严酷环境下高性能混凝土设计、制备与性能研究文献综述

文献综述（或调研报告）：

海工混凝土研究进展：

水泥混凝土自1824年Aspdin取得波特兰水泥专利后便随之诞生，由于其原材料分布广、价格低、施工方便、坚固耐久等特点，成为世界上最大宗的人造材料，广泛用于包适海上钻井平台、海底隧道、跨海大桥、海港码头等各类海上工程建筑。人类开发海洋资料，建立海上城市这些设想的实现都离不开最基础的建筑材料——海工混凝土材料。

然而海水所含的多种离子以及多种侵蚀条件对混凝土材料具有很强磨蚀性。传统的混凝土材料不能满足投入与期望寿命的合理比值。传统混凝土由于水灰比较大、矿物掺合料未经深加工处理、未使用高效减水剂或设计不合理等原因，混凝土存在空隙率大、孔结构不合理、抗渗性差、水化产物CH等结晶颗粒较大且呈定向分布、界面过渡区结构劣化等缺陷，在含盐量大、温差湿差变化大、机械冲刷磨耗作用大的恶劣海洋环境中，破坏性因素对传统混凝土保护层易形成破坏作用，使得海洋工程中传统混凝土工程在投入使用的很短时问内出现劣化，不能保证混凝土结构在期望寿命内安全使用，过早地报废。

为满足上述的需求，海洋高性能混凝土应运而生，并在近十年来得到迅速的发展。海洋高性能混凝土把耐久性能作为主要指标，其基本指导思想在于通过对原材料严格选择和合理的配合比设计，并从拌合物的流动性、施工工艺方面考虑，以获得质量均匀而又密实高强的混凝土，使其耐久性得到有效改善。

随着混凝土材料广泛应用于海洋工程，尤其高性能混凝土概念越来越得到人们的认同及其在海洋工程中的应用，近十几年来取得了巨大的发展。表1给出了一些国家海工混凝土应用的工程实例[1]。

表1 海工混凝土应用工程

在海工混凝土快速发展的过程中，国内外研究者开展了大量关于严酷环境下混凝土腐蚀机理以及耐久性影响因素的研究。

国内的研究者主要对海工混凝土的耐久性设计做了大量的研究[2-6]，欧阳幼玲等[7-13]研究者还对海工混凝土的抗氯离子侵蚀作了详细的探讨。

国外研究者对海洋复杂环境下的混凝土腐蚀机理作了更深的探讨。Bulu Pradhan[14]在课题中研究了不同配合比设计的混凝土在氯离子-硫酸盐复合环境中的腐蚀行为，并通过一系列参数表达。R.P.Khatri[15]等提出了海洋环境下混凝土的服役寿命模型，并探讨了不同因素对其的影响规律。P.Castro[16]等研究了不同水胶比的钢筋混凝土暴露在海洋环境腐蚀率和氯离子浓度随时间变化的规律，并研究了混凝土的腐蚀动力学。S.Mahmoud Abdelkader[17]等的研究探讨了海洋环境下混凝土的微结构对于其耐久性和抗渗性的影响。M.H.F. Medeiros[18]等研究了海洋环境下干湿循环对于钢筋混凝土的氯离子渗透的影响。

此外，对于各类矿物掺合料对于严酷环境混凝土结构的作用规律也被研究者大量地研究。如W.Chalee[19-20]等研究了不同粉煤灰掺量对混凝土抵抗离子侵蚀的能力的影响，以及稻壳灰对于海洋混凝土力学性能及耐久性的作用。吴毅峰[21]等做了双掺粉煤灰和矿粉的海工混凝土抗氯离子性能试验分析。涂文懋等[22-24]研究者则深入讨论了复合胶凝材料对海工混凝土提高其耐久性能的研究。

盐湖混凝土研究进展：

当前，我国正在实施西部大开发战略，尤其在涉及到青海、新疆、内蒙古和西藏等大西北省区丰富的石油、天然气和钾肥等资源开发时，许多投资巨大的、具有战略意义或关系国计民生的国家级重点工程如青藏铁路二期工程、青海钾肥二期工程、黄河上游梯级电站、新疆油田、青海油田、西气东送工程、西部高速公路网工程、城市机场工程、新疆罗布泊盐湖前期开发等及其配套的电力、通讯等国家和省级重点工程正在兴建和规划，有的建在盐湖上，有的要通过盐湖地区，使用寿命都在50～100a以上。如何确保这些重大工程中混凝土的耐久性并延长其使用寿命，不仅是关系到工程安全性和服役寿命的重大科技问题，而且是关系到国民经济能否健康发展、西部能否振兴的重大社会问题。由此可见，盐湖地区混凝土的耐久性问题是当前实施西部大开发战略过程中急需解决的、最紧迫的应用基础理论研究课题之一，有非常重要的现实意义和深远的社会影响。

在国际上，最早以“HPC”为题目报道混凝土在盐湖卤水中耐久性的文献是由Bentur等以色列学者[25]在1992年发表的，他们报道了掺加15％SF的HPC在以色列死海盐湖卤水中的耐久性。1996年Tumidajski等加拿大学者[26]报道了单掺58％FA、双掺(45％～75％SG 3％～5％SF)的引气HPC(含气量4.0％～5.5％，强度等级C35～C50)暴露到盐湖卤水中2a的弹性模量变化规律。

国内以南京航空航天大学的余红发教授和东南大学的孙伟院士为主的研究者做了大量有关盐湖地区混凝土腐蚀与防治的研究[27-39]，包括氯盐环境混凝土的耐久性和寿命预测，盐湖地区高强混凝土的配制技术，盐湖环境中高强与高性能混凝土的抗冻性，盐湖地区钢筋混凝土结构使用寿命的预测模型，侵蚀性离子在混凝土中的扩散，盐湖环境中的抗卤水冻蚀性与破坏机理，盐湖地区混凝土的长期腐蚀产物及腐蚀机理等。

郑凤[40]等、马保国[41]等、林德源[42]等进行了盐湖环境中硫酸盐侵蚀破坏的相关研究。刘辉[43]在课题中研究了硫酸盐侵蚀与冻融循环双重因素对混凝土耐久性的影响。戴剑锋[44]等、张宏[45]等、孔巍[46]、党军亮[47]等对盐湖地区混凝土结构的防腐蚀措施进行了大量研究。Jin Zuquan[48]等还探讨硫酸根离子-氯离子复合侵蚀下混凝土结构中两种离子的相互作用。Lei Jiang[49]等研究了硫酸盐侵蚀条件下混凝土的抗冻融能力以及该环境对混凝土强度的影响。国外研究者如Michele Secco[50]等研究了硫酸盐-磷酸盐复合侵蚀下钢筋混凝土的劣化过程。

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文献综述（或调研报告）：

海工混凝土研究进展：

水泥混凝土自1824年Aspdin取得波特兰水泥专利后便随之诞生，由于其原材料分布广、价格低、施工方便、坚固耐久等特点，成为世界上最大宗的人造材料，广泛用于包适海上钻井平台、海底隧道、跨海大桥、海港码头等各类海上工程建筑。人类开发海洋资料，建立海上城市这些设想的实现都离不开最基础的建筑材料——海工混凝土材料。

然而海水所含的多种离子以及多种侵蚀条件对混凝土材料具有很强磨蚀性。传统的混凝土材料不能满足投入与期望寿命的合理比值。传统混凝土由于水灰比较大、矿物掺合料未经深加工处理、未使用高效减水剂或设计不合理等原因，混凝土存在空隙率大、孔结构不合理、抗渗性差、水化产物CH等结晶颗粒较大且呈定向分布、界面过渡区结构劣化等缺陷，在含盐量大、温差湿差变化大、机械冲刷磨耗作用大的恶劣海洋环境中，破坏性因素对传统混凝土保护层易形成破坏作用，使得海洋工程中传统混凝土工程在投入使用的很短时问内出现劣化，不能保证混凝土结构在期望寿命内安全使用，过早地报废。

为满足上述的需求，海洋高性能混凝土应运而生，并在近十年来得到迅速的发展。海洋高性能混凝土把耐久性能作为主要指标，其基本指导思想在于通过对原材料严格选择和合理的配合比设计，并从拌合物的流动性、施工工艺方面考虑，以获得质量均匀而又密实高强的混凝土，使其耐久性得到有效改善。

随着混凝土材料广泛应用于海洋工程，尤其高性能混凝土概念越来越得到人们的认同及其在海洋工程中的应用，近十几年来取得了巨大的发展。表1给出了一些国家海工混凝土应用的工程实例[1]。

表1 海工混凝土应用工程