性能混凝土的设计理论是大堆积密度理论(densified particle packing),其组成材料不同粒径颗粒以佳比例形成紧密堆积,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代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,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”。“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、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。
性能混凝土预应力受弯构件拥有接近于钢材的强重比,结构极轻的同时还具有的刚度,跨越能力进一步增加,可替代工业厂房的钢屋架和高层、层建筑的上部钢结构。
UHPC从提出到现在已有近30年的历史,在理论研究和工程应用方面都取得了一定的突破和进展。伴随着UHPC的开发和应用,混凝土技术将面临一场深刻而广泛的变革。它提出了混凝土结构连同混凝土材料及其配合比的设计从以强度为主向以耐久性(或以所要求性能)为主的转变。转变已经开始,但远没有完成。在各种因素的单作用和综合作用之下的混凝土耐久性以及各种所要求性能,从微观到宏观的研究,从定性到定量的发展,仍有大量复杂且细致的工作待开展。可以预见,UHPC在未来相当长的一段时间内会有广阔的应用前景。
《性能混凝土基本性能与试验方法》(T/CBMF 37/T/CCPA 7-2018),2020年12月发布《性能混凝土预混料》(T/CBMF 96/T/CCPA 20-2020),2021年发布《性能混凝土预制构件生产技术规程》(T/CBMF 127/T/CCPA 22-2021)和《性能混凝土现场浇筑施工技术规程》(T/CBMF 128/T/CCPA 23-2021)。该系列的《性能混凝土结构设计技术规程》已完成编制,进入审查报批阶段,计划年内完成。至此,完成和建立了CBMF/CCPA系列UHPC团体标准规程的基础性技术体系。之后,将根据标准规程使用中收到的意见建议,进行标准规程修订和完善,并适时开展UHPC专项应用的标准规范编制工作,进一步发展UHPC应用技术体系。