超高性能混凝土（UHPC）定義與發展歷程詳細介紹

       UHPC超高性能混凝土最早將其應用到實際中的是橋梁，它簡化了施工工序，使結構具有更高安全性能的同時，還降低了后期維護成本，并且全壽命周期的綜合成本更優于普通混凝土橋梁。而后隨著人們的建筑審美不斷提升，越來越多的建筑開始在外形上追求個性化、藝術化。傳統的工藝材料已然無法滿足，因此UHPC憑借其突出的性能，便自然而然地被應用到建筑設計中。下面為大家詳細介紹UHPC超高性能混凝土。

        一、超高性能混凝土（UHPC）定義與發展歷程

　　  超高性能混凝土（Ultra-HighPerformance Concrete，簡稱UHPC），因為一般需摻入鋼纖維或高強聚合物纖維，也被稱作超高性能纖維增強混凝土。UHPC不同于傳統的高強混凝土（HSC）和鋼纖維混凝土（SFRC），也不是傳統意義“高性能混凝土（HPC）”的高強化，而是性能指標明確的新品種水泥基結構工程材料。

　　  UHPC較有代表性的定義或需要具備的特性如下：

　　  · 是一種組成材料顆粒的級配達到最佳的水泥基復合材料；

　　  · 水膠比小于0.25，含有較高比例的微細短鋼纖維增強材料；

　　  · 抗壓強度不低于150MPa；具有受拉狀態的韌性，開裂后仍保持抗拉強度不低于5MPa（法國要求7MPa）；

　　  · 內部具有不連通孔結構，有很高抵抗氣、液體浸入的能力，與傳統混凝土和高性能混凝土（HPC）相比，耐久性可大幅度提高。

　　  UHPC屬于現代先進材料，創新了水泥基材料（混凝土或砂漿）與纖維、鋼材（鋼筋或高強預應力鋼筋）的復合模式，大幅度提高了纖維和鋼筋在混凝土中的強度利用效率，使水泥基結構材料的全面性能發生了跨越式進步。使用UHPC可以建造輕質高強和高韌性的結構，徹底改變混凝土結構“肥梁胖柱”狀態；其結構所擁有的耐久性和工作壽命，遠遠超越鋼、鋁、塑料等其它所有結構材料。

　　  UHPC在上世紀七十年代末起源于丹麥，八、九十年代在歐洲進行了比較系統深入的研究，并開始在小型工程和制品上應用。進入本世紀，在歐美、日韓等許多國家均將UHPC作為新型、未來的或戰略性工程材料進行研究與發展，法國和日本率先制定了設計指南。目前，UHPC的配制、生產、施工和預制技術已經趨于成熟，結構性能與設計規范正處于發展完善過程，工程結構與制品的應用不斷取得新進展，定期舉辦國際UHPC／UHPFRC研討會進行學術交流。

　　  二、UHPC的制備與增強、增韌原理

　　  上世紀七十年代初的一些試驗研究證實，提高水泥凈漿的密實度，可以有效提高強度。丹麥學者H.H. Bache教授發展的DSP（Densified System with Ultra-Fine Particles）理論，即：用充分分散的超細顆粒（硅灰）填充在水泥顆粒堆積體系的空隙中，實現顆粒堆積致密化。借助高效減水劑的分散作用，硅灰顆粒填充占據了水泥顆粒間的空隙即大量原本是水填充的空間，從而大幅度減小固體顆粒堆積的空隙率以及漿體的需水量，DSP體系可以使水膠比降低到0.10~0.20的超低水平。使用高強骨料，DSP基體混凝土的抗壓強度可以達到280MPa，但脆性非常大；同時使用鋼纖維增強增韌（即UHPC），抗壓強度可達到400MPa（常溫養護）。更進一步，法國使用高壓成型和高溫高壓（壓蒸）養護的活性粉末混凝土（RPC），最高抗壓強度達到了800MPa。

　　  三、UHPC的力學性能

　　  單純的超高抗壓強度往往伴隨著“超高脆性”，并不意味“超高性能”。UHPC的“超高力學性能”更主要體現在超高抗拉強度（單軸抗拉和彎曲抗拉強度）和高韌性，這依靠加入短纖維來實現。早期使用直徑0.15~0.4mm、長度6~12mm的平直光圓鋼纖維，可將UHPC的抗拉強度提高到30Ma，斷裂能達到1,500~40,000 N/m（鋼纖維體積含量2%~12%），使UHPC跨入韌性、高韌性材料的行列（斷裂能超過1,000J/m2劃分為韌性材料）。現在，使用異形，特別是扭轉形高強鋼纖維，可以進一步提高UHPC的抗拉強度、變形能力、韌性或斷裂能。此外，高強高模的聚乙烯醇（PVA）纖維也用于UHPC的增強與增韌；聚乙烯（PP）纖維用于提高UHPC的耐火能力。

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