媲美结构钢性能的混凝土——超高性能混凝土UHPC
超高性能商品混凝土，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，是过去三十年中最具创新性的水泥堪工程材料，实现工程材料性能的大跨越。较成功的有活性粉末混凝土 (RPC. Reactive Powder concrete)、注浆纤维混凝土(SIFCON，Slurry Impregnated Fiber Reinforced Concrete)与压密配筋复合材料(CRC，Compacted Reinforced Composite).
“超高性能混凝土”特点是高强度、高密实性，以大量纤维增强来克服商品混凝土材料的脆性，利用假韧性来防止混凝土的突然断裂。
“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)：
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
普通混凝土NSC高性能混凝土HPC超高性能混凝土UHPC
抗压强度(MPa)20-4040-96120-180
水胶比0.40-0.700.24-0.350.14-0.27
圆柱劈裂抗拉强度(MPa)2.5-2.8--4.5-24
最大骨料粒经(mm)19-259.5-130.4-0.6
孔隙率20-25%10-15%2-6%
孔尺寸(mm)----0.000015
韧性----比NSC大250倍
断裂能(kN·m/m)0.1-15--10-40
弹性模量(GPa)14-4131-5537-55
断裂模量(第一条裂缝)(MPa)2.8-4.15.5-8.37.5-15
极限抗弯强度(MPa)18-35
透气性k(24小时40C)(mm)3x1000
吸水率<10%<6%<5%
氯离子扩散系数(稳定状态扩散)(mm2/s)----<2x10e-12
二氧化碳/硫酸盐渗透------
抗冻融性能10%耐久90%耐久100%耐久
抗表面剥蚀性能表面剥蚀量>1表面剥蚀量0.08表面剥蚀量0.01
泊松比0.11-0.21--0.19-0.24
徐变系数，Cu2.351.6-1.90.2-1.2
收缩------
流动性(工作性)(mm)测量坍落度测量坍落度测量坍落度
含气量4-8%2-4%2-4%
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与目前的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
kg/m3重量百分含量%
水泥700-101027.0-38.0
硅灰230-3208.5-9.5
磨细石英砂0-2300.0-8.0
细砂760-105039.0-41.0
金属纤维150-1905.5-8.0
高效减水剂15-250.5-1.0
水155-2105.5-8.0
水/胶凝材料比0.14-0.27--
UHPC堪称耐久性最好的工程材料，适当配筋的UHPC力学性能接近刚结构，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。目前，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
组成材料kg/m3性能
水泥1114坍落流动度630～640 mm
硅灰16928d 特征抗压强度(fck)175 MPa
0-6mm骨料107228d 特征抗拉强度(ftk)8 MPa
纤维： 0.3mm直径x20mm长23428d 特征裂后抗拉强度9.1 MPa
高效减水剂40弹性模量64 GPa
水209比重2800 kg/m
水/胶凝材料比0.19
参考文献：3rd International Symposium on HPC Proceedings: October 19-22, 2003 in Orlando, FL
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