超高性能混凝土

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對比

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，即毫米級顆粒(骨料)堆積的間隙由微米級顆粒(水泥、粉煤灰、礦粉)填充，微米級顆粒堆積的間隙由亞微米級顆粒(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與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。UHPC的組成見表2。

表2：超高性能混凝土UHPC（鋼纖維）基本組成

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)，還會有越來越多的應(yīng)用。

表3：法國第一座UHPC（鋼纖維）公路橋梁混凝土組成和性能

參考文獻(xiàn)：3rd International Symposium on HPC Proceedings: October 19-22, 2003 in Orlando, FL2100433B

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”包含兩個方面‘超高’——超高的耐久性和超高的力學(xué)性能(詳見表1－普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土的性能對比)：

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了超高性能混凝土電桿的產(chǎn)品分類、原材料、混凝土配制及構(gòu)造、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志與產(chǎn)品合格證、貯存與運(yùn)輸?shù)取?

特種工程建設(shè)、混凝土梁橋病害控制和結(jié)構(gòu)體系創(chuàng)新急需具有超高強(qiáng)、超高韌和超高耐久特性，便于工程應(yīng)用的超高性能混凝土，常規(guī)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)有納米改性技術(shù)價格昂貴。項(xiàng)目擬從固體廢棄物或低品位資源中獲取富含化學(xué)活性的納米粒子作為生態(tài)納米材料，制備生態(tài)納米超高性能混凝土（ENUHPC）。圍繞生態(tài)納米材料與復(fù)雜膠凝材料的協(xié)同作用機(jī)制，ENUHPC微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與調(diào)控機(jī)理，ENUHPC靜、動力本構(gòu)關(guān)系與失效機(jī)理3個科學(xué)問題。從“生態(tài)納米材料制取與作用機(jī)制， ENUHPC制備理論與設(shè)計(jì)，長期服役性能，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與工程示范”四個方面對ENUHPC材料與結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新研究。突破ENUHPC制備與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)納米材料規(guī)?；统杀靖咝е迫。恢苽淇箟簭?qiáng)度大于300MPa的免蒸壓制品，抗壓強(qiáng)度大于150MPa、抗拉強(qiáng)度大于10MPa的常規(guī)工藝現(xiàn)澆ENUHPC；提出高強(qiáng)鋼筋-ENUHPC等新結(jié)構(gòu)體系，并工程示范。 2100433B