簡介

超高性能混凝土，簡稱UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，也稱作活性粉末混凝土(RPC，Reactive Powder Concrete)，是過去三十年中最具創(chuàng)新性的水泥基工程材料，實(shí)現(xiàn)工程材料性能的大跨越。

"超高性能混凝土"包含兩個(gè)方面'超高'--超高的耐久性和超高的力學(xué)性能。

超高性能混凝土的設(shè)計(jì)理論是最大堆積密度理論(densified particle packing)，其組成材料不同粒徑顆粒以最佳比例形成最緊密堆積，即毫米級(jí)顆粒(骨料)堆積的間隙由微米級(jí)顆粒(水泥、粉煤灰、礦粉)填充，微米級(jí)顆粒堆積的間隙由亞微米級(jí)顆粒(硅灰)填充。早在1931年，Andressen就建立了最大堆積密度理論的數(shù)學(xué)模型。然而，直到上世紀(jì)七十年代末，在高效減水劑技術(shù)與產(chǎn)品性能大幅度提高的基礎(chǔ)上，采用該模型設(shè)計(jì)配制的第一代超高性能混凝土才在丹麥奧爾堡Cement og Beton Laboratiet(水泥與混凝土試驗(yàn)室)誕生，稱作CRC(Compact Reinforced Composite，密實(shí)增強(qiáng)復(fù)合材料)。CRC與目前的UHPC達(dá)到基本相同的力學(xué)性能，最高抗壓強(qiáng)度超過400MPa，使用燒結(jié)鋁礬土作骨料，同時(shí)使用鋼纖維提高材料的韌性，所以稱作"復(fù)合材料"。受到當(dāng)時(shí)高效減水劑性能的限制，CRC或早期UHPC比較粘滯，振搗密實(shí)較困難，還不便于現(xiàn)澆應(yīng)用。上世紀(jì)九十年代，歐洲開展了合作研究項(xiàng)目，世界各地也廣泛開展相關(guān)研究，這種材料獲得一個(gè)新名稱"活性粉末混凝土，簡稱RPC"。"超高性能混凝土UHPC"的名稱形成于本世紀(jì)，因?yàn)榕c早期的CRC或RPC相比，隨著設(shè)計(jì)理論的完善、超高效減水劑(聚羧酸系)問世和配制技術(shù)的進(jìn)步，這種材料已具備了普通混凝土的施工性能，甚至可以實(shí)現(xiàn)自密實(shí)，可以常溫養(yǎng)護(hù)，已經(jīng)具備廣泛應(yīng)用的條件。

UHPC堪稱耐久性最好的工程材料，適當(dāng)配筋的UHPC力學(xué)性能接近鋼結(jié)構(gòu)，同時(shí)UHPC具有優(yōu)良的耐磨、抗爆性能。因此，UHPC特別適合用于大跨徑橋梁、抗爆結(jié)構(gòu)(軍事工程、銀行金庫等)和薄壁結(jié)構(gòu)，以及用在高磨蝕、高腐蝕環(huán)境。目前，UHPC已經(jīng)在一些實(shí)際工程中應(yīng)用，如大跨徑人行天橋、公路鐵路橋梁(實(shí)例見表3)、薄壁筒倉、核廢料罐、鋼索錨固加強(qiáng)板、ATM機(jī)保護(hù)殼，等等?？梢灶A(yù)計(jì)，還會(huì)有越來越多的應(yīng)用。

超高性能混凝土，簡稱UHPC(ULTRA-HIGHPERFORMANCECONCRETE)，也稱作活性粉末混凝土(RPC，REACTIVEPOWDERCONCRETE)，是過去幾十年最具創(chuàng)新性的水泥基工程材料，實(shí)現(xiàn)工程材料性能的大跨越?！俺咝阅芑炷痢卑瑑蓚€(gè)方面‘超高’——具有超高的耐久性和超高的力學(xué)性能（抗壓、抗拉以及高韌性）。而且安裝成本低，操作簡便，有利于環(huán)保，是專為建筑而生的神奇材料。

UHPC是一種高強(qiáng)度、高韌性、低孔隙率的超高強(qiáng)水泥基材料。它的基本配置原理是：通過提高組分的細(xì)度與活性，不使用粗骨料，使材料內(nèi)部的缺陷（孔隙與微裂縫）減到最少，以獲得超高強(qiáng)度與高耐久性。超高性能混凝土的設(shè)計(jì)理論是最大堆積密度理論(DENSIFIEDPARTICLEPACKING)，其組成材料不同粒徑顆粒以最佳比例形成最緊密堆積，即毫米級(jí)顆粒(骨料)堆積的間隙由微米級(jí)顆粒(水泥、粉煤灰、礦粉)填充，微米級(jí)顆粒堆積的間隙由亞微米級(jí)顆粒(硅灰)填充。

UHPC不使用粗骨料，必須使用硅灰和纖維(鋼纖維或復(fù)合有機(jī)纖維)，水泥用量較大，水膠比很低。

一、UHPC特點(diǎn)

1、耐久性：UHPC的特殊配方可以把材料分子有規(guī)律的排列從而使產(chǎn)品有極低的穿透性和極高的耐久性。這使材料在極端環(huán)境下如潮濕，冰冷，冰雹，海邊，化學(xué)廠區(qū)有著良好的性能。

2、自愈性能：UHPC的鋼筋微纖維的低孔隙度可以防止腐蝕和氧化。損壞時(shí)，UHPC能”再生”。微裂縫能重新愈合是由UHPC的自愈性能，利用空氣中的濕度進(jìn)一步水化反應(yīng)。

延展性能：不同于普通混凝土，UHPC獨(dú)特的結(jié)構(gòu)賦予了其優(yōu)異的延展性。水泥基材料與金屬纖維和有機(jī)纖維結(jié)合實(shí)現(xiàn)了抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的有機(jī)平衡。UHPC中纖維能夠逐步吸收施加能量。在裂縫允許范圍內(nèi)，UHPC中的纖維能夠支撐整體結(jié)構(gòu)變形。

3、審美性能：UHPC的產(chǎn)品表面具有很高的光潔度，外界的有害介質(zhì)很難，耐污性侵入到UHPC中去，所以本身自潔能力很強(qiáng)。外表噴涂的材料耐污及耐久性差，UHPC的產(chǎn)品采用填加礦物色粉調(diào)配出長久，純色或混色的效果。而且產(chǎn)品中的著色劑等組分也不易向外析出。

二、UHPC應(yīng)用領(lǐng)域

UHPC在應(yīng)用的過程中，可以很好地?cái)[脫傳統(tǒng)混凝土的限制，使用更少的材料，占用更少的空間，設(shè)計(jì)建造出形態(tài)更加驚人的建筑結(jié)構(gòu)。UHPC堪稱耐久性最好的建筑工程材料，適當(dāng)配筋的UHPC力學(xué)性能接近鋼結(jié)構(gòu)，同時(shí)UHPC具有優(yōu)良的耐磨、抗爆性能。因此，UHPC特別適合用于現(xiàn)代建筑外墻、大跨徑橋梁、抗爆結(jié)構(gòu)和薄壁結(jié)構(gòu)，以及用在高磨蝕、高腐蝕環(huán)境。目前，UHPC已經(jīng)在國外有了廣泛應(yīng)用，如大型市政工程建筑、大跨徑人行天橋、公路鐵路橋梁、薄壁筒倉、核廢料罐、鋼索錨固加強(qiáng)板、ATM機(jī)保護(hù)殼等等。