超高性能混凝土

水泥基工程材料

超高性能混凝土，简称UHPC（Ultra-High Performance Concrete），是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料，实现工程材料性能的大跨越。

简介

“超高性能混凝土”包含两个方面‘超高’——超高的耐久性和超高的力学性能（详见表1－普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土的性能对比）：

性能参数

表1：普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土材料性能对比

超高性能混凝土的设计理论是最大堆积密度理论（densified particle packing），其组成材料不同粒径颗粒以最佳比例形成最紧密堆积，即毫米级颗粒（骨料）堆积的间隙由微米级颗粒（水泥、粉煤灰、矿粉）填充，微米级颗粒堆积的间隙由亚微米级颗粒（硅灰）填充。早在1931年，Andressen就建立了最大堆积密度理论的数学模型。然而，直到上世纪七十年代末，在高效减水剂技术与产品性能大幅度提高的基础上，采用该模型设计配制的第一代超高性能混凝土才在丹麦奥尔堡Cement og Beton Laboratiet（水泥与混凝土试验室）诞生，称作CRC（Compact Reinforced Composite，密实增强复合材料）。CRC与UHPC达到基本相同的力学性能，最高抗压强度超过400MPa，使用烧结铝矾土作骨料，同时使用钢纤维提高材料的韧性，所以称作“复合材料”。受到当时高效减水剂性能的限制，CRC或早期UHPC比较粘滞，振捣密实较困难，还不便于现浇应用。上世纪九十年代，欧洲开展了合作研究项目，世界各地也广泛开展相关研究，这种材料获得一个新名称“活性粉末混凝土，简称RPC”。“超高性能混凝土UHPC”的名称形成于本世纪，因为与早期的CRC或RPC相比，随着设计理论的完善、超高效减水剂（聚羧酸系）问世和配制技术的进步，这种材料已具备了普通混凝土的施工性能，甚至可以实现自密实，可以常温养护，已经具备广泛应用的条件。

UHPC与普通混凝土或高性能混凝土不同的方面包括：不使用粗骨料，必须使用硅灰和纤维（钢纤维或复合有机纤维），水泥用量较大，水胶比很低。UHPC的组成见表2。

表2：超高性能混凝土UHPC（钢纤维）基本组成

UHPC堪称耐久性最好的工程材料，适当配筋的UHPC力学性能接近钢结构，同时UHPC具有优良的耐磨、抗爆性能。因此，UHPC特别适合用于大跨径桥梁、抗爆结构（军事工程、银行金库等）和薄壁结构，以及用在高磨蚀、高腐蚀环境。UHPC已经在一些实际工程中应用，如大跨径人行天桥、公路铁路桥梁（实例见表3）、薄壁筒仓、核废料罐、钢索锚固加强板、ATM机保护壳，等等。可以预计，还会有越来越多的应用。

表3：法国第一座UHPC（钢纤维）公路桥梁混凝土组成和性能

参考文献：3rd International Symposium on HPC Proceedings: October 19-22, 2003 in Orlando, FL

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