性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,简称UHPC),因为一般需掺入短切钢纤维或聚合物纤维,也被称作性能纤维增强混凝土(Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete,简称UHPFRC)。UHPC不同于传统的高 强混凝土(HSC)和钢纤维混凝土(SFRC),也不是传统意义“混凝土(HPC)”的高强化,而是性能指标明确的新品种水泥基结构工程材料, 较有代表性的定义和需要具备的特性如下:
● 是一种组成材料颗粒的级配达到佳的水泥基复合材料;
● 水胶比小于0.25,含有较高比例的微细短 钢纤维增强材料;
● 抗压强度不低于150MPa;具有受拉状态的韧性,开裂后仍保持抗拉强度不低于5MPa(法国要求7MPa);
● 内部具有不连通孔结构,有很高抵抗气、 液体浸入的能力,与传统混凝土和混凝土(HPC)相比,耐久性可大幅度提高。
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。
UHPC堪称耐久性好的工程材料,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。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。
UHPC即性能混凝土,具有耐久性高、工作性高、强度高等特点,以“三高”而著称,被称为21世纪的混凝土。由于其特性,在我国可持续发展战略中,可以起到改善环境、提高经济效益、解决工程中的疑难问题等作用。的推进了绿色混凝土工程材料的发展。
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。
uhpc混凝土是一种水泥基复合材料,它是以水泥为胶结剂,结合各种集料、外加剂等而形成的水硬性胶凝材料。混凝土是当今用量大的建筑材料,与其他建筑材料相比,混凝土生产能耗低、原料来源广、工艺简便、成本低廉且具有耐久、防火、适应性强、应用方便等特点。从社会发展和技术进步的角度来看,在今后相当长的时间内,混凝土仍是应用广、用量大的建筑材料。
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