高性能混凝土是以建設(shè)工程設(shè)計(jì)、施工和使用對混凝土性能特定要求為總體目標(biāo)，選用常規(guī)原材料，合理摻加外加劑和礦物摻合料，采用較低水膠比并優(yōu)化配合比，通過預(yù)拌和生產(chǎn)方式以及嚴(yán)格的施工措施，制成具有優(yōu)異的拌合物性能、力學(xué)性能、耐久性能和長期性能的混凝土。理解這一概念，應(yīng)該分兩個(gè)層面：，是理論層面。在這個(gè)層面上，高性能混凝土是滿足工程需求的“個(gè)性化”和“Z優(yōu)化”的混凝土，運(yùn)用全過程質(zhì)量控制的理念，是可持續(xù)發(fā)展思想下的技術(shù)方向。第二，是技術(shù)層面。在這個(gè)層面上，高性能混凝土需要建立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原材料、配合比、生產(chǎn)、施工、驗(yàn)收等各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)指標(biāo)體系。 《高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)指南》與《高性能混凝土評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（在編）所做的工作之一就是將高性能混凝土概念從理論層面落實(shí)到具體的、具有操作性的技術(shù)層面。

1 混凝土的原材料問題

1.1 水泥

現(xiàn)在的水泥有以下四點(diǎn)特征：

（1）早期強(qiáng)度高；

（2）為保證水泥的高強(qiáng)與早強(qiáng)，水泥熟料被磨得更細(xì)，且其中的C3A、C3S 含量偏高，水化熱大；

（3）由于上述兩個(gè)原因，導(dǎo)致混凝土抗裂性能差，水泥的長期性能潛力變小、自愈合能力遭到削弱；

（4）堿含量偏高，與外加劑的相容性問題突出。越來越多的研究和工程實(shí)踐表明，水泥具有良好的顆粒級配并且保留一定比例的粗顆粒水泥熟料是保證一般結(jié)構(gòu)混凝土（某些特種混凝土除外）質(zhì)量的重要條件，因此《高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)指南》指出：“硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的比表面積不宜大于 350m2/kg。”除了水泥熟料粉磨過細(xì)以外，水泥生產(chǎn)中混合材超摻、混合材成分不明的問題十分突出，這些因素都增加了混凝土質(zhì)量控制難度和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。因此，《高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)指南》鼓勵(lì)使用較粗的 P·I 或 P·II 硅酸鹽水泥，外摻礦物摻合料的膠凝材料配制高性能混凝土。

1.2 細(xì)骨料

近年來，河砂資源逐漸枯竭，海砂、山砂、特細(xì)砂、再生骨料等地方資源被逐漸開發(fā)利用，機(jī)制砂將逐漸成為未來的主流。其中，海砂與機(jī)制砂的應(yīng)用存在著一些不容忽視的問題。

1.2.1 海砂的應(yīng)用

在我國東部沿海地區(qū)，人口稠密，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，工程建設(shè)量大，當(dāng)河砂資源出現(xiàn)供給不足時(shí)，遠(yuǎn)距離運(yùn)輸河砂又會大大提高工程造價(jià)。與國外許多走過的路一樣，在陸砂資源短缺的情況下，人們開始將注意力轉(zhuǎn)向了當(dāng)?shù)厣霸?mdash;—海砂。因此，沿海地區(qū)開采利用海砂是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀需要和歷史發(fā)展的必然。然而，海砂應(yīng)用既有成功的經(jīng)驗(yàn)，也有慘痛的教訓(xùn)。誤用或偷用海砂建成的“海砂屋”，短短幾年就會出現(xiàn)混凝土開裂、鋼筋銹蝕，甚至導(dǎo)致房屋倒塌，觸目驚心。海砂的合理與利用考慮到開采與應(yīng)用兩個(gè)方面。

（1） 開采方面——規(guī)劃有序

海砂開采對海洋生態(tài)環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境存在影響。開采海砂，可能會破壞海洋生物群集中的各生物種類的棲息環(huán)境，破壞海底的生態(tài)環(huán)境，影響海水的鹽度、pH 值、O2 含量、營養(yǎng)鹽等；可能造成海域輸砂量失衡、附近海域流場、波場改變，使得海岸受到侵蝕，國土流失；在近海大規(guī)模開采海砂，可能會引起近海地質(zhì)環(huán)境的改變，甚至引起局部陸架的地質(zhì)災(zāi)害。有的海砂礦產(chǎn)中含有大量的稀有金屬元素，如可能含有錳、銅、鎳、鈷等多種元素，還可能是鐵礦、鈦鐵石與鋯石等珍貴礦產(chǎn)的賦存地。如果此類冶金價(jià)值的海砂用于建筑用砂，是的資源浪費(fèi)。因此，海砂的開采應(yīng)由國土資源部門詳細(xì)勘探規(guī)劃，有計(jì)劃、有步驟地開采使用。盲目開采使用，后果十分嚴(yán)重。

（2） 應(yīng)用方面——從嚴(yán)控制

海砂的應(yīng)用應(yīng)遵循從嚴(yán)控制原則?！逗Ｉ盎炷翍?yīng)用技術(shù)規(guī)范》JGJ 206—2010 中，“海砂混凝土”被定義為采用海砂全部或部分代替細(xì)骨料的混凝土，體現(xiàn)了從嚴(yán)控制的思想?！逗Ｉ盎炷翍?yīng)用技術(shù)規(guī)范》JGJ 206—2010 中明確規(guī)定：用于配制混凝土的海砂應(yīng)作凈化處理，且海砂不得用于預(yù)應(yīng)力混凝土。其中凈化處理技術(shù)即為淡水沖洗。另外，還規(guī)定了配合比設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中應(yīng)檢測海砂混凝土拌合物的水溶性氯離子含量。由于氯離子檢測方法的不完善，中國建筑科學(xué)研究院組織編制了《混凝土中氯離子含量檢測技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 322—2013。有效的凈化處理是使用海砂的關(guān)鍵前提?！陡咝阅芑炷翍?yīng)用技術(shù)指南》中規(guī)定進(jìn)一步規(guī)定海砂的水溶性氯離子含量不得大于 0.025%，比現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》JGJ 206—2010 規(guī)定的 0.03% 更嚴(yán)。

1.2.2 機(jī)制砂的應(yīng)用

機(jī)制砂應(yīng)用中一個(gè)突出的問題是“石粉”問題。機(jī)制砂的“石粉”含量并非越多越好，也并非越少越好。“石粉”含量的控制要求與 MB 值相關(guān)——MB 值小，石粉含量可適當(dāng)放寬?！陡咝阅芑炷翍?yīng)用技術(shù)指南》規(guī)定：石粉含量不大于 10%，MB 值不大于 1.2；石粉含量較高時(shí)，可將部分石粉計(jì)入膠凝材料用量設(shè)計(jì)配合比。

1.3 粗骨料

《高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)指南》規(guī)定，對配制高性能混凝土的粗骨料各項(xiàng)指標(biāo)要求如下：

（1）針片狀顆粒含量不大于10%，有利于改善粗骨料粒型和級配，增進(jìn)高性能混凝土性能；

（2）堅(jiān)固性指標(biāo)不大于8%，有利于骨料的耐久性能，進(jìn)而保證高性能混凝土的耐久性能；

（3）吸水率不大于2%，有利于控制混凝土拌合物性能，也有利于硬化混凝土性能；

（4）松散堆積空隙率不大于45%，有利于粗骨料緊密堆積，對混凝土性能和節(jié)約膠凝材料和外加劑具有重要意義。

1.4 礦物摻合料

傳統(tǒng)摻合料如粉煤灰、礦渣粉日益緊俏，供需矛盾逐漸突出。因此，摻合料種類范圍逐漸擴(kuò)大，磷渣、鋼渣、爐渣、鋼鐵渣粉逐漸走上歷史舞臺?；鹕交?、沸石、浮石、凝灰?guī)r、石灰石粉、其他巖石粉等礦物材料以及超細(xì)礦渣粉、超細(xì)粉煤灰、微珠等礦物摻合料逐漸向深加工方向發(fā)展。礦物摻合料的復(fù)合化也逐漸成為摻合料技術(shù)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢。

1.4.1 近年來粉煤灰應(yīng)用中的突出問題

（1）“真假粉煤灰”

按照現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)難以判定粉煤灰的純度。

表 1 為某地煅燒煤矸石粉按照現(xiàn)行粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)測試結(jié)果。由表可以看出，該煅燒煤矸石粉完全符合粉煤灰鑒定的指標(biāo)要求。因此，根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，難以判斷粉煤灰的純度，甚至無法區(qū)分真假粉煤灰。

（2）“脫硫灰”

采用循環(huán)流化床鍋爐工藝可以燃燒高硫煤，為了減少 SO2 的排放，往往需要采取脫硫措施，產(chǎn)生的粉煤灰即 CFB 脫硫粉煤灰。它含有大量的硫化物或硫酸鹽（如石膏等），不同于傳統(tǒng)的粉煤灰。未經(jīng)測試貿(mào)然用于混凝土，會造成嚴(yán)重的混凝土開裂和崩解現(xiàn)象。現(xiàn)行的粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)雖有 SO3 含量限制，但對“脫硫灰”的檢驗(yàn)判定缺乏針對性。

（3）“脫硝灰”

為了減少燃煤過程中 NOx 的排放，需要在燃煤過程中進(jìn)行“脫硝”處理，脫硝工藝不當(dāng)可能會造成粉煤灰中殘留一部分的 NH4+，當(dāng)粉煤灰與水泥攪拌時(shí)，遇到堿性環(huán)境就會釋放出 NH3（氨氣），在混凝土塑性階段產(chǎn)生大量氣體。

（4）“浮黑灰”

現(xiàn)代燃煤工藝中，為了提高燃煤效率或電廠的某些特殊操作要求，會在燃煤過程中添加柴油或者其他油性物質(zhì)作為助燃劑，這些助燃劑不能完全燃燒，會在粉煤灰中存留油分。特別是粉煤灰經(jīng)過分選后，收集的粉煤灰會含有更多的未燃盡油分，用于拌制混凝土，這些油分上浮，在混凝土中容易漂浮的黑色油狀物。這種粉煤灰被稱為“浮黑灰”，見圖 1。

（5）礦物摻合料的深加工

粉煤灰的深加工一種方法就是通過粉磨達(dá)到超細(xì)化。粉磨后的超細(xì)粉煤灰的 2000 倍、10000 倍 SEM 圖見圖 2、圖 3。由圖 4 可以看出，超細(xì)粉煤灰的粒度分布主要集中在 10μm左右，比表面積在 700 m2/kg 左右。表 2 為超細(xì)粉煤灰（UFA）與 I 級粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)要求的各項(xiàng)指標(biāo)對比。發(fā)現(xiàn)需水量比并不提高，而活性指數(shù)大大提高，28d 活性指數(shù)達(dá)到 104%。

獲得超細(xì)粉煤灰的另一種途徑就是通過“選”：將某些燃煤鍋爐工藝產(chǎn)生的很細(xì)的粉煤灰，通過物理手段進(jìn)行分選，獲得極細(xì)的那一部分，被稱之為“微珠”。其微觀形態(tài)和粒度分布見圖 5。陳樂雄 [1] 等研究了微珠在混凝土中的應(yīng)用。

微珠的球狀形態(tài)及微粒徑尺度，使其具有良好的減水、填充增強(qiáng)作用。明顯改善混凝土或砂漿的流動度，并降低拌合物粘度，因此，在高強(qiáng)混凝土的超高層泵送總，微珠往往是一個(gè)重要的可選擇技術(shù)手段。中建商品混凝土公司利用微珠配制高強(qiáng)混凝土，不同微珠摻量的新拌混凝土如圖 7、圖8 所示。透水性能混凝土技術(shù)的幾個(gè)問題

除超細(xì)粉煤灰以外，超細(xì)礦渣粉也是一種常用的礦物摻合料。其各項(xiàng)指標(biāo)見表 4。超細(xì)礦渣粉主要特點(diǎn)是能夠提供較高的強(qiáng)度、特別是早期強(qiáng)度。 

1.4.2 礦物摻合料的復(fù)合化

礦物摻合料日益、低品質(zhì)摻合料難以應(yīng)用，復(fù)合摻合料性能優(yōu)于單一摻合料且價(jià)格便宜，功能型（早強(qiáng)型、改善流動型）復(fù)合摻合料存在很大市場需求。礦物摻合料的復(fù)合化可以實(shí)現(xiàn)資源綜合利用，解決摻合料供給問題；可以取長補(bǔ)短，發(fā)揮幾種摻合料的協(xié)同作用（礦物摻合料具有超疊加效應(yīng)）；可以解決預(yù)應(yīng)力構(gòu)件對早期張拉強(qiáng)度的要求，解決大流態(tài)及自密實(shí)混凝土的技術(shù)需求。因此，復(fù)合化是摻合料技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢?！陡咝阅芑炷翍?yīng)用技術(shù)指南》中規(guī)定，復(fù)合摻合料是指采用兩種或兩種以上的礦物原料，單獨(dú)粉磨至規(guī)定的細(xì)度后再按一定的比例復(fù)合、或者兩種及兩種以上的礦物原料按一定的比例混合后粉磨達(dá)到規(guī)定細(xì)度，并符合規(guī)定活性指數(shù)的粉體材料。摻合料的復(fù)合并不是簡單地兩種或幾種摻合 料混合，還需要考慮以下幾點(diǎn)問題：

（1）考慮活性成分與惰性成分的搭配；

（2） 考慮微顆粒的級配分布；

（3）考慮水化反應(yīng)速度與產(chǎn)物（如凝膠類和結(jié)晶類）的匹配；