高性能混凝土的特點、應(yīng)用及發(fā)展方向

　　高性能混凝土，簡稱HPC，在這個世界上誕生的時間并不算長。1990年，高性能混凝土由美國正式提出。兩年后，在中國開始得到重視。因為從上世紀的最后10年才開始被提出并逐漸發(fā)展起來，其前景廣闊，因此，高性能混凝土也被世界同行稱為“21世紀的混凝土”。雖然誕生的時間晚，卻趕上了世界環(huán)保浪潮的風起云涌，也促使這個極具環(huán)保概念的新型產(chǎn)品，朝著綠色化進程發(fā)展的速度很快。最近，有一個新的概念又在HPC的基礎(chǔ)上躍上一個臺階，叫做“綠色高性能混凝土”，國際上簡稱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，延伸并擴大了環(huán)保的概念，也就是說，高性能混凝土相對于傳統(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階段。外墻外保溫材料真正開始啟用，也是在上個世紀末期。中國進入正式的研究階段是在1988年前后，進入21世紀，外墻外保溫材料逐漸盛行起來。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)保意識的提升，這種通過為整體建筑保溫來達到環(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。尤其從中國目前的發(fā)展情況看，似乎并不是一帆風順。外墻外保溫材料需要一個龐大而復(fù)雜的技術(shù)體系支撐，不僅僅是材料體系，更像是一個交錯繁雜的建筑體系網(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，對于既保證人身安全，又能夠在全生命周期中最大化地達成節(jié)能環(huán)保的外墻外保溫材料，還是個未知數(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達到綠色環(huán)保的指數(shù)，以及混凝土應(yīng)用的范圍。HPC在由美國正式提出時，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世紀對于生態(tài)環(huán)保的基本要求：要盡可能地節(jié)省熟料，多用細摻料（工業(yè)廢料為主）和少用水泥。減少對自然資源的浪費，減少對水泥等高污染產(chǎn)品的消耗，也進一步加強了對各種工業(yè)廢料的配比，來滿足和強化混凝土不同性能的質(zhì)量和性能要求。應(yīng)該說，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)，遠到杳無人煙的茫茫沙漠。無論是縱橫交錯的道路，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、棲息和繁殖的生態(tài)要求。

　　首先從城市道路說起，目前，中國城市的道路覆蓋率約為7%~15%之間，大都市的道路覆蓋率達到20%左右。隨著中國城鎮(zhèn)化建設(shè)的進程加快，未來城鎮(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，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常，也讓行駛中的車輛，減少很多惡性交通事故的發(fā)生?！拔磥淼某鞘薪ㄔO(shè)，急需各種排水、透氣的材料，這對于地球環(huán)境的改善將有極大好處，而在這些材料當中，HPC的應(yīng)用率將會得到最大的提升，應(yīng)用范圍會越來越廣?！币晃幻绹ㄖこ處?，在自己關(guān)于綠色高性能混凝土的論文中這樣寫道。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，筑起一座座防護堤，不僅僅可以防止因海岸線不穩(wěn)導(dǎo)致的塌陷等問題，并通過其堅固和耐久性，來擴充海岸線，增加沿海城市的面積。還要滿足水生物的適應(yīng)能力，間接起到了保護海洋資源的作用。全球沙漠化嚴重，沙漠侵蝕對氣候環(huán)境造成的惡劣影響，已無需再做過多描述，絕大多數(shù)國家都已經(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侵害?；蛟S是因為HPC具備了太多的高性能應(yīng)用性，以至于自HPC誕生以來，各個國家對其綠色指標和導(dǎo)向都有著各種不同的側(cè)重點和解析。

　　比如，美國更強調(diào)其耐久性、高抗腐蝕性和穩(wěn)定性；日本則重視其高強度、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，中國在2006年綜合各國最主要的綠色導(dǎo)向，提出對HPC的定義為高耐久性、高工作性和高體積穩(wěn)定性。對HPC難于統(tǒng)一的綠色導(dǎo)向，甚至對HPC和目前最新提出的GC也沒有明確的界定和考量，為高性能混凝土的標準認證體系的制定帶來了很大的難度。據(jù)參與制定標準的住建部負責人士介紹：即將出臺的標準與認證體系，將參考中國在2006年提出的定義所涵蓋的范圍，也就是重點考量HPC的耐久性、高工作性和高體積穩(wěn)定性。

　　中國對HPC的應(yīng)用實例

　　自上世紀90年代初，中國開始對HPC拉開了研發(fā)和應(yīng)用的序幕之后，高性能混凝土開始在全國各地發(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“西部大開發(fā)”的重點項目之一——青藏鐵路的鋪設(shè)。當年，在為青藏鐵路的鋪設(shè)作籌劃的時候，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，這給施工帶來一系列技術(shù)困擾。而且，在這之前，沒有現(xiàn)成的案例可供參考。經(jīng)過不懈努力，技術(shù)人員在高原寒冷、風沙強烈等較為惡劣的自然條件下，通過提高高性能混凝土的耐久性指標和配制方式，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，與當?shù)貧夂?、資源、動植物生長等自然環(huán)境和諧交融，經(jīng)受住了一次偉大的考驗。而事實上，青藏鐵路僅僅是HPC在中國得以應(yīng)用的案例之一，在此之前，高性能混凝土早已經(jīng)在中國廣闊的區(qū)域里展現(xiàn)了風采，其中，尤以橋梁的修建最為輝煌。

　　中國第一座海上建設(shè)的特大橋梁——東海大橋，就是采用高性能混凝土來抵御海水的侵蝕。正是因為HPC的密實度和高穩(wěn)定性，基本杜絕了混凝土裂縫的產(chǎn)生，同時，因為摻入高效減水劑，減少了混凝土固化后的水孔隙，進一步加強了HPC的體積穩(wěn)定性。位于江蘇連云港區(qū)的苗嶺一號高架橋，地處連云港集裝箱碼頭前，與黃海毗鄰，常年刮著海風，風力非常大，容易引起普通混凝土干縮裂縫。技術(shù)人員利用當?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度的設(shè)計要求，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在中國的應(yīng)用，已經(jīng)做到高險環(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、南京希爾頓國際大酒店、長春國際商貿(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，這是高性能混凝土的發(fā)展方向?！币晃换炷列袠I(yè)的專家用詼諧的語言，道出HPC是綠色建筑“高壽命”的有力保障。70年，是中國老百姓對中國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魘。要想達到百年建筑，在今天這個時代，最需要耐久性強的建筑材料，因為和古建筑不同，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)筑建筑的堅毅骨骼，絕非妄言。但畢竟，中國在研發(fā)和應(yīng)用高性能混凝土的歷程，不過十幾年。而高性能混凝土對配比設(shè)計的要求，要按著不同建筑和不同環(huán)境進行適合的配比，程序復(fù)雜，需要的是技術(shù)和設(shè)計能力強，且人數(shù)龐大的技術(shù)團隊支撐，因此，短時間內(nèi)，高性能混凝土很難形成相對獨立的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。此外，對其性能的進一步加強并擴大其多性能特征，同時擴充HPC的社會應(yīng)用范疇，尤其是著力對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對綠色建筑的生態(tài)標準和要求，都是未來高性能混凝土的待解之題。

　　一個新興產(chǎn)業(yè)讓水泥工業(yè)一直“綠”下去

　　產(chǎn)能過剩和高污染，至今都是橫在中國水泥行業(yè)面前的兩道坎。這兩道坎無比險峻，足有毀掉一個傳統(tǒng)老行業(yè)的破壞力。高性能混凝土倘若能形成一個生機勃勃的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，或許也會為遏制水泥產(chǎn)能過剩和實現(xiàn)水泥工業(yè)綠色化進程帶來一線曙光。近些年，越來越多稍有實力的水泥企業(yè)，已經(jīng)開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，或許會帶來更大的轉(zhuǎn)機。正是因為HPC或GC在原材料配比中，強調(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)保考慮，更因為在HPC中摻加過量的水泥，會降低HPC的耐久性和穩(wěn)定性，更會減小混凝土本應(yīng)有的強度。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)能過剩的良策，但當更多的水泥企業(yè)愿意潛下心鉆研HPC乃至GC的發(fā)展之路時，一定會在很大程度上為全行業(yè)努力走出過剩陰影留出足夠的時間和空間，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并不相同。普通商砼到目前為止，其配比設(shè)計和生產(chǎn)的唯一特征指標是對抗壓強度的考量，高強度的商砼曾被認為是最好的混凝土。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，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，無形中造成自然資源和生產(chǎn)成本的極大浪費，常年破土翻修，也會讓生活環(huán)境接二連三遭受污染，最可怕的是，一旦崩塌和斷裂，會造成嚴重的傷亡事件。以往，人們認為出現(xiàn)這些問題是因為混凝土的強度不夠所致，當高性能混凝土被研制和應(yīng)用起來后才了解到，真正延長建筑物壽命的混凝土特征，并非強度，而是耐久度。如果將普通商砼和HPC放在一起對比的話，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基本上是針對普通商砼的弱勢進行彌補和增強，更像是普通商砼的升級產(chǎn)品。比如，HPC最強的3個特點：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。而對于普通商砼高強度的特征和優(yōu)勢，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)的過渡，是21世紀混凝土產(chǎn)業(yè)的大勢所趨。但是，剛剛發(fā)展不過20年的高性能混凝土，也存在著自身弱點，比如，HPC雖然耐久性高，但是脆性也相對較高，在應(yīng)用過程中，早期的穩(wěn)定度和工作性不如后期強勁。也就是說，很有可能剛剛用于建筑上的HPC會產(chǎn)生突然開裂，也因此，要想確保百年建筑夢想成真，就要給HPC和建筑物留有一段“試用期”。最關(guān)鍵的是，當HPC才剛剛嶄露頭角，全新的GC概念隨即應(yīng)運而生。這很像當DVD正將統(tǒng)治音像市場的時候，怎奈很快出現(xiàn)了藍光DVD、標準BD等升級產(chǎn)品，無論從工藝性能和視覺效果上，都在DVD的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了補充和跨越。

　　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？這無疑讓高性能混凝土產(chǎn)業(yè)剛剛興起便站在一個十字路口上，但幸運的是，但凡能夠站在這個十字路口上，也就意味著，我們已經(jīng)進入了綠色環(huán)保的領(lǐng)域，往后所作的任何選擇，都是在這個領(lǐng)域里欲求更好更強。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程。誰又能斷定，這樣一個新興產(chǎn)業(yè)，不會成為這個傳統(tǒng)工業(yè)的綠色起點，水泥工業(yè)將由此一直“綠”下去。