超高性能混凝土

简介

超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，也称作活性粉末混凝土(RPC，Reactive Powder Concrete)，是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料，实现工程材料性能的大跨越。

“超高性能混凝土”包含两个方面‘超高’——超高的耐久性和超高的力学性能(详见表1－普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土的性能对比)：

性能参数

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对比

普通混凝土NSC

高性能混凝土HPC

超高性能混凝土UHPC

抗压强度(MPa)

20-40

40-96

120-180

水胶比

0.40-0.70

0.24-0.35

0.14-0.27

圆柱劈裂抗拉强度(MPa)

2.5-2.8

--

4.5-24

最大骨料粒经(mm)

19-25

9.5-13

0.4-0.6

孔隙率

20-25%

10-15%

2-6%

孔尺寸(mm)

--

0.000015

韧性

--

比NSC大250倍

断裂能(kN·m/m)

0.1-15

--

10-40

弹性模量(GPa)

14-41

31-55

37-55

断裂模量(第一条裂缝)(MPa)

2.8-4.1

5.5-8.3

7.5-15

极限抗弯强度(MPa)

18-35

透气性k(24 小时40C)(mm)

3x10

0

吸水率

<10%

<6%

<5%

氯离子扩散係数(稳定状态扩散)(mm^2/s)

--

<2x10e-12

二氧化碳/硫酸盐渗透

--

抗冻融性能

10%耐久

90%耐久

100%耐久

抗表面剥蚀性能

表面剥蚀量>1

表面剥蚀量0.08

表面剥蚀量0.01

泊松比

0.11-0.21

--

0.19-0.24

徐变係数，Cu

2.35

1.6-1.9

0.2-1.2

收缩

--

流动性(工作性)(mm)

测量坍落度

含气量

4-8%

2-4%

超高性能混凝土的设计理论是最大堆积密度理论(densified particle packing)，其组成材料不同粒径颗粒以最佳比例形成最紧密堆积，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就建立了最大堆积密度理论的数学模型。然而，直到上世纪七十年代末，在高效减水剂技术与产品性能大幅度提高的基础上，採用该模型设计配製的第一代超高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，密实增强複合材料)。CRC与目前的UHPC达到基本相同的力学性能，最高抗压强度超过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“複合材料”。受到当时高效减水剂性能的限制，CRC或早期UHPC比较粘滞，振捣密实较困难，还不便于现浇套用。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”。“超高性能混凝土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、超高效减水剂(聚羧酸系)问世和配製技术的进步，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，已经具备广泛套用的条件。