高性能混凝土的特點(diǎn)、應(yīng)用及發(fā)展方向

　　高性能混凝土，簡(jiǎn)稱HPC，在這個(gè)世界上誕生的時(shí)間并不算長(zhǎng)。1990年，高性能混凝土由美國(guó)正式提出。兩年后，在中國(guó)開(kāi)始得到重視。因?yàn)閺纳鲜兰o(jì)的最后10年才開(kāi)始被提出并逐漸發(fā)展起來(lái)，其前景廣闊，因此，高性能混凝土也被世界同行稱為“21世紀(jì)的混凝土”。雖然誕生的時(shí)間晚，卻趕上了世界環(huán)保浪潮的風(fēng)起云涌，也促使這個(gè)極具環(huán)保概念的新型產(chǎn)品，朝著綠色化進(jìn)程發(fā)展的速度很快。最近，有一個(gè)新的概念又在HPC的基礎(chǔ)上躍上一個(gè)臺(tái)階，叫做“綠色高性能混凝土”，國(guó)際上簡(jiǎn)稱GHPC，或直接叫做GC。綠色高性能混凝土是在高性能混凝土綠色范圍的基礎(chǔ)上，延伸并擴(kuò)大了環(huán)保的概念，也就是說(shuō)，高性能混凝土相對(duì)于傳統(tǒng)商砼而言，已經(jīng)全面跨入節(jié)能環(huán)保的領(lǐng)域，成為具有代表性的綠色化基礎(chǔ)建筑材料之一。

　　如果說(shuō)高性能混凝土是水泥和混凝土領(lǐng)域的新生軍，那么，外墻外保溫材料也稱得上是傳統(tǒng)墻體材料的新血液。盡管，外墻外保溫系統(tǒng)的誕生是在上世紀(jì)40年代，誕生于高寒地帶的瑞典，但外墻內(nèi)保溫材料卻是最早被應(yīng)用，而外保溫材料則始終處于試驗(yàn)階段。外墻外保溫材料真正開(kāi)始啟用，也是在上個(gè)世紀(jì)末期。中國(guó)進(jìn)入正式的研究階段是在1988年前后，進(jìn)入21世紀(jì)，外墻外保溫材料逐漸盛行起來(lái)。與節(jié)能玻璃中的中空玻璃相似的是，外墻外保溫材料最早誕生是滿足于保溫的需求，隨著世界生態(tài)環(huán)保意識(shí)的提升，這種通過(guò)為整體建筑保溫來(lái)達(dá)到環(huán)境節(jié)能的特性，使之成為生態(tài)綠色建材的主力軍之一。但是，外墻外保溫產(chǎn)業(yè)，卻有些好事多磨的意味。尤其從中國(guó)目前的發(fā)展情況看，似乎并不是一帆風(fēng)順。外墻外保溫材料需要一個(gè)龐大而復(fù)雜的技術(shù)體系支撐，不僅僅是材料體系，更像是一個(gè)交錯(cuò)繁雜的建筑體系網(wǎng)，最重要的是，它牽連著人身安全和節(jié)能環(huán)保的雙重課題。至今，對(duì)于既保證人身安全，又能夠在全生命周期中最大化地達(dá)成節(jié)能環(huán)保的外墻外保溫材料，還是個(gè)未知數(shù)。

　　本文將從高性能混凝土和外墻外保溫材料的綠色指向上分別作簡(jiǎn)單的分析和闡述。

　　HPC基礎(chǔ)材料里的千面手

　　所謂高性能混凝土，顧名思義，就是以提高混凝土的多元化性能來(lái)達(dá)到綠色環(huán)保的指數(shù)，以及混凝土應(yīng)用的范圍。HPC在由美國(guó)正式提出時(shí)，從其優(yōu)質(zhì)原材料配制的綠色定位基礎(chǔ)原則就已經(jīng)符合了21世紀(jì)對(duì)于生態(tài)環(huán)保的基本要求：要盡可能地節(jié)省熟料，多用細(xì)摻料（工業(yè)廢料為主）和少用水泥。減少對(duì)自然資源的浪費(fèi)，減少對(duì)水泥等高污染產(chǎn)品的消耗，也進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)各種工業(yè)廢料的配比，來(lái)滿足和強(qiáng)化混凝土不同性能的質(zhì)量和性能要求。應(yīng)該說(shuō)，HPC更像是從小就在綠色環(huán)保的環(huán)境中得以熏陶，如今已成長(zhǎng)為能勝任任何復(fù)雜環(huán)境中的頂梁柱和千面手。

　　基礎(chǔ)建設(shè)的千面手多重環(huán)境的頂梁柱

　　高性能混凝土應(yīng)用的范圍之廣，令人驚嘆。近到我們生活中熱鬧非凡的城鎮(zhèn)，遠(yuǎn)到杳無(wú)人煙的茫茫沙漠。無(wú)論是縱橫交錯(cuò)的道路，跨越江河的橋梁，浪濤拍打的海岸，抑或各種高寒酷暑的極端地帶，甚至包括只存在于普通百姓想象中的核反應(yīng)堆等高科技領(lǐng)域，都可以見(jiàn)到HPC英雄般的身影。以適應(yīng)各種環(huán)境為前提和特色，千面手的HPC要起到固沙、固土、固岸、固堤、排水、透氣等適應(yīng)不同環(huán)境的基礎(chǔ)作用，還要適合各種水生物生長(zhǎng)、棲息和繁殖的生態(tài)要求。

　　首先從城市道路說(shuō)起，目前，中國(guó)城市的道路覆蓋率約為7%~15%之間，大都市的道路覆蓋率達(dá)到20%左右。隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的進(jìn)程加快，未來(lái)城鎮(zhèn)道路的鋪設(shè)將是非常艱巨和重要的任務(wù)。高性能混凝土應(yīng)用于道路之中，除了其耐久性的特性可以使道路的壽命得以延長(zhǎng)，且路面耐磨減少破損。最重要的是，高性能混凝土的透水性能，也大大減少道路的熱島效應(yīng)。眾所周知，熱島效應(yīng)是加速氣候惡化的因素之一，透水性能良好的HPC，就在一定程度上遏制了惡劣氣候的變化無(wú)常，也讓行駛中的車輛，減少很多惡性交通事故的發(fā)生。“未來(lái)的城市建設(shè)，急需各種排水、透氣的材料，這對(duì)于地球環(huán)境的改善將有極大好處，而在這些材料當(dāng)中，HPC的應(yīng)用率將會(huì)得到最大的提升，應(yīng)用范圍會(huì)越來(lái)越廣?！币晃幻绹?guó)建筑工程師，在自己關(guān)于綠色高性能混凝土的論文中這樣寫(xiě)道。所有的沿海區(qū)域，也同樣是HPC高使用率的區(qū)域，大量高性能混凝土用于固岸和固堤之中，筑起一座座防護(hù)堤，不僅僅可以防止因海岸線不穩(wěn)導(dǎo)致的塌陷等問(wèn)題，并通過(guò)其堅(jiān)固和耐久性，來(lái)擴(kuò)充海岸線，增加沿海城市的面積。還要滿足水生物的適應(yīng)能力，間接起到了保護(hù)海洋資源的作用。全球沙漠化嚴(yán)重，沙漠侵蝕對(duì)氣候環(huán)境造成的惡劣影響，已無(wú)需再做過(guò)多描述，絕大多數(shù)國(guó)家都已經(jīng)投入到防沙治沙的抗戰(zhàn)之中，高性能混凝土作為最好的固沙固土材料，此時(shí)此刻，亦發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。甚至在一些生態(tài)環(huán)境惡劣，生命存活率脆弱的極端地帶，HPC也像戰(zhàn)士一樣，英勇無(wú)畏地筑起生命堤岸，盡己之力阻擋危害生命生存繁衍的外來(lái)侵害?；蛟S是因?yàn)镠PC具備了太多的高性能應(yīng)用性，以至于自HPC誕生以來(lái)，各個(gè)國(guó)家對(duì)其綠色指標(biāo)和導(dǎo)向都有著各種不同的側(cè)重點(diǎn)和解析。

　　比如，美國(guó)更強(qiáng)調(diào)其耐久性、高抗腐蝕性和穩(wěn)定性；日本則重視其高強(qiáng)度、高工作性和耐久性；加拿大注重其高彈性、高密度、低滲透和抗腐蝕性，中國(guó)在2006年綜合各國(guó)最主要的綠色導(dǎo)向，提出對(duì)HPC的定義為高耐久性、高工作性和高體積穩(wěn)定性。對(duì)HPC難于統(tǒng)一的綠色導(dǎo)向，甚至對(duì)HPC和目前最新提出的GC也沒(méi)有明確的界定和考量，為高性能混凝土的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證體系的制定帶來(lái)了很大的難度。據(jù)參與制定標(biāo)準(zhǔn)的住建部負(fù)責(zé)人士介紹：即將出臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證體系，將參考中國(guó)在2006年提出的定義所涵蓋的范圍，也就是重點(diǎn)考量HPC的耐久性、高工作性和高體積穩(wěn)定性。

　　中國(guó)對(duì)HPC的應(yīng)用實(shí)例

　　自上世紀(jì)90年代初，中國(guó)開(kāi)始對(duì)HPC拉開(kāi)了研發(fā)和應(yīng)用的序幕之后，高性能混凝土開(kāi)始在全國(guó)各地發(fā)揮出其多面手的優(yōu)秀作用。其中，最為著名的案例，源自中國(guó)“西部大開(kāi)發(fā)”的重點(diǎn)項(xiàng)目之一——青藏鐵路的鋪設(shè)。當(dāng)年，在為青藏鐵路的鋪設(shè)作籌劃的時(shí)候，三大難題“多年凍土、高寒缺氧和生態(tài)脆弱”擺在技術(shù)人員面前，這給施工帶來(lái)一系列技術(shù)困擾。而且，在這之前，沒(méi)有現(xiàn)成的案例可供參考。經(jīng)過(guò)不懈努力，技術(shù)人員在高原寒冷、風(fēng)沙強(qiáng)烈等較為惡劣的自然條件下，通過(guò)提高高性能混凝土的耐久性指標(biāo)和配制方式，使高性能混凝土在多種惡劣環(huán)境下順利施工并應(yīng)用，完成了青藏鐵路的鋪設(shè)任務(wù)。HPC承受住了各種極端考驗(yàn)，與當(dāng)?shù)貧夂颉①Y源、動(dòng)植物生長(zhǎng)等自然環(huán)境和諧交融，經(jīng)受住了一次偉大的考驗(yàn)。而事實(shí)上，青藏鐵路僅僅是HPC在中國(guó)得以應(yīng)用的案例之一，在此之前，高性能混凝土早已經(jīng)在中國(guó)廣闊的區(qū)域里展現(xiàn)了風(fēng)采，其中，尤以橋梁的修建最為輝煌。

　　中國(guó)第一座海上建設(shè)的特大橋梁——東海大橋，就是采用高性能混凝土來(lái)抵御海水的侵蝕。正是因?yàn)镠PC的密實(shí)度和高穩(wěn)定性，基本杜絕了混凝土裂縫的產(chǎn)生，同時(shí)，因?yàn)閾饺敫咝p水劑，減少了混凝土固化后的水孔隙，進(jìn)一步加強(qiáng)了HPC的體積穩(wěn)定性。位于江蘇連云港區(qū)的苗嶺一號(hào)高架橋，地處連云港集裝箱碼頭前，與黃海毗鄰，常年刮著海風(fēng)，風(fēng)力非常大，容易引起普通混凝土干縮裂縫。技術(shù)人員利用當(dāng)?shù)氐禺a(chǎn)的兩種石子——片麻巖和玄武石和少量的水泥等原料配制的高性能混凝土，澆筑后不但滿足了橋梁強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求，也徹底杜絕了干縮裂縫的可能性。作為世界最大跨徑的斜拉橋——江蘇大橋，同時(shí)擁有著世界最高的橋塔，也是由優(yōu)質(zhì)粉煤灰（工業(yè)廢料）和高效減水劑等配制出的高性能混凝土澆筑而成，其浩大的建筑工程和優(yōu)良的HPC研發(fā)和應(yīng)用，為世界矚目。更為可喜的是，HPC在中國(guó)的應(yīng)用，已經(jīng)做到高險(xiǎn)環(huán)境和城市建筑兩條腿走路。在一些著名的城市建筑上，如上海金茂大廈、北京靜安中心大廈、遼寧物產(chǎn)大廈、南京希爾頓國(guó)際大酒店、長(zhǎng)春國(guó)際商貿(mào)城等，也都有優(yōu)質(zhì)的HPC發(fā)揮著舉足輕重的作用。

　　“讓所有的綠色建筑輕松活到100歲，甚至更長(zhǎng)，這是高性能混凝土的發(fā)展方向。”一位混凝土行業(yè)的專家用詼諧的語(yǔ)言，道出HPC是綠色建筑“高壽命”的有力保障。70年，是中國(guó)老百姓對(duì)中國(guó)居住建筑壽命難躍的一道坎?？梢蕴岣呓ㄖ勖腍PC，倘若廣泛應(yīng)用到普通家居建筑上，或許，未來(lái)70年的建筑，應(yīng)該還充滿著壯年氣概，再也不是普通住宅建筑的夢(mèng)魘。要想達(dá)到百年建筑，在今天這個(gè)時(shí)代，最需要耐久性強(qiáng)的建筑材料，因?yàn)楹凸沤ㄖ煌?，現(xiàn)代建筑以高層建筑為主，要使高層建筑能在百年的歲月滄桑中屹立不倒，用HPC構(gòu)筑建筑的堅(jiān)毅骨骼，絕非妄言。但畢竟，中國(guó)在研發(fā)和應(yīng)用高性能混凝土的歷程，不過(guò)十幾年。而高性能混凝土對(duì)配比設(shè)計(jì)的要求，要按著不同建筑和不同環(huán)境進(jìn)行適合的配比，程序復(fù)雜，需要的是技術(shù)和設(shè)計(jì)能力強(qiáng)，且人數(shù)龐大的技術(shù)團(tuán)隊(duì)支撐，因此，短時(shí)間內(nèi)，高性能混凝土很難形成相對(duì)獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。此外，對(duì)其性能的進(jìn)一步加強(qiáng)并擴(kuò)大其多性能特征，同時(shí)擴(kuò)充HPC的社會(huì)應(yīng)用范疇，尤其是著力對(duì)綠色高性能混凝土的研究與應(yīng)用，使之符合甚至超前于中國(guó)對(duì)綠色建筑的生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)和要求，都是未來(lái)高性能混凝土的待解之題。

　　一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)讓水泥工業(yè)一直“綠”下去

　　產(chǎn)能過(guò)剩和高污染，至今都是橫在中國(guó)水泥行業(yè)面前的兩道坎。這兩道坎無(wú)比險(xiǎn)峻，足有毀掉一個(gè)傳統(tǒng)老行業(yè)的破壞力。高性能混凝土倘若能形成一個(gè)生機(jī)勃勃的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，或許也會(huì)為遏制水泥產(chǎn)能過(guò)剩和實(shí)現(xiàn)水泥工業(yè)綠色化進(jìn)程帶來(lái)一線曙光。近些年，越來(lái)越多稍有實(shí)力的水泥企業(yè)，已經(jīng)開(kāi)始向普通商用混凝土領(lǐng)域延伸產(chǎn)業(yè)鏈，使得企業(yè)自身的水泥過(guò)剩，得到了一定程度的緩解。那么，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)探索高性能混凝土和綠色高性能混凝土，或許會(huì)帶來(lái)更大的轉(zhuǎn)機(jī)。正是因?yàn)镠PC或GC在原材料配比中，強(qiáng)調(diào)的就是低水泥量的應(yīng)用。這不僅僅是處于節(jié)資降耗的環(huán)?？紤]，更因?yàn)樵贖PC中摻加過(guò)量的水泥，會(huì)降低HPC的耐久性和穩(wěn)定性，更會(huì)減小混凝土本應(yīng)有的強(qiáng)度。如果水泥企業(yè)大量發(fā)展高性能混凝土產(chǎn)業(yè)，水泥產(chǎn)量自然而然將得到抑制。盡管，僅依靠發(fā)展高性能混凝土并非徹底解決產(chǎn)能過(guò)剩的良策，但當(dāng)更多的水泥企業(yè)愿意潛下心鉆研HPC乃至GC的發(fā)展之路時(shí)，一定會(huì)在很大程度上為全行業(yè)努力走出過(guò)剩陰影留出足夠的時(shí)間和空間，更能緩解企業(yè)現(xiàn)存的巨大壓力。

　　高性能混凝土是在普通混凝土的基礎(chǔ)上研制而成，但是，HPC與商砼之間的特性指標(biāo)并不相同。普通商砼到目前為止，其配比設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的唯一特征指標(biāo)是對(duì)抗壓強(qiáng)度的考量，高強(qiáng)度的商砼曾被認(rèn)為是最好的混凝土。如今，普通商品混凝土產(chǎn)業(yè)也逐漸龐大，但更多的行業(yè)專家也看到了普通商砼在性能上的劣勢(shì)，比如其耐久性偏低，導(dǎo)致很多建筑、橋梁或道路，用不了幾年，就要重新返修，甚至可能出現(xiàn)突然斷裂崩塌的現(xiàn)象，無(wú)形中造成自然資源和生產(chǎn)成本的極大浪費(fèi)，常年破土翻修，也會(huì)讓生活環(huán)境接二連三遭受污染，最可怕的是，一旦崩塌和斷裂，會(huì)造成嚴(yán)重的傷亡事件。以往，人們認(rèn)為出現(xiàn)這些問(wèn)題是因?yàn)榛炷恋膹?qiáng)度不夠所致，當(dāng)高性能混凝土被研制和應(yīng)用起來(lái)后才了解到，真正延長(zhǎng)建筑物壽命的混凝土特征，并非強(qiáng)度，而是耐久度。如果將普通商砼和HPC放在一起對(duì)比的話，就像音像世界里早期所用的VCD和如今的DVD之間的關(guān)系。HPC基本上是針對(duì)普通商砼的弱勢(shì)進(jìn)行彌補(bǔ)和增強(qiáng)，更像是普通商砼的升級(jí)產(chǎn)品。比如，HPC最強(qiáng)的3個(gè)特點(diǎn)：耐久性、工作性和高體積穩(wěn)定性，也正是普通商砼缺失的三方面。而對(duì)于普通商砼高強(qiáng)度的特征和優(yōu)勢(shì)，HPC在其基礎(chǔ)上將之兼顧并加以完善。因此，從普通商砼向高性能混凝土產(chǎn)業(yè)的過(guò)渡，是21世紀(jì)混凝土產(chǎn)業(yè)的大勢(shì)所趨。但是，剛剛發(fā)展不過(guò)20年的高性能混凝土，也存在著自身弱點(diǎn)，比如，HPC雖然耐久性高，但是脆性也相對(duì)較高，在應(yīng)用過(guò)程中，早期的穩(wěn)定度和工作性不如后期強(qiáng)勁。也就是說(shuō)，很有可能剛剛用于建筑上的HPC會(huì)產(chǎn)生突然開(kāi)裂，也因此，要想確保百年建筑夢(mèng)想成真，就要給HPC和建筑物留有一段“試用期”。最關(guān)鍵的是，當(dāng)HPC才剛剛嶄露頭角，全新的GC概念隨即應(yīng)運(yùn)而生。這很像當(dāng)DVD正將統(tǒng)治音像市場(chǎng)的時(shí)候，怎奈很快出現(xiàn)了藍(lán)光DVD、標(biāo)準(zhǔn)BD等升級(jí)產(chǎn)品，無(wú)論從工藝性能和視覺(jué)效果上，都在DVD的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)充和跨越。

　　那么，綠色高性能混凝土是否也是高性能混凝土的升級(jí)產(chǎn)品？GC與HPC之間，尤其在綠色化考量中，究竟存在著哪些明顯的區(qū)別或延伸？這無(wú)疑讓高性能混凝土產(chǎn)業(yè)剛剛興起便站在一個(gè)十字路口上，但幸運(yùn)的是，但凡能夠站在這個(gè)十字路口上，也就意味著，我們已經(jīng)進(jìn)入了綠色環(huán)保的領(lǐng)域，往后所作的任何選擇，都是在這個(gè)領(lǐng)域里欲求更好更強(qiáng)。而從水泥到商砼再到HPC（包括GC）的產(chǎn)業(yè)鏈延伸，也是一條由黑到綠的漸變過(guò)程。誰(shuí)又能斷定，這樣一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，不會(huì)成為這個(gè)傳統(tǒng)工業(yè)的綠色起點(diǎn)，水泥工業(yè)將由此一直“綠”下去。