高性能混凝土――材料特性与设计内容介绍

高性能混凝土自密实性

高性能混凝土的用水量较低，流动性好，抗离析性高，从而具有较优异的填充性。因此，配好恰当的大流动性高性能混凝土有较好的自密实性。

高性能混凝土体积稳定性

高性能混凝土的体积稳定性较高，表现为具有高弹性模量、低收缩与徐变、低温度变形。普通混凝土的弹性模量为20~25GPa，采用适宜的材料与配合比的高性能混凝土，其弹性模可达40~50GPa。采用高弹性模量、高强度的粗集料并降低混凝土中水泥浆体的含量，选用合理的配合比配制的高性能混凝土，90天龄期的干缩值低于0.04%。

高性能混凝土强度

高性能混凝土的抗压强度已超过200MPa。28d平均强度介于100~120MPa的高性能混凝土，已在工程中应用。高性能混凝土抗拉强度与抗压强度值比较高强混凝土有明显增加，高性能混凝土的早期强度发展加快，而后期强度的增长率却低于普通强度混凝土。

高性能混凝土水化热

由于高性能混凝土的水灰比较低，会较早的终止水化反应，因此，水化热相应的降低。

高性能混凝土收缩和徐变

高性能混凝土的总收缩量与其强度成反比，强度越高总收缩量越小。但高性能混凝土的早期收缩率，随着早期强度的提高而增大。相对湿度和环境温度，仍然是影响高性能混凝土收缩性能的两个主要因素。

高性能混凝土的徐变变形显著低于普通混凝土，高性能混凝土与普通强度混凝土相比较，高性能混凝土的徐变总量（基本徐变与干燥徐变之和）有显著减少。在徐变总量中，干燥徐变值的减少更为显著，基本徐变仅略有一些降低。而干燥徐变与基本徐变的比值，则随着混凝土强度的增加而降低。

高性能混凝土耐久性

高性能混凝土除通常的抗冻性、抗渗性明显高于普通混凝土之外，高性能混凝土的Clˉ渗透率，明显低于普通混凝土。高性能混凝土由于具有较高的密实性和抗渗性，因此，其抗化学腐蚀性能显著优于普通强度混凝土。

高性能混凝土耐火性

高性能混凝土在高温作用下，会产生爆裂、剥落。由于混凝土的高密实度使自由水不易很快地从毛细孔中排出，再受高温时其内部形成的蒸汽压力几乎可达到饱和蒸汽压力。在300°C温度下，蒸汽压力可达8MPa，而在350°C温度下，蒸汽压力可达17MPa，这样的内部压力可使混凝土中产生5MPa拉伸应力，使混凝土发生爆炸性剥蚀和脱落。因此高性能混凝土的耐高温性能是一个值得重视的问题。为克服这一性能缺陷，可在高性能和高强度混凝土中掺入有机纤维，在高温下混凝土中的纤维能熔解、挥发，形成许多连通的孔隙，使高温作用产生的蒸汽压力得以释放，从而改善高性能混凝土的耐高温性能。

概括起来说，高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。

正确认识

1、高性能混凝土的特性是针对具体应用和环境而开发的。

2、高性能混凝土制备技术应该注意克服追求高早强的倾向，这对混凝土的体积稳定性意义重大。

3、流动性不可作为高性能混凝土的指标，需根据工程特点注意拌合物的工作性。

高性能混凝土应加入足够的矿物细掺料，且前提是水胶比较低，不可说只要加入“矿物细掺料”就是高性能混凝 土。

4、中国建筑材料科学研究总院对C30—C50中等强度混凝土提出“寿命优先，强度适宜”的混凝土配合比设计思路。

5、混凝土高性能化的发展重点应该是：混凝土的长期性和耐久性。

超材料是可构建电磁波强电-磁响应的新型人工材料。超材料组成-单元微结构设计多样性，为超材料与电磁波传输、极化转换研究留下巨大可塑空间。超材料结构设计的灵活性、性能调控的有效性，特别是它的电磁波极化特性高效调控性为雷达波操控设计提供了新思路。本项目打破电磁波传输-能量耗散的传统研究模式，从操控电磁波极化特性的角度获得类似黑体的极化陷阱结构，进而实现电磁波的不可探测性。形成极化特性完全相异的“透射-反射”双层雷达波陷阱结构，雷达波“禁锢”在极化特性不匹配的上层、下层之间。本申请拟开展雷达波极化调控超材料研究，重点突破电磁波透射、反射极化特性调控超材料设计，建立超材料的电磁波极化特性模型与数学表达；进行雷达波“陷阱”结构超材料设计、实验反馈、修正与设计优化，获得雷达波极化特性调控超材料设计方法。有望促进超材料在极化天线、能量捕获、新型光电器件、雷达波操控领域等应用基础研究。

超材料作为一种具备反常电磁特性的亚波长人工复合材料，其灵活多样的“组成-微结构-性能”设计为电磁波传输调控提供了新的研究思路，特别是对电磁波极化特性的高效调控、操控电磁波的传输特性提供了新的研究方法。 本项目突破电磁波传输-能量耗散的传统研究模式，从调控电磁波极化特性角度构建类似黑体的极化陷阱结构；形成极化特性完全相异的“透射-反射”双层雷达波陷阱。在极化特性相异的上层、下层之间“禁锢”雷达波，实现电磁波的不可探测性。主要研究内容有：1. 超材料结构设计与电磁波极化特性调控机理研究，通过超材料数值模拟与理论分析，认知了极化特性调控超材料结构模型设计原则；2. 电磁波极化特性调控超材料“设计-制备-测试-反馈-修正”研究，通过探索超材料与电磁波相互作用机制，获得了超材料调控电磁波极化特性的设计方法；3. 通过对垂直入射电磁波耦合表面波设计、手征性超材料电磁波极化调控研究，构建了类表面等离子激元相位梯度超材料表面与矩阵型编码调控超材料表面设计方法。 优化了基于极化特性调控超材料的设计，研究了雷达波极化陷阱材料的制备方法，雷达波极化陷阱材料（材料面密度：≤ 3.0 kg/m2；适用频带：L、S、C、X、Ku）实现了各频带80 %波段范围内90 %垂直极化转换水平极化或90 %水平极化转换垂直极化等优良性能。该研究实现了完善的雷达波极化特性调控材料设计制备方法及宽频带雷达波陷阱，在超材料的基础研究与应用研究中具有重要的理论价值和广泛的应用前景。