高性能混凝土的特点、应用及发展方向

　　高性能混凝土，简称HPC，在这个世界上诞生的时间并不算长。1990年，高性能混凝土由美国正式提出。两年后，在中国开始得到重视。因为从上世纪的最后10年才开始被提出并逐渐发展起来，其前景广阔，因此，高性能混凝土也被世界同行称为“21世纪的混凝土”。虽然诞生的时间晚，却赶上了世界环保浪潮的风起云涌，也促使这个极具环保概念的新型产品，朝着绿色化进程发展的速度很快。最近，有一个新的概念又在HPC的基础上跃上一个台阶，叫做“绿色高性能混凝土”，国际上简称GHPC，或直接叫做GC。绿色高性能混凝土是在高性能混凝土绿色范围的基础上，延伸并扩大了环保的概念，也就是说，高性能混凝土相对于传统商砼而言，已经全面跨入节能环保的领域，成为具有代表性的绿色化基础建筑材料之一。

　　如果说高性能混凝土是水泥和混凝土领域的新生军，那么，外墙外保温材料也称得上是传统墙体材料的新血液。尽管，外墙外保温系统的诞生是在上世纪40年代，诞生于高寒地带的瑞典，但外墙内保温材料却是最早被应用，而外保温材料则始终处于试验阶段。外墙外保温材料真正开始启用，也是在上个世纪末期。中国进入正式的研究阶段是在1988年前后，进入21世纪，外墙外保温材料逐渐盛行起来。与节能玻璃中的中空玻璃相似的是，外墙外保温材料最早诞生是满足于保温的需求，随着世界生态环保意识的提升，这种通过为整体建筑保温来达到环境节能的特性，使之成为生态绿色建材的主力军之一。但是，外墙外保温产业，却有些好事多磨的意味。尤其从中国目前的发展情况看，似乎并不是一帆风顺。外墙外保温材料需要一个庞大而复杂的技术体系支撑，不仅仅是材料体系，更像是一个交错繁杂的建筑体系网，最重要的是，它牵连着人身安全和节能环保的双重课题。至今，对于既保证人身安全，又能够在全生命周期中最大化地达成节能环保的外墙外保温材料，还是个未知数。

　　本文将从高性能混凝土和外墙外保温材料的绿色指向上分别作简单的分析和阐述。

　　HPC基础材料里的千面手

　　所谓高性能混凝土，顾名思义，就是以提高混凝土的多元化性能来达到绿色环保的指数，以及混凝土应用的范围。HPC在由美国正式提出时，从其优质原材料配制的绿色定位基础原则就已经符合了21世纪对于生态环保的基本要求：要尽可能地节省熟料，多用细掺料（工业废料为主）和少用水泥。减少对自然资源的浪费，减少对水泥等高污染产品的消耗，也进一步加强了对各种工业废料的配比，来满足和强化混凝土不同性能的质量和性能要求。应该说，HPC更像是从小就在绿色环保的环境中得以熏陶，如今已成长为能胜任任何复杂环境中的顶梁柱和千面手。

　　基础建设的千面手多重环境的顶梁柱

　　高性能混凝土应用的范围之广，令人惊叹。近到我们生活中热闹非凡的城镇，远到杳无人烟的茫茫沙漠。无论是纵横交错的道路，跨越江河的桥梁，浪涛拍打的海岸，抑或各种高寒酷暑的极端地带，甚至包括只存在于普通百姓想象中的核反应堆等高科技领域，都可以见到HPC英雄般的身影。以适应各种环境为前提和特色，千面手的HPC要起到固沙、固土、固岸、固堤、排水、透气等适应不同环境的基础作用，还要适合各种水生物生长、栖息和繁殖的生态要求。

　　首先从城市道路说起，目前，中国城市的道路覆盖率约为7%~15%之间，大都市的道路覆盖率达到20%左右。随着中国城镇化建设的进程加快，未来城镇道路的铺设将是非常艰巨和重要的任务。高性能混凝土应用于道路之中，除了其耐久性的特性可以使道路的寿命得以延长，且路面耐磨减少破损。最重要的是，高性能混凝土的透水性能，也大大减少道路的热岛效应。众所周知，热岛效应是加速气候恶化的因素之一，透水性能良好的HPC，就在一定程度上遏制了恶劣气候的变化无常，也让行驶中的车辆，减少很多恶性交通事故的发生。“未来的城市建设，急需各种排水、透气的材料，这对于地球环境的改善将有极大好处，而在这些材料当中，HPC的应用率将会得到最大的提升，应用范围会越来越广。”一位美国建筑工程师，在自己关于绿色高性能混凝土的论文中这样写道。所有的沿海区域，也同样是HPC高使用率的区域，大量高性能混凝土用于固岸和固堤之中，筑起一座座防护堤，不仅仅可以防止因海岸线不稳导致的塌陷等问题，并通过其坚固和耐久性，来扩充海岸线，增加沿海城市的面积。还要满足水生物的适应能力，间接起到了保护海洋资源的作用。全球沙漠化严重，沙漠侵蚀对气候环境造成的恶劣影响，已无需再做过多描述，绝大多数国家都已经投入到防沙治沙的抗战之中，高性能混凝土作为最好的固沙固土材料，此时此刻，亦发挥着至关重要的作用。甚至在一些生态环境恶劣，生命存活率脆弱的极端地带，HPC也像战士一样，英勇无畏地筑起生命堤岸，尽己之力阻挡危害生命生存繁衍的外来侵害。或许是因为HPC具备了太多的高性能应用性，以至于自HPC诞生以来，各个国家对其绿色指标和导向都有着各种不同的侧重点和解析。

　　比如，美国更强调其耐久性、高抗腐蚀性和稳定性；日本则重视其高强度、高工作性和耐久性；加拿大注重其高弹性、高密度、低渗透和抗腐蚀性，中国在2006年综合各国最主要的绿色导向，提出对HPC的定义为高耐久性、高工作性和高体积稳定性。对HPC难于统一的绿色导向，甚至对HPC和目前最新提出的GC也没有明确的界定和考量，为高性能混凝土的标准认证体系的制定带来了很大的难度。据参与制定标准的住建部负责人士介绍：即将出台的标准与认证体系，将参考中国在2006年提出的定义所涵盖的范围，也就是重点考量HPC的耐久性、高工作性和高体积稳定性。

　　中国对HPC的应用实例

　　自上世纪90年代初，中国开始对HPC拉开了研发和应用的序幕之后，高性能混凝土开始在全国各地发挥出其多面手的优秀作用。其中，最为着名的案例，源自中国“西部大开发”的重点项目之一——青藏铁路的铺设。当年，在为青藏铁路的铺设作筹划的时候，三大难题“多年冻土、高寒缺氧和生态脆弱”摆在技术人员面前，这给施工带来一系列技术困扰。而且，在这之前，没有现成的案例可供参考。经过不懈努力，技术人员在高原寒冷、风沙强烈等较为恶劣的自然条件下，通过提高高性能混凝土的耐久性指标和配制方式，使高性能混凝土在多种恶劣环境下顺利施工并应用，完成了青藏铁路的铺设任务。HPC承受住了各种极端考验，与当地气候、资源、动植物生长等自然环境和谐交融，经受住了一次伟大的考验。而事实上，青藏铁路仅仅是HPC在中国得以应用的案例之一，在此之前，高性能混凝土早已经在中国广阔的区域里展现了风采，其中，尤以桥梁的修建最为辉煌。

　　中国第一座海上建设的特大桥梁——东海大桥，就是采用高性能混凝土来抵御海水的侵蚀。正是因为HPC的密实度和高稳定性，基本杜绝了混凝土裂缝的产生，同时，因为掺入高效减水剂，减少了混凝土固化后的水孔隙，进一步加强了HPC的体积稳定性。位于江苏连云港区的苗岭一号高架桥，地处连云港集装箱码头前，与黄海毗邻，常年刮着海风，风力非常大，容易引起普通混凝土干缩裂缝。技术人员利用当地地产的两种石子——片麻岩和玄武石和少量的水泥等原料配制的高性能混凝土，浇筑后不但满足了桥梁强度的设计要求，也彻底杜绝了干缩裂缝的可能性。作为世界最大跨径的斜拉桥——江苏大桥，同时拥有着世界最高的桥塔，也是由优质粉煤灰（工业废料）和高效减水剂等配制出的高性能混凝土浇筑而成，其浩大的建筑工程和优良的HPC研发和应用，为世界瞩目。更为可喜的是，HPC在中国的应用，已经做到高险环境和城市建筑两条腿走路。在一些着名的城市建筑上，如上海金茂大厦、北京静安中心大厦、辽宁物产大厦、南京希尔顿国际大酒店、长春国际商贸城等，也都有优质的HPC发挥着举足轻重的作用。

　　“让所有的绿色建筑轻松活到100岁，甚至更长，这是高性能混凝土的发展方向。”一位混凝土行业的专家用诙谐的语言，道出HPC是绿色建筑“高寿命”的有力保障。70年，是中国老百姓对中国居住建筑寿命难跃的一道坎。可以提高建筑寿命的HPC，倘若广泛应用到普通家居建筑上，或许，未来70年的建筑，应该还充满着壮年气概，再也不是普通住宅建筑的梦魇。要想达到百年建筑，在今天这个时代，最需要耐久性强的建筑材料，因为和古建筑不同，现代建筑以高层建筑为主，要使高层建筑能在百年的岁月沧桑中屹立不倒，用HPC构筑建筑的坚毅骨骼，绝非妄言。但毕竟，中国在研发和应用高性能混凝土的历程，不过十几年。而高性能混凝土对配比设计的要求，要按着不同建筑和不同环境进行适合的配比，程序复杂，需要的是技术和设计能力强，且人数庞大的技术团队支撑，因此，短时间内，高性能混凝土很难形成相对独立的产业化规模。此外，对其性能的进一步加强并扩大其多性能特征，同时扩充HPC的社会应用范畴，尤其是着力对绿色高性能混凝土的研究与应用，使之符合甚至超前于中国对绿色建筑的生态标准和要求，都是未来高性能混凝土的待解之题。

　　一个新兴产业让水泥工业一直“绿”下去

　　产能过剩和高污染，至今都是横在中国水泥行业面前的两道坎。这两道坎无比险峻，足有毁掉一个传统老行业的破坏力。高性能混凝土倘若能形成一个生机勃勃的产业化规模，或许也会为遏制水泥产能过剩和实现水泥工业绿色化进程带来一线曙光。近些年，越来越多稍有实力的水泥企业，已经开始向普通商用混凝土领域延伸产业链，使得企业自身的水泥过剩，得到了一定程度的缓解。那么，在此基础上继续探索高性能混凝土和绿色高性能混凝土，或许会带来更大的转机。正是因为HPC或GC在原材料配比中，强调的就是低水泥量的应用。这不仅仅是处于节资降耗的环保考虑，更因为在HPC中掺加过量的水泥，会降低HPC的耐久性和稳定性，更会减小混凝土本应有的强度。如果水泥企业大量发展高性能混凝土产业，水泥产量自然而然将得到抑制。尽管，仅依靠发展高性能混凝土并非彻底解决产能过剩的良策，但当更多的水泥企业愿意潜下心钻研HPC乃至GC的发展之路时，一定会在很大程度上为全行业努力走出过剩阴影留出足够的时间和空间，更能缓解企业现存的巨大压力。

　　高性能混凝土是在普通混凝土的基础上研制而成，但是，HPC与商砼之间的特性指标并不相同。普通商砼到目前为止，其配比设计和生产的唯一特征指标是对抗压强度的考量，高强度的商砼曾被认为是最好的混凝土。如今，普通商品混凝土产业也逐渐庞大，但更多的行业专家也看到了普通商砼在性能上的劣势，比如其耐久性偏低，导致很多建筑、桥梁或道路，用不了几年，就要重新返修，甚至可能出现突然断裂崩塌的现象，无形中造成自然资源和生产成本的极大浪费，常年破土翻修，也会让生活环境接二连三遭受污染，最可怕的是，一旦崩塌和断裂，会造成严重的伤亡事件。以往，人们认为出现这些问题是因为混凝土的强度不够所致，当高性能混凝土被研制和应用起来后才了解到，真正延长建筑物寿命的混凝土特征，并非强度，而是耐久度。如果将普通商砼和HPC放在一起对比的话，就像音像世界里早期所用的VCD和如今的DVD之间的关系。HPC基本上是针对普通商砼的弱势进行弥补和增强，更像是普通商砼的升级产品。比如，HPC最强的3个特点：耐久性、工作性和高体积稳定性，也正是普通商砼缺失的三方面。而对于普通商砼高强度的特征和优势，HPC在其基础上将之兼顾并加以完善。因此，从普通商砼向高性能混凝土产业的过渡，是21世纪混凝土产业的大势所趋。但是，刚刚发展不过20年的高性能混凝土，也存在着自身弱点，比如，HPC虽然耐久性高，但是脆性也相对较高，在应用过程中，早期的稳定度和工作性不如后期强劲。也就是说，很有可能刚刚用于建筑上的HPC会产生突然开裂，也因此，要想确保百年建筑梦想成真，就要给HPC和建筑物留有一段“试用期”。最关键的是，当HPC才刚刚崭露头角，全新的GC概念随即应运而生。这很像当DVD正将统治音像市场的时候，怎奈很快出现了蓝光DVD、标准BD等升级产品，无论从工艺性能和视觉效果上，都在DVD的基础上实现了补充和跨越。

　　那么，绿色高性能混凝土是否也是高性能混凝土的升级产品？GC与HPC之间，尤其在绿色化考量中，究竟存在着哪些明显的区别或延伸？这无疑让高性能混凝土产业刚刚兴起便站在一个十字路口上，但幸运的是，但凡能够站在这个十字路口上，也就意味着，我们已经进入了绿色环保的领域，往后所作的任何选择，都是在这个领域里欲求更好更强。而从水泥到商砼再到HPC（包括GC）的产业链延伸，也是一条由黑到绿的渐变过程。谁又能断定，这样一个新兴产业，不会成为这个传统工业的绿色起点，水泥工业将由此一直“绿”下去。