混凝土是世界上最大宗的建筑材料，也是最主要的建筑结构材料之一，混凝土质量对建筑结构质量起着根本和决定性的作用。中国是世界上混凝土生产和消费量最大的国家。目前，我国预制混凝土与预拌混凝土的销售额占建材工业的18%左右，是仅次于水泥的建材第二大产业。如果说现代化是以城市化和工业化为具体体现，那混凝土正是城市和工业的骨胳，它对全球人文和自然环境都产生了深刻和持久的影响。现代社会中，城市中的各类建筑物与构筑物都是用混凝土堆积起来的，按照结构体积计算，80%以上材料都由混凝土构成，混凝土已经在宏观与细节上，深入影响着每一个人的生活。 混凝土以其良好的抗水性、优越的可塑性、优良的耐火性以及最具竞争力的经济性而成为目前全世界用量最大和使用范围最广的人造材料。在今后几十年以及可以预见的将来，它仍将会是最重要的工程结构材料之一，尤其对于处在转型期的当代中国而言，工业化加速推进、城市化方兴未艾，基建规模将以高于世界平均水平的速度发展，可以说中国混凝土产业的历史大戏正渐入佳境。 高性能混凝土越来越受关注 正是因为混凝土体大量多，普通混凝土的缺陷在环境、生态、空气等危机普遍加重的今天已经不可言状地显露了出来，而高性能混凝土(High performance Concrete简写为HPC)以其优异的性能和与环境的协调性正在受到越来越多的关注。 普通混凝土存在的问题：一是资源消耗大。混凝土的主要组成材料是水泥，水泥的生产过程中需要大量的骨料，而且消耗大量的煤炭和电力。混凝土是人类对自然界物质和能量消费较大的一种材料。如果包括钢筋，则能量的消耗还将大幅度增加。二是对环境的负面影响大。水泥生产被普遍视为一种污染源，其产生的大量有害气体和微尘对环境都有危害。其中二氧化碳排放量相当大，不仅来自燃料燃烧，而且来自燃烧过程原材料的分解。二氧化碳是地球温室效应的主要原因，生产水泥排出的二氧化碳量约占全世界排放量的1/10，是产生温室效应的大户。三是混凝土的耐久性欠佳。混凝土材料本身耐久性问题也是影响可持续发展的另一重要方面。 目前国内外混凝土因耐久性不良引起破坏的数量很多。日本目前每年仅用于房屋结构维修的费用即达400亿日元以上，日本引以自豪的新干线使用不到10年就出现面积混凝土开裂、剥蚀现象。 我国已建的一些工程也有类似令人堪忧的状况，有不少混凝土工程使用寿命远低于设计要求。建设部科技发展司曾组织调查组对北京、西宁、贵阳等地的一些建筑物进行调查，结果表明，建国初期的建筑均已达到必须大修的状态，现有大多数工业建筑不能满足安全使用50年的要求，一般使用25年～30年就需大修和加固。我国在20世纪50年代兴建的大坝有许多已经成为陷入危境的病坝。 高等级水泥混凝土道路设计耐久寿命一般为30～50年，而实际上我国现有很多水泥混凝土路面在通车5～10年后，就出现严重的断裂和破损，不适合继续行车，造成资源、能源及建设费用的极大浪费。 另据统计，我国现有建筑面积50亿平方米， 其中约23亿平方米，需分期分批进行鉴定加固， 近10亿平方米亟须维修加固。这些混凝土工程的过早破坏，其原因不是由于强度不足，而是由于混凝土耐久性的不良。 建筑物的使用寿命涉及我们期盼的百年大计，而当前混凝土建筑物的现状令人堪忧。因此，在建筑上普遍应用高性能、高耐久性的混凝土已是迫在眉睫。 何谓“高性能混凝土”?资料显示，1990年5月，美国国家标准与技术研究所和美国混凝土协会在马里兰州盖瑟斯堡召开的会议上首先正式提出“高性能混凝土”这一名词。实际上，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强混凝土。日本、欧洲、美国、加拿大都认为高性能混凝土是一种跨世纪的新材料，在严酷环境中使用高性能混凝土具有显着的经济效益。这些国家在高强高性能混凝土配制方法、耐久性能检验方法和提高混凝土耐久性技术途径方面进行了大量研究，并在桥梁、码头等易腐蚀结构中成功应用了外掺活性掺合料的高性能混凝土。 中国工程院院士吴中伟是国内最早(1992年6月)提到HPC的人。综合国内外权威部门及专家对“高性能混凝土”的诠释及界定，我们不难看出，高性能混凝土并不是一个混凝土的品种，而是强调混凝土的“性能”或者质量、状态、水平等表现等。同时还应该认识到高性能混凝土是整个工程全部环节协调、配合共同得到的耐久的可持续发展的混凝土，不是仅有配合比就能生产出来的，而是通过原材料的控制、拌和物生产制备与整个施工过程来实现。 准确地说，高性能混凝土是一个概念，是一个高标准的技术集成系统，是具有优异性能混凝土的集合体，而并非一种产品。提高耐久性能是高性能混凝土最重要的要求之一。中国在《高性能混凝土应用技术规程》(CECS207-2006)对高性能混凝土定义为：采用常规材料和工艺生产，具有混凝土结构所要求各项力学性能，具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。 目前，高性能混凝土已广泛应用于我国重点工程建设，技术成果不断出新。目前，科研院所密切关注国家重大工程的需求，大力推广科研成果，为我国重点工程提供高技术和优质产品，推动了我国混凝土设计由强度设计走向耐久性设计。高性能混凝土技术已推广应用到三峡工程、青藏铁路、南水北调、田湾核电站、首都机场新航站楼、煤矿建井、城市地铁等多个国家重点工程中并取得了显着成绩。 高性能混凝土是消纳建筑垃圾与工业废弃物的重点产业 高性能混凝土产业兼具建设功能和利废功能，因为高性能混凝土不仅能够提供优异的建设性能，还是消纳建筑垃圾与工业废弃物的重点产业，这使得高性能混凝土的产业地位又有了新的社会高度。从能够消纳各种工业废弃物的功能来评价，现代混凝土产业又是目前能够科学利废的最大产业之一。 今年年初，国务院颁发了《关于印发循环经济发展战略及近期行动计划的通知(国发【2013】5号)，在其中第七节建材工业指出：“推动利废建材规模化发展。推进利用矿渣、煤矸石、粉煤灰、尾矿、工业副产石膏、建筑废弃物和废旧路面材料等大宗固体废物生产建材。在大宗固体废物产生量、堆存量大的地区，优先发展高档次、高掺量的利废新型建材产品。提高高标号水泥及高性能混凝土的应用比例，推进水泥及混凝土用量的减量化。” 《废物资源化科技工程“十二五”专项规划》(科技部2012年4月13日)中在分析到我国工业固废资源化技术现状与趋势时表示，粉煤灰和煤矸石是煤炭资源开发利用产生的主要废物，2010年我国粉煤灰和煤矸石产生量约10.7亿吨，预计到2015年将达到13亿吨。 近年来，我国资源化利用技术研发得到了高度重视，已经在建工建材、矿井充填、低热值发电等技术研发与应用方面取得了一定成效，高铝粉煤灰提纯氧化铝和铝硅合金技术已在局部地区实现产业化生产。但总体上，我国粉煤灰和煤矸石资源化技术仍以低端建工建材利用为主，市场效益不显着，迫切需要加快粉煤灰和煤矸石资源化基础理论和技术研发，推动利用方式由传统建工建材利用为主向的多组分协同提取、制备复合材料、控制污染与生态利用等技术方向发展。 在其“建筑垃圾资源化利用技术”中提出的发展目标是：“针对废混凝土、废砖瓦、建筑渣土等建筑垃圾，重点突破建筑废弃物分类与再生、资源化利用，以及再生混凝土高性能化等关键技术，形成适合我国国情的建筑垃圾资源化利用技术体系和产业化平台。在”技术重点“中提出，建筑垃圾资源化利用技术：重点研究再生混凝土及其制品制备关键技术、再生混凝土及其制品施工关键技术，再生无机料在道路工程中的应用关键技术，以及新型再生建筑材料应用技术，形成有关产品超标准、设计及施工规范等。 混凝土废弃后的循环利用也是近年混凝土行业研究的热点。日本全国建筑废弃物实现资源再利用率已超过50%，其中废弃混凝土利用率更高，目前，日本已经形成成熟的建筑垃圾处理技术。美国、德国等国家凭借经济实力与科技优势，采用高新技术处理建筑垃圾。如美国采用微波技术处理回收的沥青混凝土路面，利用率达100%，成本降低且质量相同。德国的干馏燃烧垃圾处理工艺，可以使垃圾中各种再生材料干净地分离出来，再回收利用，有效地解决了垃圾占用土地的问题。 工程建设是最大的物质生产活动，消耗着大量资源，产生大量二氧化碳，因此，必然成为节能减排的重点领域。我国是世界上每年工程建设量最大、消耗资源最多的国家。据住房和城乡建设部的调查分析，我国已成为世界上每年新建建筑量最大的国家，消耗了每年全世界50%的水泥和钢材。据国家统计局统计数据，2012年我国全社会固定资产投资达到33 万亿元，其中，仅房屋建筑施工面积就达到84.62亿平方米。 据中国建筑业协会混凝土分会提供的数据，我国每万平方米在建工程排出的建筑垃圾约500～600吨，每万平方米拆除的旧建筑产生的建筑垃圾约7000～12000吨，我国近几年来每年实际产生的建筑垃圾约10亿吨，而其中45%是废弃混凝土。 我国当今建筑物的平均使用寿命偏低，与发达国家的水平差距很大。住房和城乡建设部的领导不久前说过，我国当今建筑物的平均使用寿命不足30年。而据有关资料分析，英国建筑物的平均使用寿命为132年，法国为102年，美国为74年，就连地震频发的日本也达到60年。我国每年消耗了全世界一半左右的相关资源，产生了10亿吨计的建筑垃圾，建造了上百亿平方米的各类建筑物，而建筑物的使用寿命却如此短暂，这种浪费是惊人的。 高性能混凝土一方面可以从性能上增加建筑的寿命，而从另一方面又可以消解建筑垃圾。我国是世界上每年产生建筑垃圾最大的国家。我国在实施大规模工程建设的同时，每年还产生了大量的建筑垃圾。据中国建筑业协会混凝土分会提供的数据，我国每万平方米在建工程排出的建筑垃圾约500～600吨，每万平方米拆除的旧建筑产生的建筑垃圾约7000～12000吨，我国近几年来每年实际产生的建筑垃圾约10亿吨，而其中45%是废弃混凝土。性能混凝土一方面可以从性能上增加建筑的寿命，而从另一方面又可以消解建筑垃圾。 高性能混凝土快速发展的两大机遇 政策机遇 近日工信部和住建部对绿色建材产业进行了联合调研。工信部表示，此次调研的主要目的在于，为贯彻党的十八大提出的推动工业化和城镇化良性互动、大力建设生态文明的精神，引导绿色建材产业发展，促进建材工业结构调整。联合调研组认为，两部门在联合成功推动高强钢筋的基础上，进一步加强联动，围绕绿色建筑发展需要，立足建材工业技术进步，以标准规范为抓手，携手促进高性能混凝土等绿色建材发展和应用，既有利于生产环节的节能减排，也有利于使用中的节能环保和安全延寿。当前的重点是引导高性能混凝土、高强钢筋的发展利用。 我们还可以从下面一系列关乎到“十二五”期间国计民生的重要政策中领略到高性能混凝土产业的重要性。 2013年年初，国务院办公厅颁发了2013年一号文件——《绿色建筑行动方案》(国办发【2013】1号)，这是“十二五”期间推动我国绿色建筑的纲领性文件。《绿色建筑行动方案》在“重点任务”中提出“要大力发展绿色建材：因地制宜、就地取材，结合当地气候特点和资源禀赋，大力发展安全耐久、节能环保、施工便利的绿色建材。引导高性能混凝土、高强钢的发展利用，到2015年末，标准抗压强度60兆帕以上混凝土用量达到总用量的10%，屈服强度400兆帕以上热轧带肋钢筋用量达到总用量的45%以上”。 住房与城乡建设部出台的《建筑业发展“十二五”规划》(建市【2011】90号)在发展目标中提出，建筑节能的目标是，绿色建筑、绿色施工评价体系基本确立，建筑产品施工过程的单位增加值能耗下降10%，C60以上的混凝土用量达到总用量的10%，HRB400以上钢筋用量达到总用量的45%，钢结构工程比例增加。 《大宗工业固体废弃物综合利用“十二五”规划》(工信部【2011】600号)在“粉煤灰综合利用重点技术及装备”中提出：要大力研发和推广“大掺量粉煤灰混凝土路面材料技术”。在“主要产业创新发展目标”中指出：“预拌混凝土及混凝土工程构件和建筑部品的绿色制造和工程应用技术达到世界先进水平，高性能混凝土广泛应用于国家重点工程建设和绿色建筑。” 《建材工业“十二五”发展规划》(工业和信息化部2011年11月8日)中提出建材工业重点发展的产品有：42.5级及以上水泥、C40及以上预拌混凝土、高性能专用混凝土、预拌砂浆、工程预制件、高性能外加剂等。 《建筑材料工业“十二五”发展指导意见》(中国建筑材料联合会 中建材联合发【2011】74号)中指出“重点发展产品”：推广42.5级及以上水泥、C40及以上高强高性能混凝土、预拌混凝土、预拌砂浆、加气混凝土、泡沫混凝土，水泥混凝土建筑构件和工程预拌件等水泥基材料及制品。积极发展散装水泥、预拌混凝土、干粉砂浆等加工制品物流业，建立高效、低成本物流配送体系。在“研发重点”中指出：混凝土及制品要朝着“低温、海洋、盐碱地等极端环境中的高性能混凝土材料与工程技术、核防护、核封闭用水泥混凝土材料与工程技术，满足超强、超高耐久性要求的混凝土材料与工程技术，混凝土绿色低碳技术。在”提升和完善产业标准“中提出：要完善预拌商品混凝土、新型混凝土外加剂、干混砂浆等标准的研究及制修订。 《建材工业主要产业”十二五“技术研发与创新的目标、技术途径、支撑条件与保障措施》(中国建材联办发【2012】18号)中”建筑节能材料“提出”科技创新目标“：容重400kg/立方米及以下的高性能加气混凝土、泡沫混凝土等节能材料和部品实现工业化制造和建筑节能工程的广泛应用。在”技术途径“中提出：要研发高性能自保温泡沫混凝土，研发轻质高强保温砌块和预制建筑墙板，高性能泡沫混凝土成套装备和工程应用技术，解决泡沫混凝土吸水率高和收缩大等问题，实施泡沫混凝土保温与结构一体化墙体及屋面工程应用示范。在”开发新农村建设用建筑保温材料体系“时，指出因地制宜开发适全新农村住宅的保温隔热制品，包括加气混凝土、泡沫混凝土、建筑保温砌块及复合轻质墙板等材料制品。 2012年1月23日，工业和信息化部颁布的《工业转型投资指南》中指出：(一)建材行业水泥制造要扩大品种。提高水泥细度、强度、安定性、掺量控制，推广应用混合材品种和高性能环保型助磨剂，铝酸盐、低碱、白水泥、油井水泥、硫铝酸盐水泥等特种水泥。(二)混凝土与水泥制品要大力发展高性能和高耐久性混凝土。外加剂要发展高性能环保型混凝土外加剂。 场机遇市 我国城镇化建设方兴未艾。城镇化，从外观建筑上讲，可以狭义地理解为泛混凝土化。中国目前正处于工业化和城镇化快速发展的时期，各种建筑和基础设施建设工程量巨大。 2012年，我国水泥产量已超过20亿吨，如果简单乘以3的话，相当于60亿吨左右的混凝土，按每立方米混凝土约2.4吨重计，即每年要消耗140多亿吨的砂石、水泥等天然及人造资源，这是一个令人惊讶的“天量”。对水泥与混凝土产业来说，“减量化”是必须的发展选择。而应用高性能及超高性能混凝土是实施“减量化”的重要举措。 在现浇混凝土建筑中，较高性能混凝土的使用已经较为普遍。高性能混凝土使结构能够用最少的混凝土材料达到所要求的承载、耐久等性能，并延长建筑物的使用寿命，这既是建筑业最大的节能减排，也是对水泥混凝土材料的最大节约。住建部在《建筑业“十二五”发展规划》中提出，“十二五”期间高性能混凝土的用量要达到10%以上，这项政策将创造一个很大的市场需求。 一些有高要求的工程项目尤其需要高性能混凝土的支撑。如海洋工程：中国有18000公里海岸线，沿海城市一直是中国改革开放的重点和目前经济最发达地区。中国政府最近刚刚发布“‘十二五’海洋科学技术发展规划”，以支持地区沿海经济发展。这将对高耐久性的海工混凝土材料和结构的发展提出更多要求。再如水电工程：中国政府大力发展可再生能源，水电工程在中国一直保持高的发展速度，继三峡大坝之后，类似规模的水电工程都在相继规划、设计或已开工建设。大坝混凝土的耐久性作为工程质量和安全性的重要保证将继续受到高度重视。还有交通工程：受到世界瞩目的中国高铁工程，对混凝土性能的多个方面都提出了很高要求，高速公路的耐久性问题还亟待解决。这些挑战必将促进混凝土材料和工程使用技术的发展。 超高、超深、超大规模工程的不断涌现，对混凝土提出了更高的要求，这必将促进混凝土科技的进一步发展。高性能和超高性能混凝土的发展和应用成为解决这些需求的关键。 当代大跨、高层、海洋、军事工程结构的发展对混凝土提出了更高的要求;处在恶劣环境下既有建筑不断劣化、退化导致过早失效、退役甚至出现恶性事故造成巨大损失的严重后果;原材料生产、开采造成的生态环境恶化以及砂石料枯竭、资源短缺严重影响进一步发展的严酷现实。这就要求混凝土不断提高以耐久性为重点的各项性能，多使用天然材料及工业废渣保护环境，走可持续发展的道路，高性能混凝土就是在这种背景下出现并逐步完善与发展的。 展望高性能混凝土发展前景 从1824年波特兰水泥发明开始，混凝土材料至今已有100多年的历史，以水泥为胶结材的混凝土也取得了巨大的发展，由普通混凝土向高性能混凝土发展。从20世纪以来，混凝土就已成为房屋建筑、桥梁、水利、公路等现代工程结构首选材料，混凝土作为土木工程中最大宗的人造材料，其用量巨大。混凝土能否长期作为最主要的建筑结构材料，其本身必须具有高强度、高工作性、高耐久性等性能，因此高性能混凝土是现代混凝土技术发展的必然结果，是混凝土的发展方向。 中国对高性能混凝土的研究基本与国际同步。自上世纪90年代初期国家自然科学基金支持高性能混凝土研究开始，在多个国家大型科研项目的支持下，我国在高性能混凝土新材料研发、耐久性控制、设计和施工技术等方面取得突破：开发了多品种的工业废渣掺合料，通过物理活化和化学活化解决早期活性、抗裂、收缩等问题，并大量应用;从控制各种原材料的氯离子和含碱量入手控制混凝土的碱-集料反应和钢筋锈蚀反应，全国很多地区和大型工程都建立了碱-集料反应分布图和安全集料矿山;清水混凝土技术及自流平混凝土制作的大型体育馆看台、盾构管片、大口径预应力钢筒混凝土管都达到国际领先水平。 重视高性能混凝土技术的研发和推广是最大的节能减排工作，其核心是提高混凝土构筑物的使用寿命。通过高性能混凝土技术的进步，在保证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;需要大力推广矿物掺和料利用技术员;需要提高砂石质量品质检;需要进一步推广应用外加剂新技术。 权威资料显示，目前全世界都已经把高性能混凝土的研究重点集中到混凝土服役寿命的设计方面。国际结构混凝土联合会在2006年6月提出了全概率方法的寿命设计流程图，法国土木工程师学会在2007年提出了混凝土结构服役寿命设计指南，欧盟也正在研究提出一个过渡的基于性能的耐久性设计方法。我国的GB/T50476-2008《混凝土结构耐久性设计规范》也是吸纳了最新的国内高性能混凝土耐久性研究最新成果，根据混凝土的环境条件进行分级，规定混凝土的最大水胶比和最小水泥用量等参数来进行耐久性设计。目前，高性能混凝土的发展有三个方向，分别是绿色高性能混凝土、超高性能混凝土和智能混凝土。 未来的混凝土必须从根本上减少水泥用量，必须更多地利用各种工业废渣作为其原材料;必须充分考虑废弃混凝土的再生利用，未来的混凝土必须是高性能的，尤其是耐久的。耐久和高强都意味着节约资源。区别于传统混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土。 |
