學基金支持高性能混凝土研究開始，在多個國家大型科研項目的支持下，我國在高性能混凝土新材料研發、耐久性控制、設計和施工技術等方面取得突破：開發了多品種的工業廢渣摻合料，通過物理活化和化學活化解決早期活性、抗裂、收縮等問題，并大量應用;從控制各種原材料的氯離子和含堿量入手控制混凝土的堿-集料反應和鋼筋銹蝕反應，全國很多地區和大型工程都建立了堿-集料反應分布圖和安全集料礦山;清水混凝土技術及自流平混凝土制作的大型體育館看臺、盾構管片、大口徑預應力鋼筒混凝土管都達到國際領先水平。 重視高性能混凝土技術的研發和推廣是最大的節能減排工作，其核心是提高混凝土構筑物的使用壽命。通過高性能混凝土技術的進步，在保證或提高混凝土耐久性的前提下，需要降低混凝土中水泥用量;需要大力推廣礦物摻和料利用技術員;需要提高砂石質量品質檢;需要進一步推廣應用外加劑新技術。 權威資料顯示，目前全世界都已經把高性能混凝土的研究重點集中到混凝土服役壽命的設計方面。國際結構混凝土聯合會在2006年6月提出了全概率方法的壽命設計流程圖，法國土木工程師學會在2007年提出了混凝土結構服役壽命設計指南，歐盟也正在研究提出一個過渡的基于性能的耐久性設計方法。我國的GB/T50476-2008《混凝土結構耐久性設計規范》也是吸納了最新的國內高性能混凝土耐久性研究最新成果，根據混凝土的環境條件進行分級，規定混凝土的最大水膠比和最小水泥用量等參數來進行耐久性設計。目前，高性能混凝土的發展有三個方向，分別是綠色高性能混凝土、超高性能混凝土和智能混凝土。 未來的混凝土必須從根本上減少水泥用量，必須更多地利用各種工業廢渣作為其原材料;必須充分考慮廢棄混凝土的再生利用，未來的混凝土必須是高性能的，尤其是耐久的。耐久和高強都意味著節約資源。區別于傳統混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高強度和高體積穩定性等許多優良特性，被認為是目前全世界性能最為全面的混凝土。 |
