HPC的由來和定義
在1990年5月召開的第一次國際HPC研討會上首次提出了有關HPC的定義：HPC是具備所要求的性能和勻質性的混凝土，這種混凝土按照通常作法，靠傳統的組分、普通的拌合、澆注與養護方法是不可能獲得的。作為例子，所要求的性能可以包括：易于澆注和壓實而不離析、高長期力學性能、高早期強度、高韌性、體積穩定、在嚴酷環境下使用壽命長久。
1998年，美國混凝土學會(ACI)技術委員會對上述HPC的定義進行了修改，雖然內容并沒有很大變化：“高性能混凝土——滿足特定功能與勻質性綜合需要的混凝土。采用普通的組分材料和通常的攪拌、澆注與養護操作，未必能日常生產這種混凝土”，但是將作為“所要求的性能”舉例中列出的一些性能從定義中刪去，而放到定義后面的注釋里。
很多人將HPC理解為是對高強混凝土(HSC)的補充， HSC(確切地說，是“高早強混凝土”)之所以一出現，立即引起轟動，是因為它滿足了長期以來人們對縮短混凝土結構物施工期、盡快交付使用的愿望，同時還帶來加快模板周轉率，降低模板費用的經濟效益。但由于配制HSC引起水泥用量增多、水化溫升加劇、拌合物粘稠、工作度損失快、泵送困難，以及水灰比(有摻和料時為水膠比)下降帶來自身體積變形增大，早期強度增長迅速引起混凝土體內集聚很大的彈性拉應力，使得各種混凝土結構普遍開裂等一系列新問題，而尤其是開裂現象會嚴重影響在侵蝕環境中運行的結構物耐久性，所以讓人們寄希望于通過發展HPC，使上述問題得到解決。
HPC這一概念傳入我國，正值基礎設施建設的高潮和HSC推廣應用時節，因此更加普遍地認為HPC就是“三高”(高工作度、高強度和高耐久性)混凝土。不少人還進一步簡化為：摻有高效減水劑和摻合料，工作度滿足泵送要求的高強混凝土就是HPC。因為“高尺寸穩定性”和“高耐久性”難以評價，而“高工作性”——大坍落度和高強度的混凝土，用常規方法就很容易檢測評價。然而，定義上所說要“具備所要求的勻質性”和“這種混凝土按照慣常作法，靠傳統的組分、普通的拌合、澆注與養護方法是不可能獲得的”這兩段話則被很多人所忽略。
將HPC與HSC等同或混淆的，在歐美各國都大有人在。但是筆者認為：對此需要具體情況具體分析，不能簡單照搬，不能一概而論。歐洲一些人認為HPC只不過是HSC換了一個名詞而已，有以下幾個原因：
首先，他們開發HSC時的出發點主要是為了提高混凝土耐久性，據最早出版“高性能混凝土”著作的作者Malie估計，85%以上的工程采用HSC是從耐久性角度考慮的。
其次，歐洲在開發HSC過程中，混凝土技術已經較為發達，不像普通混凝土一樣，“靠傳統的組分、普通的拌合、澆注與養護方法”來制備和施工混凝土的，因此能夠“滿足特定功能與勻質性綜合需要”，因此也符合HPC的內涵。
最后，歐洲地區的氣候比較適合混凝土在結構工程中的應用——氣溫不高、濕度較大。混凝土由于干縮、溫度收縮等變形受約束產生的彈性拉應力較小，而水膠比較低的HSC或HPC早期產生激烈的自生收縮，通過采取措施可以得到有效的控制(例如冰島建筑研究院在開發HSC時不得不采用當地孔隙率達6%～15%的骨料，發現預濕這種骨料的內養護作用恰巧可以有效地克服混凝土的自干燥作用，抑制了自生收縮產生的內應力)。
因此，筆者認為：HPC不是一種特定的混凝土，它的性能是因工程條件、環境條件、 施工工藝而異的。以拌合物的工作度為例，對于不同的施工工藝，“高工作度”的含義有非常顯著的差異。例如，碾壓混凝土——拌合物需要足夠干硬，以支撐非常沉重的振動壓實機械不致下陷而正常地行進和工作。滑模攤鋪混凝土(用滑模攤鋪機械攤鋪路面板)——拌合物需要具備適當的坍落度(2~5cm)，使攤鋪機正常地行進和工作。自密實混凝土——拌合物需要有足夠大的流動性和粘聚性，在沒有外加振搗的條件下能夠成型密實。
發展HPC存在的問題
由于我國混凝土生產與一些先進工業國還存在很大的差距，因此在發展HPC過程中還存在一系列問題，而將HPC與HSC混淆，誤認為配制和生產出本來就并不難實現的高早強混凝土，或摻有礦物摻和料的HSC就是HPC了，不顧它們易于在早期出現開裂，影響在侵蝕環境下運行的結構耐久性等問題，這對HPC的正常發展帶來很不利的影響，首先需要予以澄清。至于差距，筆者認為主要體現在如下幾方面：
原材料的生產與選用
骨料的品質低劣，是制約我國混凝土生產水平提高的瓶頸。我國的粗骨料生產水平至今十分落后，大部分或絕大部分粗骨料仍然是由分散的小采石廠生產，采用落后的顎式破碎機破碎，粒形不好、針片狀顆粒多;由于破碎前的表土或夾層土去除需要較大投入，所以破碎后的骨料含泥量通常偏大;除水工混凝土外，水泥混凝土通常采用單粒級粗骨料，其中的5～10mm(甚至5～15mm)顆粒常常空缺，孔隙率大，因此拌和物需要漿體量多，不僅增加了膠凝材料用量，而且混凝土的變形也隨之增大，尤其在用于承受動載的橋梁、道路等構件時，對其抗沖擊、抗疲勞荷載的能力更加不利。可以這樣說，骨料品質低劣與離散性大得不到改觀，HPC就不可能實施。然而骨料品質的改善并不是可望而不可及的事，國內的瀝青混凝土生產所用骨料的品質和級配就講究得多。原因在于通常認為是瀝青比水泥昂貴，盡量減小瀝青用量是主要出發點。這固然不錯，但是從使用性能和耐久性來看，骨料品質的影響也是非常重要的。混凝土用骨料品質的提高，會增加這方面的費用，這是人們普遍的顧慮所在。但是隨之而來水泥和膠凝材料的減少亦同樣有經濟效益。至于目前市場上品質較好的骨料價格偏高的現象，筆者認為它在水泥混凝土中應用的市場發展了，價格就會逐漸得到調整。
在為混凝土工程選用骨料時，目前也還存在一些誤區，例如骨料的壓碎強度高低。許多教科書和專著中，仍然沿用骨料壓碎強度的應為混凝土強度的1.2～1.7倍，尤其是在配制HSC時，更是將壓碎強度作為主要的取舍指標，四處尋找壓碎強度盡量高的骨料，而骨料的其他許多重要品質參數，如粒形級配、線脹系數、彈性模量等則很少考慮。筆者認為，上述骨料與混凝土強度的比例要求，對中低強度等級混凝土只針對軟弱顆粒而言，即使在配制HSC時，也主要從適當減小最大粒徑等角度考慮。
很多人在和國外的混凝土相比較時，總是感嘆我們的水泥、外加劑、摻和料等原材料質量不如別人。實際上，近些年來各種原材料，主要是外加劑和摻和料的品質已經有很大提高，例如新建發電廠排放的粉煤灰，燒失量大幅度降低;一些高效減水劑的減水率也和國外的相差無幾。而原材料品質的波動顯著，才是我們最薄弱的環節。粗骨料的生產如上所述，其品質波動自不用說;其他原材料，例如河砂，許多地方都是直接從河床抽吸到船上就交付給用戶。
混凝土的生產
原材料的品質波動，在很大程度上制約了混凝土生產質量的穩定性;而混凝土生產過程缺乏產品質量穩定性的意識，在生產廠建設過程不考慮均化設施，例如粗骨料的分級堆存和計量、粗細骨料的洗篩與遮擋、水泥與摻和料的倒庫等，以及在選擇原材料時忽視其品質的穩定性，則是進一步造成其波動顯著的原因。建設均化設施需要增加投入，乃至增加生產成本，但是產品品質的穩定會帶來顯著的技術和經濟效益。
根據筆者的理解，第一次國際研討會上提出的定義中所說，靠傳統的組分不可能制備HPC，這里并非是指需要采用特殊的原材料組分，然而，品質波動大的原材料肯定生產不了滿足勻質性需要的混凝土產品，可見品質穩定的原材料對生產HPC是至關重要的前提條件。
HPC要具備所要求的性能，因此混凝土生產過程另一個至關重要的問題，就是必須根據條件的變化，及時變化生產中的參數。僅在實驗室條件下配制出來的混凝土，即使進行了很全面的試驗，也難以表征它是否是HPC。
混凝土施工
HPC一般都摻有高效減水劑，水灰比(水膠比)可以大幅度降低，拌合物具有較好的粘聚性，在運輸和澆注過程不易離析，且要比干硬混凝土易于搗實，這是HPC工作性的一些優點。但是事物總是一分為二的，有利有弊，表現在以下幾方面。
首先，因為比較粘，用“普通的”拌合設備難以攪拌均勻，目前大部分試驗室仍使用的立軸強制式(或自落式)攪拌機就更不用說了， 所以需要采用先進的攪拌設備，例如逆流式或行星式攪拌機，否則不得不放大水灰比(水膠比)，不僅增加膠凝材料用量，而且獲得不了粘聚性良好的拌合物。
其次，因為比較粘稠，用插入式振搗棒搗實時振動作用的衰減會加劇，明顯增大了適當振搗的困難——容易出現漏振或過振現象，而且在振搗過程還容易出現局部離析現象——振搗棒拔出時所造成。
最后，在水灰比(水膠比)降低、泌水減少的同時，混凝土表面向外蒸發的水分得不到補充，塑性收縮開裂的現象隨之加劇，因此及早開始覆蓋和濕養護非常必要。正確的養護方式，是覆蓋濕麻袋或其他保濕物品，并不斷噴霧，借助水分蒸發以盡量降低混凝土的溫峰，防止早期開裂。當環境溫度與混凝土溫度相差較大時，需要在溫度檢測表明混凝土達到溫峰后，撤去濕麻袋并鋪設塑料膜或其他保溫材料，以減小降溫階段其體內外的溫差。在混凝土升溫階段覆蓋塑料膜或澆水養護，以及盲目延長澆水時間作為“加強養護”的做法，都是錯誤的，不僅白白浪費大量凈水，而且會加劇混凝土的開裂。
展望HPC的前景
任何新技術、新材料的發展，都需要經歷漫長的、反復的過程，需要克服的諸多障礙。當前我國正處于基礎設施建設的高潮，對于HPC的發展是一個難得的機遇。
當然，任何發展迅速的新技術，都必定給相關的行業帶來顯著的效益。Mehta在幾年前預見：大摻量粉煤灰混凝土和大摻量礦渣混凝土將會給混凝土業帶來巨大的影響和沖擊。筆者認為：應用大摻量粉煤灰混凝土和大摻量礦渣混凝土發展HPC是最可行的途徑，因為它不僅能夠提高混凝土的品質，還能有效地降低生產成本。在人們對發展HPC取得共識的基礎上，注重骨料品質的提高，并將大摻量粉煤灰混凝土和大摻量礦渣混凝土恰當地用于我國的基礎設施建設，這不僅有利于混凝土業的可持續發展，同時對整個國民經濟建設的可持續發展都會發揮一定的促進作用。
來源：中國砂石骨料網
編輯：李沙
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